INTRODUCCION

ENZIMAS

Las enzimas son proteínas con función catalítica

Las enzimas son catalizadores biológicos que permiten que las reacciones metabólicas ocurran a gran velocidad en condiciones compatibles con la vida.

En las células, la actividad secuencial de muchas enzimas permite que las moléculas se degraden, o bien se formen moléculas de mayor tamaño a partir de moléculas sencillas. Desde el punto de vista químico, las enzimas son proteínas globulares, algunas de ellas con estructura cuaternaria. Para cumplir su función requieren conservar su estructura nativa, en particular se destaca una región conocida como sitio activo, que es responsable de catalizar la reacción.

Las enzimas se clasifican de acuerdo al tipo de reacción que catalizan

Las enzimas pertenecen a seis grupos que aparecen a continuación:1. Oxidoreductasas, actúan en reacciones de oxidoreducción y se las llama también deshidrogenasas. 2. Transferasas, transfieren grupos funcionales de un compuesto a otro. Las quinasas representan un grupo especializado que transfiere grupos fosfato. 3. Hidrolasas, rompen un enlace adicionando una molécula de agua.4. Liasas, rompen enlaces por mecanismos distintos a la hidrolisis o la oxidación. Las decarboxilasas y aldolasas son ejemplos de liazas.5. Isomerasas, catalizan reacciones de interconversión de isómeros.6. Ligasas, unen moléculas utilizando energía proveniente del ATP. También se llaman sintetasas.

El nombre de cada enzima hace referencia al sustrato y al tipo de reacción que cataliza. La denominación sistemática de una enzima se realiza según reglas nomenclaturales mediante cuatro números precedidos de la abreviatura E.C. (Enzymatic Code). Por ejemplo, la enzima que reduce el nitrógeno atmosférico a amonio en los rizobios, la nitrogenasa, es la E.C.1.18.6.1.

Hay enzimas que para actuar necesitan un componente no proteico

Algunas enzimas para actuar requieren un componente adicional que se llama cofactor. Los cofactores pueden ser inorgánicos (Fe+2, Mn+2, Zn+2, etc.) o moléculas orgánicas complejas llamadas coenzimas. Las coenzimas derivan de vitaminas o son la vitamina misma.

Las enzimas son proteínas eficientes, especificas y regulables

Las enzimas son catalizadores biológicos que, como los catalizadores químicos, aceleran reacciones y no se consumen durante la reacción, por lo que pueden intervenir muchas veces catalizando la misma reacción: son moléculas eficientes. A diferencia de otros catalizadores, las enzimas tienen un sitio activo que les permite unir y orientar las moléculas que intervienen en la reacción y de esa forma maximizan la posibilidad de formación o ruptura de enlaces necesarios para la obtención de productos.

El interior de la célula es denso y, aunque los sustratos y las enzimas están en numero relativamente pequeño, se pueden encontrar y dar lugar al complejo ES porque están en continuo

movimiento. Las enzimas se mueven más lentamente que los sustratos y la velocidad de encuentro va a depender de la concentración de sustrato presente.

El sitio activo tiene una forma determinada por el ordenamiento espacial de los -R que es única y que es reconocida por su sustrato. Esta es la base de otra de las características de las enzimas que es su especificidad. En el sitio activo los grupos -R están próximos debido a los plegamientos originados por las estructuras secundaria y terciaria, a pesar de que están alejados en la estructura primaria de la enzima. Estos -R participan en la reacción, algunos uniendo y orientando el sustrato y otros, formando o rompiendo enlaces.

En el metabolismo, el producto de la acción de una enzima es el sustrato de la siguiente enzima y aunque las reacciones tienden al equilibrio, no llegan nunca a él porque los sustratos y productos están en continua transformación. El conjunto de reacciones que forman una vía metabólica está controlado por enzimas cuya estructura varia según la concentración de sustratos, productos, compuestos intermedios o de productos finales de las mismas: las enzimas son regulables.

Las enzimas no modifican la constante de equilibrio sustrato producto, lo que hacen es bajar la energía de activación, aumentando la velocidad de reacción para alcanzar el equilibrio.

Las enzimas tienen un pH y una temperatura óptimos

Las enzimas son catalizadores biológicos que tienen una configuración nativa determinada por las fuerzas estabilizadoras de la proteína. Cualquier factor externo que altere esas fuerzas va a modificar la actividad de la misma.

La cinética enzimática ayuda a conocer el mecanismo de reacción

La grafica muestra la variación de la actividad de una enzima mitocondrial a distintos pH.

Los valores de pH o temperatura óptimos varían según la enzima pero en todos los casos permiten que la estructura del sitio activo sea la más adecuada para la catálisis.

La cinética enzimática estudia las velocidades de las reacciones catalizadas por enzimas y su variación frente a cambios de parámetros experimentales. La velocidad de una reacción química corresponde al numero de moléculas de reactivo(s) que se convierten en producto(s) por unidad de tiempo y depende de la concentración de los compuestos incluidos en el proceso y de la constante de velocidad que es una característica de la reacción. Todas las enzimas actúan en general de la misma manera, aun cuando el mecanismo de acción de cada enzima es único. Los reactivos y los productos están en concentraciones cientos o miles de veces mayores que las de la enzima en una reacción enzimática típica. Por lo tanto, cada molécula de enzima cataliza la conversión en producto de varias moléculas de reactivo. A los reactivos en bioquímica los llamamos sustratos y su conversión en productos ocurre en el sitio activo de la enzima. El complejo que se forma cuando el sustrato y la enzima se combinan se llama complejo enzima-sustrato (ES). Entre la unión del sustrato a la enzima y la reaparición de enzima libre y productos se producen una serie de pasos que se resumen a continuación:

La cantidad de producto formado a partir de una determinada concentración de sustrato y de enzima varía con el tiempo. Solamente en los primeros minutos de la reacción existe una relación lineal entre el producto formado y el tiempo. La velocidad de la reacción calculada a partir de los datos de esos primeros minutos, es lo que llamamos velocidad inicial (Vo) y este es el término al que nos referiremos de ahora en adelante cuando hablemos de velocidad.La velocidad (Vo) de una reacción enzimática se puede medir por la variación de la cantidad de sustrato transformado, o la cantidad de producto formado por unidad de tiempo. En algunas reacciones en las que intervienen coenzimas, la velocidad puede medirse por la cantidad de coenzima transformada por unidad de tiempo en lugar de medir el sustrato o el producto.

Cuestionario

1.- Diferencia entre las estructuras de proteínas 1,2 , 3, 4

A primera vista podría pensarse en las proteínas como polímeros lineales de AA unidos entre sí por medio de enlaces peptídicos. Sin embargo, la secuencia lineal de AA puede adoptar múltiples conformaciones en el espacio. La estructura primaria viene determinada por la secuencia de AA en la cadena proteica, es decir, el número de AA presentes y el orden en que están enlazados. La conformación espacial de una proteína se analiza en términos de estructura secundaria y estructura terciaria. La asociación de varias cadenas polipeptídicas origina un nivel superior de organización, la llamada estructura cuaternaria. Por último, la asociación de proteínas con otros tipos de biomoleculas para formar asociaciones supramoleculares con carácter permanente da lugar a la estructura quinaria (asociaciones supramoleculares).

Los enlaces que determinan la estructura primaria son covalentes (enlace amida o enlace peptídico), mientras que la mayoría de los enlaces que determinan la conformación (estructuras secundaria y terciaria) y la asociación (estructura cuaternaria y quinaria) son de tipo no covalente.

2.- ¿Que otros factores favorecen a la desnaturalización de las enzimas?

Los agentes que provocan la desnaturalización de una proteína se llaman agentes desnaturalizantes. Se distinguen agentes físicos (calor) y químicos (detergentes, disolventes orgánicos, pH, fuerza iónica. Como en algunos casos el fenómeno de la desnaturalización es reversible, es posible precipitar proteínas de manera selectiva mediante cambios en:

1. La polaridad del disolvente.2. La fuerza iónica.

3. El pH.4. La temperatura

Efecto de la polaridad del disolvente sobre la estructura de las proteínas La polaridad del disolvente disminuye cuando se le añaden sustancias menos polares que el agua como el etanol o la acetona. Con ello disminuye el grado de hidratación de los grupos iónicos superficiales de la molécula proteica, provocando la agregación y precipitación. Los disolventes orgánicos interaccionan con el interior hidrófobo de las proteínas y desorganizan la estructura terciaria, provocando su desnaturalización y precipitación. La acción de los detergentes es similar a la de los disolventes orgánicos.

Estructura de las proteínas. Un aumento de la fuerza iónica del medio (por adición de sulfato de amonio, urea o cloruro de guanidinio, por ejemplo) también provoca una disminución en el grado de hidratación de los grupos iónicos superficiales de la proteína, ya que estos solutos (1) compiten por el agua y (2) rompen los puentes de hidrógeno o las interacciones electrostáticas, de forma que las moléculas proteicas se agregan y precipitan. En muchos casos, la precipitación provocada por el aumento de la fuerza iónica es reversible. Mediante una simple diálisis se puede eliminar el exceso de soluto y recuperar tanto la estructura como la función original. A veces es una disminución en la fuerza iónica la que provoca la precipitación. Así, las proteínas que se disuelven en medios salinos pueden desnaturalizarse al dializarlas frente a agua destilada, y se renaturalizan cuando se restaura la fuerza iónica original.

Efecto del pH sobre la estructura de las proteínas[Los iones H+ y OH- del agua provocan efectos parecidos, pero además de afectar a la envoltura acuosa de las proteínas también afectan a la carga eléctrica de los grupos ácidos y básicos de las cadenas laterales de los aminoácidos. Esta alteración de la carga superficial de las proteínas elimina las interacciones electrostáticas que estabilizan la estructura terciaria y a menudo provoca su precipitación. La solubilidad de una proteína es mínima en su punto isoeléctrico, ya que su carga neta es cero y desaparece cualquier fuerza de repulsión electrostática que pudiera dificultar la formación de agregados.

Efecto de la temperatura sobre la estructura de las proteínas. Cuando la temperatura es elevada aumenta la energía cinética de las moléculas con lo que se desorganiza la envoltura acuosa de las proteínas, y se desnaturalizan. Asimismo, un aumento de la temperatura destruye las interacciones débiles y desorganiza la estructura de la proteína, de forma que el interior hidrófobo interacciona con el medio acuoso y se produce la agregación y precipitación de la proteína desnaturalizada..

3.- ¿Cual es la fuente de la que se extrae la enzima catalasa?

La catalasa es una enzima que se encuentra en organismos vivos y cataliza la descomposición del peróxido de hidrógeno (H202) en oxígeno y agua. El peróxido de hidrógeno es un residuo del metabolismo celular  de muchos organismos vivos y tiene entre otras una función protectora contra microorganismos patógenos, principalmente anaerobios, pero dada su toxicidad debe transformarse rápidamente en compuestos menos peligrosos. Esta función la efectúa esta enzima que cataliza su descomposición en agua y oxígeno.

4.- ¿Cual es la función de esa enzima en el organismo?

La catalasa (peróxido de hidrógeno: peróxido de hidrógeno oxidorreductasa, es una de las enzimas más abundantes en la naturaleza y se encuentra ampliamente distribuida en el organismo humano, aunque su actividad varía en dependencia del tejido; ésta resulta más elevada en el hígado y los riñones, más baja en el tejido conectivo y los epitelios, y prácticamente nula en el tejido nervioso. A nivel celular se localiza en las mitocondrias y los peroxisomas, excepto en los eritrocitos, donde se encuentra en el citosol.

5.- ¿Cual es el sustrato sobre el que actúa la enzima?La catalasa hepática H2O2

6.- ¿Cual es el producto que se obtiene de su actividad? La Catalasa trabaja facilitando la descomposición de el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. La eficacia de la Catalasa para la degradación del peróxido de hidrógeno depende de varios factores:

La dosis de la catalasa a usar. La concentración inicial del Peróxido de hidrógeno. El tiempo de contacto en la disposición del proceso. La temperatura de la leche en el proceso del queso.

7.- ¿Cual es el efecto del tratamiento térmico en la estructura?

Efecto De La Temperatura: La catalasa se activa a una temperatura de 0 - 65º C, porque el peróxido de hidrógeno inactiva la Catalasa , como ésta a su vez cataliza rompiendo la molécula (H2O2), es difícil establecer la relación actividad/temperatura, sin embargo la actividad inicial es mas rápida a temperaturas altas, la capacidad total es mas grande al reducir temperaturas.

Efectos Del pH: La Catalasa tiene una optima actividad de alrededor de un pH 3 - 9 y por encima de un pH 7.0. la actividad decrece, sin embargo un pH 10, mas del 50 % de actividad sobra.

Almacenamiento: Su actividad máxima es mantenida en un ambiente entre 2 - 4º C, bajo estas condiciones la enzima se encontrará estable por un año.

Referencias bibliográficas

Anderson SC, Cockayne S. (1995). Química Clínica. México. Ed. Interamericana McGraw-Hill.

Rodwel. et alli Bioquímica de Harper, 13ª ed., s.d.

Laguna, José Bioquímica, 2ª ed., Facultad de Medicina, UNAM, México D.F., Fournier S.A., 1969.

http://enzyme.expasy.org

http://www-mitchell.ch.cam.ac.uk/macie