Enzimas

Las enzimas son catalizadores biológicos selectivos de una eficiencia muy sorprendente. Cada una de las células vivas disponen de miles de enzimas diferentes enzimas para el desempeñar funciones de elevada importancia para el organismo.

Muchas de las reacciones catalizadas por las enzimas son muy rápidas debido a que este es el papel más importante que desempeñan, ya que en condiciones fisiológicas normales no se realizarían tan rápido

El catalizador es el encargado de ser quien acelera la llegada al equilibrio de la reacción, estos no cambian la posición del equilibrio de la reacción, mas bien contribruye a que el gasto de energía sea menor 

La especificidad es también una propiedad importante y muchas de estas poseen estereoespecificidad ya que solo actúan sobre el estereoisomero del sustrato,  atribuyendole la especificidad de reacción que no permite que se creen sustancias tóxicas 

Las reacciones enzimáticas funcionan como punto de control en el metabolismo.
Clasificación

 CLASES DE ENZIMAS 

UNA PROPIEDAD MUY IMPORTANTE DE LAS ENZIMAS es la cinética 

Cinética química: en donde la velocidad dependerá de la concentración del sustrato 

Cinética enzimatixa 

En primer lugar el sustrato (S) y la enzima (E) se unen y forman un complejo enzima-sustrato (ES). Una vez formado el complejo ES, este o bien se disocia en enzima más el sustrato o se transforma el sustrato en producto formado el complejo enzima-producto (EP), que se disocia para dar enzima (E) más producto (P).

El proceso fue modelizado por Michaelis y Menten y le permitio obtener una ecuación, ecuación de Michaelis-Mente en donde la velocidad de la acción de un enzima es función de la cantidad de sustrato presente, la cantidad de enzima y las características del enzima, la afinidad del enzima por el sustrato y el poder catalítico del enzima:

La Km nos da una idea la afinidad que tiene el enzima por su sustrato, cuanto mayor es Km menor es la afinidad (predominan las formas E y S libres), cuanto menor es Km mayor es la afinidad (predomina la forma ES).

La velocidad máxima Vmáx estima el número de centros activos del enzima. Recordar que hemos definido la Vmáx como la velocidad que obtendríamos cuando todo el enzima se encuentra unido al sustrato. A la constante k2 (poder catalítico del enzima) se la reconoce con el nombre de  número de recambio, es el número de moléculas de sustrato convertidas en producto por unidad de tiempo. Por lo que la Vmáx depende de dos cosas, la cantidad de enzima presente y la capacidad catalítica del enzima, es decir la velocidad con que transforma al sustrato.

La representación gráfica de la velocidad en fución de la concentración de sustrato:

Del estudio del modelo se desprende que la velocidad de transformación de sustrato en producto en una reacción enzimática depende:

La cantidad de sustrato presente. [S] La afinidad del enzima por el sustrato. Km La cantidad de enzima presente. [E] El poder catalítico del enzima. [k2]

Estudia en las siguientes gráficaslos las variaciones de la velocidad en función de los cambios:

Cantidad de sustrato:

Afinidad del enzima por el sustrato y cantidad de enzima o poder catalítico:

Cualquier mecanismo que altere alguno de estos parámetros provocara una modificación de la velocidad enzimática, por lo que una vía podrá ser modulada o controlada. (Ver los diferentes ejemplos de enzimas modulados).

Además no todos los enzimas siguen una cinética de Michales-Menten, algunos presenta una cinetica sigmoidal, los enzimas que presentan modulación alosterica cooperativa, es decir aquellos en el que el sustrato actua como un modulador positivo. Estudia las diferencias de un enzima con modulación alosterica cooperativa positiva y un enzima que sigue la cinética de Michaelis-Menten.

Estudia los efectos en una cinética sigmoidal de los cambios de la Km y la Vmáx:

La velocidad de acción de un enzima también se puede ver afectada por la presencia de inhibidores, que pueden actuar de diferentes maneras. Estudia los efectos sobre la velocidad de la presencia de diferentes inhibidores:

En el caso de que las proteínas diana sean enzimas puede ocurrir dos cosas diferentes: ciertos fármacos actúan como inhibidores de algunas enzimas, es decir la inactivan y no permite que se forme el producto normal o hacen que la catálisis sea mucho más lenta por la misma razón de que el fármaco al ser una sustancia química, se unen al sitio catalítico  y no dan cabida al sustrato que normalmente debería unirse. Existen dos tipos de inhibiciones: reversibles que pueden ser competitivas o no competitivas y las inhibiciones  irreversibles. En las inhibiciones  competitivas tenemos que el fármaco que es introducido a nuestro cuerpo compite contra el sustrato original que es producido en nuestro organismo por el sitio catalítico y dependiendo de cuál de las dos sustancias tenga mayor afinidad por el sitio catalítico se produce una respuesta. Una vez que la respuesta se ha producido, el fármaco deja libre el sitio activo para que la enzima en un futuro pueda unirse a sus sustratos. Por otro lado, aquellas inhibiciones reversibles no competitivas son aquellas en la cual el fármaco ingresa a nuestro organismo y se une a otro sitio de la enzima que no es el activo y cambian su conformación estructural es decir se forma el complejo enzima - inhibidor y también el complejo enzima – inhibidor – sustrato pero como hubo un cambio en la conformación de la enzima, no se producirá una reacción ya que el fármaco unido en otro lado que no es el sitio activo ha dejado sin actividad a la enzima.

En las enzimas alostéricas la unión de un sustrato a un sitio activo puede afectar las propiedades de otros sitios activos en la misma molécula. Un posible resultado de esta interacción entre subunidades es que la unión del sustrato resulte cooperativo, es decir que la unión del sustrato en un sitio activo facilita la unión de los otros sustratos en los sitios activos vecinos.

Además la actividad de una enzima alostérica puede ser alterada por moléculas regulatorias que se unan de manera reversible sitios sobre la proteína que se encuentren en sitios diferentes al sitio activos. Así, las propiedades catalíticas de las enzimas alostéricas pueden ajustarse para cumplir con las demandas inmediatas de la célula. Debido a ello las enzimas alostéricas son los puntos clave de regulación de las vías metabólicas.

Las enzimas reguladas por modificaciones no-covalentes son llamadas de alostéricas. Las mismas son encontradas en casi todas las vías metabólicas y generalmente está catalizando una reacción irreversible localizada en el inicio de la vía. En cuanto a su estructura, son oligoméricas o sea compuestas de varías cadenas polipeptídicas, cada una con una casa de campo activa. La conexión del substrato a la casa de campo activa de una de las subunidades afecta la conformación de las demás, facilitando la conexión de los demás substratos a casas de campo activas.

Las enzimas alostéricas son sensibles reguladores del metabolismo, porque al se conecten la determinados metabolitos celulares su actividad sufre grandes alteraciones. Estos metabolitos también pueden ser llamados de efetuadores o moduladores alostéricos, y pueden ser positivos (aumento de la velocidad de reacción) o negativos (reducción de la velocidad de reacción) de acuerdo con su efecto. Por lo tanto el moduladores alostéricos pueden tutear tanto como inhibidores como activadores de la reacción enzimática.

En la mayoría de las vías metabólicas es común que el producto final tuteé como modulador alostérico negativo de la enzima que cataliza las primeras reacciones de la vía. Por lo tanto cuando la concentración de este producto queda aumentada él va a actuar como un inhibidor alostérico, disminuyendo la velocidad de la vía y su propia producción. Este mecanismo es denominado inhibición por retroalimentación o feedback. 

COOPERATIVIDAD


La proteínas con efectos cooperativos tienen curvas de saturación
diferentes a la hipérbola rectangular (la función de saturación de
tipo Michaelis-Menten).
Pueden ser de dos clases:
Efectos cooperativos positivos: Curvas sigmoideas
Efectos cooperativos nega
tivos: Curvas pseudo hiperbólicas
• Efectores Positivos o Activadores. Modifican las constantes
de afinidad (aumentan la afinidad) de tal modo que la unión
de la proteína al ligando tiene lugar a mas bajas
concentraciones del ligando. Los efectores positivos
disminuyen la cooperatividad.
• Efectores Negativos disminuyen las constantes de afinidad.
Aumentan la cooperatividad.


Regulación por modificación covalente
 La actividad de una enzima se puede modificar por la fijación covalente y la eliminación  de grupos en la cadena polipeptídica.
La regulación por modificación covalente suele ser mas lenta
La modificación covalente de las enzimas reguladas es reversible, pero suele requerirenzimasmodificadorasadicionalesparasuactivacióneinactivación.
Regulación de la piruvato deshidrogenasa de mamíferos. La piruvato deshidrogenasa, es una enzima interconvertible.
• Se inactiva por fosforilacion catalizada por la cinasa piruvatodeshidrogenasa.
• Se reactiva por hidrolisis de su residuo fosfoserina, catalizada por una hidrolasa alostérica llamada fosfatasapiruvatodeshidrogenasa.

Mecanismos de acción
- Sustitución nucleofílica
 
- Reacciones de ruptura

- Reacciones de oxido- reducción



CATÁLISIS ENZIMÁTICA 

COFACOTRES Y VITAMINAS 

ENZIMAS

HOLA! ESTA VES NOS ADENTRAREMOS AL COMPLEJO MUNDO DE LAS ENZIMAS Y  CARBOHIDRATOS 

Es importante que para empezar a ver estos temas siguientes tengamos algunos terminos y conceptos claros para poder entender todos los procesos de los que se tratara .

1. Enzima Los enzimas son biomoléculas especializadas en la catálisis de las reacciones químicas que tienen lugar en la célula, muchas veces actúa como catalizador.

2. Catalizador Es una sustancia que, sin consumirse en el proceso, aumenta la velocidad de una reacción

química rebajando la barrera de energía de activación sin alterar el equilibrio de una reacción

3. Sustrato molécula sobre la que actúa la enzima y cuya transformación está  condicionada por ella

4. Energía de activación La energía de activación de una reacción química se relaciona estrechamente con su velocidad. Específicamente, mientras mayor sea la energía de activación, más lenta será la reacción química. Esto se debe a que las moléculas solo pueden completar la reacción una vez que han alcanzando la cima de la barrera de la energía de activación. Mientras más alta es la barrera, menos moléculas tendrán energía suficiente para superarla en cualquier momento dado.

5. Energía de transición es de muy alta energía y muy corta duración, y en el mismo se forma una estructura transitoria de máxima energía que se denomina Complejo Activado

6. Coenzima sustancia orgánica de naturaleza no proteica, actúan generalmente como transportadores intermediarios de

grupos funcionales, de determinados átomos o de electrones, los cuales son transferidos de una

sustancia a otra en la reacción enzimática global

7. Apoenzima Es la parte proteica de una holoenzima, es decir, una enzima que no puede llevar a cabo su acción catalítica desprovista de los cofactores necesarios, ya sean iones metálicos

8. Cofactor no protéico Un cofactor es un componente no proteico, termoestable y de baja masa molecular, necesaria para la acción de una enzima. El cofactor se une a una estructura proteica, denominada apoenzima, y el complejo apoenzima-cofactor recibe el nombre de holoenzima

9. Oxidorreductasa Catalizan reacciones de oxidación reducción  

10. Transferasa Catalizan las reacciones de transferencia de un grupo que pueden usar coenzimas. La parte de la moléculas enlazan de forma covalente

11. Catalasa La catalasa en una enzima que la podemos encontrar en muchos organismos vivos, y  cataliza la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno.

12. Hidrolasa Catalizan la hidrólisis, son un tipo de transferasas en donde el agua es el aceptor del grupo transferido

13. Liasa Son aquellas que catalizan la lisis de un sustrato al generar un enlace doble, son reacciones de eliminación, no hidrolíticas y no oxidantes.

14. Isomerasa   Son aquellas que catalizan cambios estructurales dentro de una molécula.

15. Ligasa Estas son las que catalizan la ligadura o unión de dos sustratos  

16. Cinética enzimática Es el análisis de la variación de la velocidad en una reacción catalizada enzimáticamente  basándose en la concentración del sustrato o de la enzima

17. Cinética de  Michaelis-Menten describe la velocidad de reacción de muchas reacciones enzimáticas. Este modelo sólo es válido cuando la concentración del sustrato es mayor que la concentración de la enzima, y para condiciones de estado estacionario, es decir, cuando la concentración del complejo enzima-sustrato es constante.

18. Inhibidores anulan la acción de

los enzimas sin ser transformados, puede ser irreversible o reversible

19. Representación de Line weaber- Burk Se emplea como herramienta gráfica para calcular los parámetros cinéticos de una enzima.

Su utilidad consiste en que el recíproco de la cinética de Michaelis-Menten es fácilmente representable y que de él emanan mucha información de interés.

20. Inhibición no competitiva . Los inhibidores no

competitivos se unen a un lugar del enzima diferente del centro activo

provocando en el una alteración que dificulta bien la formación del complejo

enzima-sustrato o bien la descomposición de éste para dar lugar a los productos

21. Inhibición competitiva El inhibidor es una molécula que presenta un cierto parecido estructural con el sustrato,

de manera que puede competir con él por acceder al centro activo, pero que no

posee ningún enlace susceptible de ser atacado por el enzima

22. Inhibición acompetitiva Solo se unen a ES y no a la enzima libre, disminuye la Vmax por conversión de algunas moléculas de E en la forma inactiva ESI  

23. Catálisis enzimática El estudio de la cinética y de la dinámica química de una enzima permite explicar los detalles de su mecanismo catalítico, su papel en el metabolismo, cómo es controlada su actividad en la célula y cómo puede ser inhibida su actividad por fármacos o venenos o potenciada por otro tipo de moléculas.  

24. Regulación alostérica Modo de regulación de las enzimas por el que la unión de una molécula en una ubicación (sitio alostérico) modifica las condiciones de unión de otra molécula, en otra ubicación (sitio catalítico) de la enzima distante de la primera.

25. Zimógenos Enzimas sintetizadas como precursores no funcionales,  Suelen activarse por la eliminación de un fragmento peptídico de su molécula