Propiedades de las EnzimasPor ser catalizadores:
o Eficientes en pequeñas cantidades.
o No se modifican durante la reacción.
o No afectan el equilibrio de la reacción.
Por ser catalizadores biológicos:
o Composición química específica: son proteínas con estructura terciaria y cuaternaria.
o Componentes del citoplasma vivo y sintetizado en el mismo.
o Específicas: para cada reacción hay una enzima determinada.
o Sujetas a regulación: están reguladas en cantidad y función.
Naturaleza química de las enzimasAlgunas enzimas son proteínas simples, constituidas sólo por aminoácidos. Muchas enzimas están formadas por asociaciones de varias subunidades o cadenas polipeptídicas, es decir, son oligómeros.
Hay enzimas que sólo pueden realizar su función catalítica en asociación con otra molécula no proteica, de tamaño relativamente pequeño, a la cual se la denomina coenzima. La coenzima puede estar firmemente unida de enlace fuerte, formando un complejo que no se separa fácilmente. Es este caso, algunos prefieren hablar de grupo prostético y reservar el nombre de coenzima para aquellas que se asocian más laxamente a la proteína y pueden ser separadas se ésta por simple diálisis.
Las dos porciones, proteínicas y no proteínicas, son indispensables para la actividad de la enzima. El sistema completo se llama holoenzima y está constituido por la proteína, a la cual se designa apoenzima (macromolécula termolábil, no dializable) y la coenzima (molécula no proteínica, termoestable, tamaño relativamente pequeño).
HOLOENZIMA = APOENZIMA + COENZIMA
Enzima total Proteína Termolábil No proteína
No dializa Termoestable
Las coenzimas intervienen activamente en la reacción experimentando cambios que compensan las transformaciones sufridas por el sustrato. Por ejemplo, las coenzimas de óxidoreductasa.
Características de la acción enzimáticaLa característica más sobresaliente de los enzimas es su elevada especificidad. Esta es doble y explica que no se formen subproductos:
• Especificidad de sustrato. El sustrato (S) es la molécula sobre la que el enzima ejerce su acción catalítica.
• Especificidad de acción. Cada reacción está catalizada por un enzima específico.
ð La acción enzimática se caracteriza por la formación de un complejo que representa el estado de transición.
E + S ES E + P
Enzima Sustrato Complejo Enzima Producto
Enzima-Sustrato
El sustrato se une al enzima a través de numerosas interacciones débiles como son: puentes de hidrógeno, electrostáticos, hidrófobos, etc., en un lugar específico, el centro activo. Este centro es una pequeña porción del enzima, constituido por una serie de aminoácidos que interaccionan con el sustrato.
Sitio activo
Para formar el complejo ES el sustrato se fija a un lugar definido por la molécula de enzima. Esta región de la molécula ha recibido las denominaciones de sitio activo, es el responsable de la acción catalítica.
En general, se acepta que el lugar de sustrato posee sitios de unión, se dispone en el sitio catalítico. Para que esta unión y la acción catalizadora tengan lugar, es indispensable una conformación tridimensional altamente específica a nivel del sitio activo, con la presencia de grupos funcionales definidos, aportados por las cadenas laterales de restos aminoácidos. Con frecuencia, los restos que aparecen como esenciales para la acción catalítica poseen cadenas laterales reactivas como la cisterna, lisina, arginina.
El sitio activo es una agrupación de un número no muy grande de aminoácidos, ordenados espacialmente; para que su conformación se mantenga con la disposición adecuada es necesaria la contribución de la estructura (primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria) de la proteína.
Hay siempre una gran diferencia de tamaño entre la molécula de la enzima y la del sustrato. Aun cuando el sustrato sea una macromolécula, la zona de ésta que experimenta la acción de la enzima es un segmento pequeño.
El sitio activo es una porción reducida de la molécula, está colabora en mantenerlo en la disposición adecuada.
La coenzima también participa en asegurar la conformación óptica. Se une a la enzima en un lugar a ella destinado, generalmente próximo añl sitio activo y a veces forma parte del lugar del sustrato.
Enzimas intracelulares
Otras enzimas actúan en el interior de las células, transformando los nutrientes que les llegan a través de la sangre en otras sustancias, como el ácido oxalacético o el pirúvico, que forman parte del metabolismo celular. Las enzimas intracelulares también son los responsables de los procesos de degradación celular. En estos procesos se obtienen nutrientes elementales a partir de los materiales estructurales propios de las células cuando el aporte mediante la dieta se interrumpe (por ejemplo, durante el ayuno), o cuando la célula no puede utilizar los nutrientes de la sangre (por ejemplo, en la diabetes).
Enzimas y PH. Las enzimas poseen un PH característico donde su actividad es máxima: por encima o debajo de ese PH la actividad disminuye.
Temperatura y Enzimas. La velocidad de las reacciones enzimáticas aumenta por lo general con la temperatura, dentro del intervalo en que la enzima es estable y activa. La velocidad por lo general se duplica por cada 10 C° de aumento de temperatura.
Sin embargo las enzimas se desnaturalizan cuando la elevación de la temperatura sobrepasa cierta temperatura límite. La cual a su vez es la temperatura óptima de trabajo. A bajas temperatura, las reacciones disminuyen mucho o se detienen, pero la acción catalítica reaparece cuando la temperatura se eleva a valores normales.
Inhibidores enzimáticos. Existen agentes químicos inhibidores. Algunos de ellos ejercen su acción uniéndose a sitios o grupos funcionales de la molécula de la enzima. Los inhibidores pueden ser reversibles o irreversibles.
Inhibidores irreversibles: toda sustancia que produzca un cambio permanente en la molécula de enzima, que resulte en un deterioro definitivo de su capacidad catalítica, se considera un inhibidor irreversible. Como ejemplo de este tipo de inhibidores citaremos los venenos órgano-fosforado, muy utilizados como insecticidas.
Inhibidores reversibles: la inhibición reversible puede ser de tres tipos: competitiva, no competitiva y anticompetitiva.
Inhibidores competitivos: actúan aumentando el valor de la constante de Michaelis (Km) pero no modifican la velocidad máxima de la enzima. Una característica de este inhibidor está dad por el hecho de que puede ser revertida aumentando la concentración de sustrato. Si éste predomina en la mezcla, tiende a desplazar al inhibidor de su unión con la enzima. Además estos han encontrado aplicación farmacológica.
Inhibidores no competitivos: son compuestos que se unen a la enzima en un lugar de la molécula diferente del sitio activo y provocan una disminución de la velocidad máxima sin modificar la constante de Km. Este tipo de inhibición no puede ser revertida por aumento de la concentración de sustrato. Pertenecen a esta categoría ciertos reactivos e iones metálicos como el Cu2+ , Hg2+ y Ag+ .
Inhibidores anticompetitivos: su acción se pone en manifiesto en la grafica de actividad en función de concentración de sustrato determinada en presencia y ausencia de inhibidor.
Este tipo de inhibición se da en casos en los cuales participan varios sustratos en la reacción. No puede ser revertida por aumento de la concentración de sustrato.
Regulación de la actividad enzimática. Existen varios mecanismos que permiten la regulación. La actividad de la enzima guarda proporcionalidad con los niveles de sustrato. Estos determinan la mayor o menor velocidad en la actividad enzimática. Al aumentar la concentración de sustrato, en la célula se acelera su utilización y viceversa.
Las transformaciones que sufre un determinado compuesto en el organismo se producen generalmente a través de una serie de etapas, cada una de ellas catalizada por una enzima distinta. En cada paso se forma un nuevo producto que será utilizado como sustrato por la enzima de La etapa siguiente. Estas secuencias de reacciones son denominadas vías metabólicas y en casi todas ellas existe una o más enzimas.
Es común que en una vía metabólica la enzima que cataliza la primera etapa sea reguladora. Las restantes enzimas de la serie ajustarán su actividad a la disponibilidad de sustrato fijada a partir de la primera reacción.
De acuerdo con el tipo de señal a la cual responden, las enzimas reguladoras pueden distinguirse en enzimas alostéricas y enzimas reguladas por unión covalente.
Enzimas alostéricas: en algunas vías metabólicas, la enzima que cataliza la primera etapa de la serie suele ser inhibida por el producto de la última. Cuando la concentración de ese producto final aumenta, ello indica que su elaboración excede las necesidades y se frena el funcionamiento de la vía reduciendo la actividad de la enzima reguladora. Se habla de inhibición retoalimentación o retroregulación.
El agente modificador actúa uniéndose a la enzima en un lugar distinto al del sitio catalítico; de allí el nombre de alostérica que se da este tipo de regulación. En las enzimas alostéricas, además del sitio catalítico, existen otros sitios reguladores a los cuales se unen específicamente las moléculas que pueden ejercer acción sobre su actividad catalítica.
Ya sean inhibidores o activadores, los agentes que se fijan al sitio alostérico recién el nombre de moduladores, modificadores o efectores alostéricos. Serán positivos si estimulan y negativos si deprimen la actividad de la enzima.
Modificación covalente: hay enzimas reguladoras por agregado por agregado o sustracción de grupos unidos covalentemente. La regulación covalente se realiza en varias enzimas por un proceso de unión o eliminación de fosfato. Existen también enzimas cuya actividad es modulada por la inserción covalente de otros grupos.
Isozimas. Son enzimas que difieren en su forma estructural pero que poseen la misma actividad catalítica, catalizan la misma reacción
La constante de Michaelis, KM, indica en términos generales, las relaciones de afinidad entre el sustrato y la enzima; un KM, implica la necesidad de una alta concentración de sustrato que, al combinarse con una enzima, produzca la mitad de la velocidad máxima, o sea, que la afinidad por la enzima y sustrato es pobre; por el contrario, si la concentración de sustrato que se requiere para alcanzar la mitad de la velocidad es muy pequeña (KM pequeña), quiere decir que el sustrato tiene una gran afinidad por la enzima.
Enzimas: regulacion de actividades
La regulación de la actividad enzimática contribuye en gran parte a preservar la homeostasia que, mantiene un entorno intracelular e intraorgánico relativamente constante en presencia de fluctuaciones amplias en al medio ambiente externo, como cambios de temperatura, presencia o ausencia de agua o tipos específicos de alimentos.
Como conservar la homeostasia
Las concentraciones locales de sustrato , compartición de enzimas y secreción como proenzimas o cimogenos ( como por ejemplo la quimiotripsina ) sin actividad catalítica contribuyen a la regulación de los procesos metabólicos . Además , las alteraciones rápidas y mínimas en la actividad catalítica de enzimas reguladas clave tienen funciones importantes en la canalización selectiva de metabolitos hacia uno u otro proceso metabólico .
Las enzimas reguladoras
Tienden a ser aquellas que catalizan una reacción temprana única ( con frecuencia la primera ) de una secuencia determinada de reacciones metabólicas .
La actividad catalítica de las enzimas reguladas puede modularse por ejemplo ,cambios repetidos entre estados bajo y alto de actividad catalítica ; cuando no hay síntesis proteínica nueva ni degradación proteínica .
La modulación se logra cuando matabolitos específicos se unen en forma covalente y no covalente, a la enzima regulada en general a sitios ( alostéricos ) bastantes separados del sitio catalítico .
Tres mecanismos generales regulan la actividad enzimatica
Por ejemplo el flujo neto de carbono en una reacción catalizada en una reacción enzimática podría ser influido
1. Cambiando la cantidad absoluta de enzima presente .
2. Alterando el tamaño del conjunto de sustancias reaccionantes distintas de la enzima.
3. Alterando la eficacia catalítica de la enzima (estas tres opciones son utilizadas e casi todas las formas de vida).
La modulación de actividad enzimática por cambios en la conformación del sitio catalítico puede incluir la alteración de Km para un sustrato de Vmax para la reacción global o para efectos sobre los dos, Km y Vmax.
A menudo las curvas de saturación de sustrato para la inhibición alostérica son sigmoideas, por ende la ecuación de Michaelis Menten no se aplica.
Espero les sea de utilidad la información recabada.
