Las enzimasEntzimak

Todas las enzimas conocidas son proteínas y se nombran poniendo la terminación -asa.

Las reacciones, a su velocidad natural, suelen necesitar mucho tiempo (años). Para acortar ese intervalo de tiempo, las enzimas aceleran las reacciones. Disminuyen la energía de activación de una reacción, para que esta ocurra lo más rápido posible.

CENTRO ACTIVO:

Es el responsable de la actividad catalítica, la zona donde se coloca el sustrato (S).

Es una localización muy limitada:

La zona que se une al S, formando el complejo enzima-sustrato (ES).

Capaz de catalizar la reacción.

Tiene la especificidad y la capacidad catalítica de la enzima.

Cada enzima reconoce una molécula o un grupo molecular, según su grado de especificidad. Ej.: la hexoquinasa reconoce, además de la glucosa, otros sustratos, pero la glucoquinasa es específica casi solo para la glucosa.

ENZIMA + SUSTRATO:

Modelo llave-cerradura: el sustrato y el centro activo tienen morfologías complementarias.

Modelo mano-guante: al unirse el sustrato al centro activo, se dan cambios morfológicos en los dos. La transformación del sustrato es posible, en el producto.

ISOENZIMAS:

Son formas moleculares distintas de la misma enzima. Catalizan la misma reacción.

Cuando una enzima se produce en forma inactiva y para su activación necesita la rotura de un fragmento, al precursor le añadimos el sufijo -ógeno o el prefijo pro-. Ej.

Pepsinógeno y procarboxipeptidasa.

Cada enzima se nombra de 3 maneras.

1. El nombre recomendado.

2. El nombre sistemático, según la reacción que cataliza.

3. Según el número de clasificación.

Ejemplo: ATP + creatina ⇌ ADP + fosfocreatina. Nombre recomendado: creatin-quinasa. Nombre sistemático: ATP:creatin fosfotransferasa. Número de clasificación: EC 2.7.3.2, donde EC es la Comisión de Enzimas, y los números siguientes dan la clase, la subclase, la subsubclase y el identificador de la enzima.

Enzimas simples: formadas solo por aminoácidos.

Enzimas complejas: cuando, además de aminoácidos, participa otro grupo u otra sustancia.

Holoenzima: apoenzima (la parte proteica) + cofactor (la parte no proteica); con estos dos elementos tiene actividad catalítica.

Cofactores:

Metales

Coenzimas: moléculas orgánicas pequeñas.

La variedad de enzimas que utilizan coenzima es enormemente grande; estas, normalmente, suelen derivar de vitaminas.

Las enzimas se clasifican teniendo en cuenta la especificidad que tienen respecto a la acción y respecto al sustrato:

Oxidorreductasas: catalizan reacciones de oxidación-reducción, realizando la transferencia de electrones. La lactato deshidrogenasa, por ejemplo.

Transferasas: cambian de lugar un grupo. La ACP-maloniltransferasa, por ejemplo.

Hidrolasas: dirigen reacciones de hidrólisis o de rotura.

La quimotripsina, por ejemplo.

Liasas: dirigen las reacciones en las que se añaden o se quitan grupos. La fumarasa, por ejemplo.

Isomerasas: dirigen las reacciones de isomerización (cambiar un grupo de lugar intramolecularmente). La triosa fosfato isomerasa, por ejemplo.

Ligasas: dirigen las reacciones para unir dos sustratos. La aminoacil-tRNA sintetasa, por ejemplo.

E + S ⇌ ES → E + P: la unión del sustrato (k1, k-1) y la etapa catalítica (k2).

La actividad enzimática depende de varias variables: el pH, la temperatura, la presión… La unidad de actividad de las enzimas (U) nos indica la cantidad de enzima necesaria para producir un M de producto por minuto. El Comité de Nomenclatura Bioquímica, en cambio, recomienda utilizar la unidad katal: la cantidad de enzima necesaria para producir un mol de producto por segundo.

U/mg de proteína (esto nos enseña cuánta enzima activa tenemos entre las proteínas o las enzimas) La pureza de las enzimas la sabemos mediante la medición de la actividad específica de la enzima.

CINÉTICA ENZIMÁTICA

Solo se estudiará la cinética del caso de un único tipo de sustrato.

La velocidad de la reacción será más rápida cuanto mayor sea la eficacia catalítica de la enzima.

La velocidad de la reacción cambia de forma hiperbólica respecto a la concentración de sustrato.

V = Vmax × [S] / (Km + [S])

Un valor bajo de Km indica una afinidad alta por el S y al revés.

Incluso los cambios más pequeños de pH pueden cambiar el estado de ionización de los grupos químicos del centro activo de la enzima, haciendo disminuir la actividad enzimática.

Cada enzima tiene, por tanto, un pH y una temperatura determinados para su actividad adecuada.

pH:

El pH óptimo de la pepsina del estómago es 2.

Para la tripsina (en el intestino delgado), el pH óptimo es 8.

La amilasa, la enzima de la saliva, es una excepción: puede mantener su actividad en un intervalo amplio de pH sin sufrir cambios.

TEMPERATURA:

Si aumenta, las reacciones se aceleran.

Si la temperatura aumenta demasiado, las enzimas pueden desnaturalizarse.

Fijar la temperatura óptima es muy difícil.

La actividad de muchas enzimas puede inhibirse mediante la unión de moléculas pequeñas o de iones. Esto puede ocurrir de forma reversible o irreversible. Ej.: la penicilina es un inhibidor irreversible, inhibe la transpeptidasa, específica de las bacterias.

Reversible: unidos por enlaces no covalentes reversibles.

Irreversibles: unidos por enlaces covalentes irreversibles y fuertes.

INHIBICIÓN REVERSIBLE

INHIBIDORES COMPETITIVOS:

Compiten con el sustrato por unirse al centro activo.

Tienen semejanza estructural con el sustrato.

La inhibición puede revertirse poniendo más sustrato; así hay más oportunidades de unirse al centro activo.

Aumentan la Km de la enzima pero la Vmax no cambia y, en consecuencia, hará falta más S para llegar a la Km.

INHIBIDORES NO COMPETITIVOS:

El inhibidor no se une en el centro activo, se une en otro lugar.

El sustrato y el inhibidor pueden estar unidos a la vez, bajando la velocidad de la reacción.

Añadir más sustrato no revierte el inhibidor.

Tienen la misma Km de la enzima pero la Vmax bajada.

INHIBIDORES ACOMPETITIVOS:

No se unen al centro activo, sino al complejo enzima-sustrato, evitando que se forme el producto.

Bajan la Km de la enzima y suelen tener la Vmax bajada.

INHIBICIÓN IRREVERSIBLE Los inhibidores se unen al centro activo o a otra zona de la enzima (la zona alostérica), provocando una inhibición definitiva.

Muchos fármacos tienen este mecanismo.

ENZIMAS ALOSTÉRICAS

Además del centro activo, tienen otra zona llamada zona alostérica, que interacciona con otra molécula: el efector o modulador.

Los moduladores pueden ser activadores o inhibidores.

Ej.: la retroinhibición o control por feed-back: la inhibición por el producto.

ENZIMAS MODULADAS DE FORMA COVALENTE

Aparecen en dos formas alternativas (activa e inactiva). Sus estructuras pueden cambiarse covalentemente mediante otras enzimas: las enzimas moduladoras.

Ventaja: aumentan la señal química (efecto cascada).

Ej.: las fosforilaciones y las desfosforilaciones.