CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE LAS ENZIMAS

1. CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE LAS ENZIMAS

Las enzimas, son proteínas altamente especializadas en la catálisis de las reacciones biológicas, es decir aceleran  la velocidad de las reacciones en las que intervienen.

Estas moléculas, catalizan prácticamente todas las reacciones que tienen lugar en nuestro organismo y por lo tanto, están presentes en  todas las reacciones  de las diferentes rutas metabólicas.

Se caracterizan por:

• Su elevada especificidad por el sustrato o sustancia sobre la que actúan, para dar lugar a  un producto. ( Solo catalizan un tipo de reacción)
• Su gran poder catalítico: sin enzimas las reacciones se producirían de manera espontánea pero a una velocidad extremadamente lenta. En cambio, con la presencia de biocatalizadores o enzimas la velocidad de la reacción puede aumentar miles de veces.

Las enzimas son necesarias para que las reacciones biológicas se produzcan a velocidades adecuadas para la célula, es decir a velocidades útiles y que canalicen esta energía hacia rutas que sean útiles de manera que no se malgaste energía. Además, deben regularse para que la producción  de las distintas sustancias responda a las necesidades de la célula.

Se sintetizan en el interior celular, aunque también se encuentran en el líquido intersticial y muchos fluidos biológicos debido a que son secretadas por células productoras o a que se escapan de ellas. Encontramos enzimas en todos los tejidos pero no todas las enzimas se encuentran en todos los tejidos.

1. Estructura y especificidad del sustrato.

Las enzimas tienen una estructura proteica tridimensional. Encontramos dos zonas principalmente:

• El centro activo que es la zona a la cual se une el sustrato. Contiene los aminoácidos responsables de la catálisis.
• Centro alostérico que contiene los aminoácidos responsables de la unión de moléculas que regulan la actividad enzimática.

La especificidad de las enzimas puede ser absoluta, solo para una determinada molécula o relativa, cuando puede unirse a un grupo de moléculas semejantes que tienen diferente afinidad para la enzima.

1. Modelos de unión enzima-sustrato

Encontramos dos modelos para explicar la unión entre la enzima y el sustrato

• Modelo llave-cerradura: supone que la enzima tiene una estructura estable y específica para un sustrato, es decir es complementaria.
• Modelo del ajuste inducido o guante-mano: El sustrato al unirse a la enzima provoca en ella un cambio conformacional  por lo que la enzima se adapta al sustrato.

[pic 1]

1. Catálisis y cinética enzimática

Una reacción química implica una reorganización de átomos, es decir  que  se rompan y se  formen nuevos  enlaces que den lugar a los productos. Para que las reacciones se produzcan es necesario aplicar una cierta  cantidad de energía, denominada energía de activación. Los catalizadores, entre los que encontramos las enzimas, son sustancias que disminuyen la energía de activación (para llegar al estado de transición se requiere menos energía) y por lo tanto incrementan la velocidad de la reacción sin alterar  la energía del estado final.

El estado de transición es aquel en que las moléculas presentan la máxima energía y es el estado en que se producen las interacciones atómicas que conducen al cambio en los enlaces químicos. (Hay una inestabilidad atómica que permite la formación de nuevos enlaces que den lugar a los productos.)

1. Mecanismo de acción enzimática:

1. Reconocimiento de la enzima por el sustrato.
2. Formación del complejo enzima-sustrato (ES)
3. Transformación del complejo ES en un complejo de transición que favorece la acción enzimática.
4. Formación del complejo enzima-producto (EP)
5. Disociación del complejo EP: se recupera la enzima (la enzima no se consume)

1. Cinética de MICHAELIS-MENTEN.

Se trata del modelo más simple de estudio de la cinética enzimática y tiene en cuenta un solo sustrato y en unas condiciones determinadas de pH, temperatura... de la enzima. Este modelo, relaciona la variación de la velocidad con la concentración del sustrato de manera que:

A una concentración baja de sustrato, la velocidad de formación del producto es proporcional a la concentración de sustrato (cinética de orden 1).

En presencia de altas concentraciones del sustrato, la velocidad de la reacción se mantiene prácticamente constante. La velocidad de la reacción es independiente de la concentración de sustrato presente. Todos los centros activos de las enzimas están ocupados de manera que la enzima está trabajando a su velocidad máxima (cinética de orden 0).

La constante de Michaelis-Menten se define como el valor de la concentración de sustrato a la cual se consigue la mitad de la velocidad máxima. Se trata de una característica propia de cada enzima que indica la afinidad por el sustrato, tendrá diferente afinidad en función del sustrato.

Cuanto mayor sea la constante, menor es la afinidad de la enzima para ese sustrato  y eso implica una concentración de sustrato mayor para obtener la mitad de la velocidad máxima. En cambio, a menor valor de km mayor será la afinidad consiguiendo que con una menor concentración, obtener la mitad de la velocidad máxima de la reacción.

1. Factores que influyen en la actividad enzimática:

Los factores más importantes que pueden influir en la actividad enzimática y por lo tanto en la velocidad de la reacción son el pH, la temperatura, la fuerza iónica, la concentración  de la enzima y la presencia o no de inhibidores.

Cuando nos encontramos a pH extremos, las enzimas se desnaturalizan  y pierden su actividad. Se define como pH óptimo como el valor de pH al cual la actividad de la enzima es la máxima posible. Normalmente es un pH neutro  (pH=7) aunque encontramos algunas que varía un poco. Para la determinación de la actividad enzimática se añaden  tampones que proporcionen y mantengan el pH adecuado.

De forma general, el aumento de la temperatura hace aumentar la actividad enzimática ya que se aumentan también el número de colisiones entre las moléculas de  la enzima y sustrato. Al superarse una cierta temperatura, se produce una pérdida de la actividad debido a que se produce una desnaturalización de la parte proteica que conforma la enzima. Este proceso de desnaturalización es irreversible. LA temperatura óptima es la temperatura a la cual la enzima trabaja a su velocidad máxima. Las temperaturas óptimas de casi todas las enzimas suelen ser a la temperatura corporal ya que estas catalizan reacciones dentro del organismo (25ºC, 37ºC, 30ºC).

...