Generalidades de las enzimas.

1. Enzimas.

2. Enzimas.
 En general, todas las reacciones metabólicas están
reguladas por las enzimas, unas proteínas globulares
que actúan como catalizadores, aumentando la
velocidad de aquellas reacciones que son
energéticamente posibles. Las enzimas permiten las
reacciones en las condiciones de temperatura,
presión y pH propios del medio intracelular,
reduciendo la energía de activación necesaria para
que se produzca la reacción. Las enzimas no
experimentan cambios estructurales al final del
proceso químico que catalizan.

3. Concepto y estructura.
 Las/os enzimas son las proteínas más especializadas,
como corresponde a su acción catalizadora de los
procesos biológicos: degradación de nutrientes,
transformaciones energéticas, síntesis de moléculas
orgánicas, regulación de procesos metabólicos, etc.;
incluso se mantienen activas fuera de la célula.
 La mayoría de las reacciones celulares no se pueden
producir espontáneamente a la velocidad adecuada, pues
requerirían una elevada temperatura que sería letal para
la célula, por la que es decisiva la acción enzimática para
conseguir dicha velocidad de reacción.

4.  Las enzimas actúan sobre sustancias determinadas, conocidas
como sustratos , cuya transformación hacen posible. En muchos
casos el sustrato es una sustancia muy compleja que debe
transformarse en otra u otras más simples; la enzima se une al
sustrato a través de numerosas interacciones débiles como son:
puentes de hidrógeno, electrostáticos, hidrófobos, etc., en un lugar
específico, el centro activo o centro catalítico. Este centro es
una pequeña porción del enzima constituido por una serie de
aminoácidos que interaccionan específicamente con el sustrato
debilitando los enlaces que mantienen unidos a los átomos que lo
forman y haciendo más sencilla su transformación. Normalmente el
centro activo del enzima es como una hendidura, que puede
modificarse al unirse con el sustrato.
 De los aminoácidos que constituyen las enzimas unos desempeñan
una función estructura l, otros facilitan la unión enzima-sustrato,
llamados de fijación y otros, los catalíticos, hacen posible la
transformación del sustrato.

5.  Unión de un sustrato con el centro activo de un
enzima.

6.  Las enzimas pueden realizar su función con los radicales
de sus aminoácidos, otras necesitan además un
componente no proteico llamado cofactor ; el conjunto
enzima-cofactor se conoce como holoenzima. El
cofactor es con frecuencia un ión metálico (Fe2+, Mg2+,
etc.), en otros casos es un compuesto orgánico conocido
como coenzima . Si el cofactor (ión metálico o
coenzima) está unido mediante enlace covalente a la
parte proteica (apoenzima) se le conoce como grupo
prostético. Son varias las vitaminas que actúan como
coenzimas, como se verá más adelante.


8. Propiedades de las enzimas
 Las enzimas presentan algunas propiedades típicas:
 - Son solubles en agua y difusibles en los líquidos orgánicos.
 - Se requieren en dosis mínimas, ya que, como catalizadores
que son, no sufren cambio en la reacción.
 - Tienen gran actividad, pudiendo transformar un sustrato de
masa molecular mucho mayor que ellas.
 - Hacen que las transformaciones se produzcan a gran
velocidad.
 - Disminuyen la energía de activación y permiten que la
reacción se realice a menor temperatura.
 - Son sustancias muy específicas, no actúan sobre cualquier
sustrato.
 - Se alteran por acción del calor, cambios de pH, radiaciones,
etc., como todas las proteínas.

9. MECANISMO DE ACCIÓN.
 Cualquier reacción química se inicia con la rotura de
ciertos enlaces entre los átomos que constituyen las
moléculas de los reactivos para formar,
posteriormente, los nuevos enlaces que originan las
moléculas de los productos. Ese estado en el que los
enlaces de los reactivos están debilitados o rotos, aún
no se han formado los nuevos, se conoce
como estado de transición oestado activado.

10.  Para alcanzar el estado de transición y, en definitiva,
para que la reacción química tenga lugar, es preciso
comunicar a los reactivos cierta cantidad de energía,
denominada energía de activación . Esto ocurre tanto
en las reacciones endotérmicas como en las exotérmicas.
 En las llamadas reacciones espontáneas, la energía de
activación es tan baja que se obtiene de la propia energía
cinética de las moléculas o incluso de la luz que incide en
el lugar de reacción. En las reacciones no
espontáneas, sin embargo, esta energía es tan alta que
no se producen si no se aplica calor.

11.  La acción catalizadora de las enzimas consiste en
rebajar la energía de activación para llegar
fácilmente al estado de transición y permitir que la
reacción se lleve a cabo. En definitiva, sin la
presencia del catalizador no es posible alcanzar el
estado de transición espontáneamente, y con él, sí es
posible.

12. Perfil de energía libre en una reacción sin catalizar (A) y comparación con el efecto
de un catalizador (B)
Las enzimas aceleran las reacciones disminuyendo la energía de activación.

13. Regulación de la actividad enzimática: temperatura, pH,
inhibidores.
 Las reacciones enzimáticas constituyen la clave de la actividad vital de una célula.
Esta actividad, sin embargo, no es siempre la misma. En un momento dado, por
ejemplo, puede interesar aumentar la síntesis de un determinado producto, y en
otro, metabolizar un sustrato que acaba de aparecer, por lo que se deberá aumentar
la actividad de las enzimas implicadas en uno u otro proceso. Por otro lado, una vez
conseguida la cantidad precisa del producto, la actividad enzimática debe disminuir
o anularse para evitar un gasto inútil.
 En definitiva, las necesidades celulares son cambiantes y, por tanto, la velocidad de
las reacciones enzimáticas debe variar de acuerdo con ellas. Es imprescindible,
pues, una regulación de la actividad enzimática que cumpla, en cualquier caso, el
principio de economía celular por el que solamente permanecen activas las enzimas
precisas en cada momento, evitando de este modo la fabricación innecesaria de
productos, cuya acumulación, además, podría tener efectos negativos.
 Los cambios de pH y temperatura influyen en la velocidad de las reacciones
enzimáticas, pero habitualmente estos valores no cambian en un organismo vivo,
por lo que se utilizan otros mecanismos de regulación, como la activación y
lainhibición enzimáticas y el alosterismo.

14. Temperatura.
 El aumento de la temperatura provoca en las moléculas
un incremento de su energía cinética, los movimientos de
las mismas son más rápidos, y la frecuencia de las
colisiones entre moléculas aumenta, lo que propicia una
mayor velocidad de reacción. Se ha comprobado que un
aumento de 10 °C puede llegar a duplicar, y en ciertos
casos a cuadruplicar, la velocidad de una reacción.
 Aunque esta característica solamente es aplicable a las
reacciones catalizadas por las enzimas hasta una
temperatura «crítica», que coincide con la temperatura
óptima, en la que la velocidad de la reacción catalizada
por una determinada enzima es máxima.

15.  A partir de esta temperatura óptima se produce un
brusco descenso de la velocidad de reacción, hecho que a
la luz de nuestros conocimientos tiene fácil explicación.
 Recordemos nuevamente que las enzimas son proteínas,
moléculas frágiles, sensibles, y que a altas temperaturas
sufren lo que conocemos como su desnaturalización, y
que una enzima desnaturalizada, es decir, en la que sólo
se mantiene su estructura primaria, no tiene capacidad
para catalizar una reacción metabólica.
 En general, la temperatura crítica de las enzimas oscila
entre los 55 y los 60 °C, aunque las enzimas de algunas
bacterias, que viven en aguas termales, llegan a tener
temperaturas críticas de 80 a 87 °C.

16. catalizada por un enzima con la temperatura
Regulación de la actividad enzimática
a) Variación de la velocidad de reacción b) Variación de la actividad
de la enzima con el pH
catalizada por un enzima con la temperatura

17. pH.
 Cada enzima necesita unos valores límites (máximos y
mínimos) para poder desarrollar su actividad.
Traspasados estos valores, la enzima se desnaturaliza y
pierde su actividad. Dentro de estos límites existe, como
en el caso de la temperatura, un valor determinado del
pH, en el que la enzima desarrolla su actividad máxima,
valor al que se le da el nombre de pH óptimo, y que
varía de unas enzimas a otras. Así, la pepsina del jugo
gástrico posee un pHóptimo de 2, muy ácido, mientas
que el pH óptimo de tripsina presente en el jugo
pancreático es de 7,8, ligeramente básico.
 La mayoría de las enzimas intracelulares poseen, sin
embargo, un pH óptimo cercano a la neutralidad.


18. Activación enzimática.
 La presencia de activadores permite que ciertas enzimas que
se mantenían inactivas lleven a cabo su acción, es decir, se
activen. Normalmente, la unión del activador hace que el
centro activo adquiera la estructura adecuada para el
acoplamiento del sustrato. Algunos cationes, como Mg2+ o
Ca2+ desempeñan un papel importante como activadores
enzimáticos.
 También pueden actuar como activadores diversas moléculas
orgánicas, incluso el propio sustrato. Este último es un caso
muy interesante y frecuente. La enzima permanece inactiva
hasta que aparece el sustrato; es decir, si no hay sustrato, no
es necesaria la actividad de la enzima correspondiente, pero si
lo hay, se produce la activación para que ese sustrato lleve a
cabo la reacción, es decir, el sustrato activa su propia
metabolización.

19. Inhibidores.
 Los inhibidores son sustancias que disminuyen la
actividad de una enzima o bien impiden
completamente la actuación de la misma. Pueden ser
perjudiciales o beneficiosos como, por ejemplo, la
penicilina, que es un inhibidor de las enzimas que
regulan la síntesis de la pared bacteriana, por lo que
es útil contra las infecciones bacterianas, y el AZT,
que es un inhibidor de la transcriptasa inversa, por lo
que retrasa el desarrollo del SIDA.
 La inhibición puede ser de dos
tipos: irreversible y reversible.

20. La inhibición irreversible
 o envenenamiento de la enzima, tiene lugar cuando
el inhibidor o veneno se fija permanentemente al
centro activo de la enzima alterando su estructura y,
por tanto, inutilizándolo.
 · La inhibición reversible tiene lugar cuando
no se inutiliza el centro activo, sino que sólo se
impide temporalmente su normal funcionamiento.
Existen dos modalidades: competitivay no
competitiva.

21. La inhibición reversible competitiva
 se debe a la presencia de un inhibidor cuya molécula
es similar al sustrato, por lo que compite con éste en
la fijación al centro activo de la enzima.
 Si se fija el inhibidor, la enzima queda bloqueada.
Por tanto el sustrato no puede fijarse hasta que el
inhibidor se vaya. La velocidad de la reacción
disminuye en función de la concentración del
inhibidor.

22. La inhibición reversible no competitiva
 Es debida a un inhibidor que o se fija al complejo
enzima-sustrato impidiendo su separación, o une a la
enzima impidiendo el acceso del sustrato al centro
activo.


23. Tipos de inhibición.

24. Enzimas alostéricos o reguladores.
 Uno de los mecanismos de regulación de las reacciones
químicas de las células se basa en que los enzimas
pueden presentar dos conformaciones distintas. Estos
enzimas se denominan alostéricos (del griego allo =
otro, stereo = espacio) oreguladores y poseen más de
un centro (espacio) de actividad: el centro activo, por
el que se une al sustrato y el centro alostérico, por el
que se une a un efector o modulador.
 El efector puede ser un inhibidor
denominado modulador negativo o bien un activador
o modulador positivo, que provocan el cambio de
conformación del enzima. En un mismo enzima puede
haber uno o varios centros reguladores que se unen a
moduladores diferentes

25. Acción de los enzimas alostéricos.

26. Los enzimas alostéricos poseen dos
características que los distinguen del resto de
los enzimas:
 a) En general, los enzimas alostéricos poseen más de
una cadena polipeptídica, por tanto, presentan
estructura cuaternaria con dos o más subunidades.
 b) La cinética de estos enzimas no es hiperbólica,
sino sigmoidea, es decir, que por la interacción de
otras moléculas, el aumento inicial de la
concentración del sustrato provoca un menor
incremento en la velocidad de reacción.

27. CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS.
 Se conocen alrededor de 2000 enzimas. Para nombrarlas se
emplea un término que alude al sustrato y al tipo de reacción
catalizada, al que se añade la terminación -asa. Por ejemplo,
la aspartato transaminasa es una enzima que lleva a cabo la
reacción de transferencia de un grupo amino desde el ácido
aspártico al ácido pirúvico.
 La nomenclatura recomendada por la Comisión Internacional
de Enzimas (IEC), organismo que cataloga las enzimas
conocidas, consiste en un código de cuatro números que
hacen referencia a la clase en que está incluida, a la subclase, a
la subdivisión y a la enzima concreta de que se trate. Aunque
más precisa, esta nomenclatura no resulta cómoda y se utiliza
con menos frecuencia que la anterior.

28. CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS.