TEMA ASIGNADO:
Enzimas: Generalidades, clasificación y nomenclatura, mecanismos de acción, cinética y coenzimas.
SINTESIS DEL TEMA
Las enzimas son sustancias de radical importancia en la vida, ellas son las encargadas de acelerar procesos biológicos relacionados con la salud (de manera ordenada y regulada) y la enfermedad (se ve afectada la homeostasia); en su mayoría son proteínas y ácidos nucleicos. Entre sus propiedades se destaca que son específicas a la reacción que catalizan (estereoespecíficas), aceleran la velocidad en obtención de determinados productos, rara vez forman productos secundarios y no influyen en el equilibrio de la reacción.
En cuanto a su estructura, las enzimas contienen una superficie de unión única denominada sitio activo, al cual se unen los sustratos. Para la forma y estructura del sitio activo existen dos modelos, uno de ellos el de la llave y cerradura propone que cada enzima se une a un único sustrato y el segundo modelo del ajuste inducido propone que el sitio activo de una enzima es flexible y dependiente de la forma que el sustrato rígido le proporcione.
Las enzimas se caracterizan y se pueden clasificar por la reacción que catalizan y el mecanismo. Hace algún tiempo se podían identifican por el sufijo – asa-, así pues la lipasa hidroliza las grasas (lípidos), amilasa el almidón y las proteasas las proteínas; sin embargo esta nomenclatura no era suficiente, debido a que excluía las reacciones catalizadas por varias enzimas para el mismo sustrato con finalidad diferente como oxidación o reducción, por lo cual en la actualidad los nombres de las enzimas hacen referencia a la función que desempeñan como la deshidrogenasa que cataliza la eliminación de hidrogeno o la transferasa para reacciones de transferencia de grupos.
Las coenzimas pueden considerarse un segundo sustrato, son moléculas orgánicas termostables que en algunos casos las enzimas necesitan para activarse. Las reacciones que requieren la presencia de coenzimas se encuentran las oxido-reducciones, las transferencias de grupo y la isomerización. Entre las coenzimas fundamentales se evidencia las NAD+, FAD+, CoA-SH, biotina, ácido lipoico, entre otros.
La velocidad de reacción y el funcionamiento de las enzimas se ven directamente afectados por las variaciones de pH, temperatura, concentración de sustrato y presencia de inhibidores. La respuesta a estas desviaciones sutiles es:
- Temperatura: La elevación de temperatura incrementa la velocidad de una reacción, sin embargo el aumento extremo de este factor genera la desnaturalización de la enzima y la pérdida de su actividad catalítica. También el descenso de la temperatura genera la inactivación enzimática.
- pH: Las enzimas tiene su máxima actividad catalítica al pH óptimo, el cual en su gran mayoría oscila entre los valores de 5.0 a 9. La variación de este factor a niveles más bajos y muchos más altos, genera desnaturalización y alteraciones en la carga de la enzima, el sustrato o ambos lo cual afecta su actividad en cambio de estructura o en el estado (carga) del ligando de sustratos (sitio activo).
- Concentraciones de soluto: En presencia elevada de reactantes, incrementará la velocidad de reacción.
- Presencia de inhibidores: Dependiendo del tipo de inhibidor existente se regula la acción de las enzimas, disminuyendo la velocidad, es decir que estos mantienen un control en las reacciones. Para efectos prácticos, se emplean los inhibidores en medicamentos, venenos; con el fin de reducir la probabilidad de que un hecho adverso perjudicial para la salud se dé. Existen inhibidores reversibles como los competitivos, los acompetitivos y los no competitivos, además de los inhibidores irreversibles.
La cinética enzimática se analiza desde las ecuaciones de Michaelis- Menten y desde las gráficas de Lineweaver-Burk (de los dobles recíprocos).
Michaelis-Menten:
Imagen tomada de: http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc462/462bh2008/462bhonorsprojects/462bhonors2006/cooperj/Biochemical%20Parameters.htm
Lineweaver-Burk:
Imagen tomada de: http://themedicalbiochemistrypage.org/spanish/enzyme-kinetics-sp.html
Gracias a las gráficas y las ecuaciones propuestas se puede realizar la medición de la actividad enzimática en varias concentraciones de sustrato o en presencia/ ausencia del inhibidor. Los dos conjuntos se grafican para Michaelis-Menten como una relación de velocidad (V) vs concentración de sustrato [S]; para el cual la mitad de la Vmáx. hace referencia a la Km, mientras para Lineweaver-Burk se grafican como 1/Vo. contra 1/ [S]. En este último el intercepto en el eje y se entiende como 1/Vmáx. y en el eje x se evidencia como 1/Km.
Las fórmulas y ecuaciones propuestas por los dos modelos son:
Michaelis-Menten
Imagen tomada de: http://sandwalk.blogspot.com/2007/01/maud-menten-and-michaelis-menten.html
Lineweaver-Burk Imagen tomada de:
http://gsdl.bvs.sld.cu/cgi-bin/library?e=d-00000-00---off-0enfermeria--00-0--0-10-0---0---0prompt-10---4-------0-0l--11-zh-50---20-help---00-0-1-00-0-0-11-1-0gbk-00&a=d&c=enfermeria&cl=CL1&d=HASH012207a5c232d1523ddb0594.9.12
SITIOS DE INTERÉS
° Grupos de investigación que desarrollan su estudio en lineas investigativas en tecnología de alimentos: análisis, hidrólisis, proteínas, enzimas y cinética; para gestión ambiental y aprovechamiento de rescursos. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad de Salamanca. Se encuentran en el URL: http://fcquimicas.usal.es/?q=es/node/5
° Grupo de investigación en Biotecnología enzimática,Universidad Complutense de Madrid. Objetivo de estudio:Las enzimas implicadasen procesos industriales. Se encuentran en URL: http://solea.quim.ucm.es/res/biotec/biotec.html
| Biotecnología Enzimática | |
| U. Complutense de Madrid. La investigación del grupo tiene como objetivo las enzimas implicadas en procesos industriales. España | |
HERRAMIENTAS INFORMATICAS
° Docuemento que proporcioan información acerca de un programa que ayuda en la cuantificación y desarrollo de las fórmulas propuestas para la cinética enzimática. Se encuentra en URL:http://redalyc.uaemex.mx/pdf/695/69520115.pdf
BIBLIOGRAFIA
- MURRAY K. Robert. Bioquímica de Harper.14 ed. México, D.F.: El manual moderno S.A. de C.V. 1997.
- MCKEE T. Bioquímica de Mckee. Las bases moleculares de la vida. 4 ed. Mcgraw-Hill Interamericana. 2003
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