Metabolismo y enzimas - Colegio Monte de Asís

DESAFÍO Nº 6
Profesor Mauricio Hernández Fonseca
Biología – 3° Medio
Nombre: ______________________________________________________ Curso: ________________
METABOLISMO Y ENZIMAS
Revisado
INTRODUCCIÓN
Las enzimas son catalizadores positivos de las reacciones químicas que ocurren en la célula. Casi en su totalidad son de orig en proteico,
sin embargo existen moléculas de RNA con actividad similar a las enzimas llamadas ribozimas.
Para poder comprender la importancia de la existencia de las enzimas, debemos describir las etapas de una reacción química.
LA REACCIÓN QUÍMICA
Se define como reacción química un evento dinámico en el cual dos o más reactantes se combinan de una manera diferente para
formar uno o más productos. En base a lo anterior es fácil hacer el enlace con biología: constantemente la célula está realizando
cambios y procesos, sin parar.
Las etapas simples de una reacción química son:
1.
2.
3.
4.
Contacto entre reactantes
Acumulación de energía de activación
Formación del complejo activado
Liberación de productos
¿PARA QUÉ EXISTEN LAS ENZIMAS?
Resulta que una reacción química normal, como mezclar hidróxido de sodio con ácido clorhídrico, no requiere una gran energía de
activación, que se define como la energía necesaria para que los reactantes reaccionen y formen productos. Debido a eso si propiciamos
la reacción (mezclamos los reactantes) espontáneamente reaccionarán.
Sin embargo, las reacciones químicas que se llevan a cabo en la célula requieren una energía de activación tan alta, que esperar a que
esta reacción ocurra espontáneamente requeriría millones de años.
Las enzimas al ser catalizadores positivos hacen “más” posible una reacción bioquímica, bajando la cantidad de energía de activación
que los reactantes necesitan. Además, la célula dispone de una batería enzimática tan grande, que prácticamente toda reacción que
ocurre en la célula esta mediada por una enzima. De esa manera, la célula se asegura que todas sus reacciones necesarias puedan
ocurrir.
Fig. 1. Comparación de una reacción química con y sin la
intervención de enzimas
Cada célula en un organismo pluricelular tiene asignada una
batería enzimática característica, y es en base a eso que existen
células capaces desde alimentarse de bacterias (macrófagos y
neutrófilos) hasta capaces de producir impulsos eléctricos
(neuronas).
ESTRUCTURA DE UNA ENZIMA
La estructura básica de las enzimas corresponde a una estructura protéica terciaria, con una cavidad o superficie especial llamada sitio
activo.
El sitio activo es el lugar donde los reactantes encajan y pueden reaccionar. Cabe señalar que el sitio activo de una enzima en particular
solo sirve para un reactante en especial, llamado sustrato. Así, podemos decir que cada enzima sirve solo con un sustrato.
Existen dos teorías para la unión enzima sustrato:


El modelo llave cerradura: El sustrato que calce perfecto con el sitio activo de una enzima será sólo para dicha enzima
El modelo de encaje inducido: El sustrato puede modificar el sitio activo de una enzima, para poder ser de dicha enzima.
Se sabe que en general todos los sustratos tienen un nivel de inducción a su enzima en conjunto a su especificidad. Así podem os decir
que ambos modelos son válidos.
Una enzima también tiene otros sitios aparte del sitio activo, que sirven como “interruptores”.
Muchas enzimas necesitan que una molécula las encienda para poder funcionar.
ETAPAS DE UNA REACCIÓN CATALIZADA
Las etapas en una reacción mediada por enzimas son las
siguientes:
1.
2.
3.
4.
Formación del complejo enzima-sustrato
Reacción química
Formación del complejo enzima-producto
Liberación de los productos
En la siguiente imagen se ven representadas dichas etapas anteriores
FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Existen muchos factores, moleculares, biológicos o químicos, que
pueden afectar la actividad de una enzima, ya sea disminuyéndola o
potenciándola.
La temperatura
La temperatura es uno de los factores físicos que más puede afectar
la actividad enzimática. Las enzimas al ser proteínas, vienen
establecidas para un rango de temperatura en la que son estables
(generalmente bajo 45 °C). Cuando se supera dicho límite, la
estructura terciaria de las enzimas se pierde, proceso llamado
desnaturalización. Con la pérdida de la estructura terciaria, la
actividad enzimática se pierde.
Fig. 2. Se aprecia el “punto óptimo” para una enzima en particular, a
la cual ella funciona en su máximo punto.
2
El pH
Bajo el mismo concepto de desnaturalización, el pH puede
ejercer efectos parecidos. Las proteínas vienen fabricadas
para rangos de pH bastante estrechos. Un claro ejemplo es
la enzima gástrica pepsina, cuyo tengo de pH óptimo es
entre 1 y 2. Si esa enzima se mezcla con el jugo
pancreático, cuyo pH se encuentra entre 7 y 8, su actividad
cesa debido a su desnaturalización.
Fig. 3. Se aprecian tres enzimas con rangos de pH
diferentes (Pepsina, Anhidrasa carbónica y Amilasa
pancreática). Se puede apreciar como en el rango de
máxima actividad de una, la de otras es mínimo.
Inhibidores enzimáticos
Un inhibidor enzimático es una molécula que limita la actividad de la enzima. Existen dos familias de inhibidores:
1.
2.
Reversibles: Son moléculas parecidas al sustrato. Ocupan el sitio activo de la enzima sin permitir la reacción. Si se eleva la
concentración del sustrato, éste desplaza al inhibidor.
Irreversibles: Son moléculas que se unen a otra región de la enzima, alterando su conformación tridimensional. La enzima
queda limitada sin poder liberarse del inhibidor.
Fig. 4. Representación de la inhibición reversible.
Ayudantes o estimulantes
Son moléculas que algunas enzimas necesitan para poder ejercer su actividad. Se conocen como coenzimas (de origen orgánico; p. ej.
Coenzima A) o cofactores (de origen inorgánico; p. ej. Magnesio). Su unión a la enzima potencia la actividad enzimática y/o permite su
funcionamiento.
También las propiedades que pueden afectar son la presencia de inhibidores artificiales, como medicamentos específicos, la
concentración del sustrato y de la enzima, etc.
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Actividad: Escoge la alternativa correcta:
1.
2.
¿Con qué postulado de la teoría celular se asocia mejor
el término metabolismo?
A. La célula como unidad estructural.
B. La célula como unidad genética.
C. La célula como unidad hereditaria.
D. La célula como unidad funcional.
E. La célula como unidad pluricelular.
Es correcto afirmar que en el anabolismo:
I.
II.
III.
Se libera energía de los enlaces químicos.
Se fabrican biomoléculas.
Se almacenan grandes cantidades de energía.
A.
B.
C.
D.
E.
Solo I
Solo II
Solo III
I y II
I y III
3.
Un ejemplo de catabolismo es:
A. Síntesis de proteínas.
B. Síntesis de polisacaridos.
C. Síntesis de lípidos.
D. Ciclo de Krebs.
E. Glucogenólisis.
4.
¿Cuál de las siguientes moléculas acopla catabolismo y
anabolismo?
A. Un enzima.
B. La glucosa.
C. Una proteína.
D. O2.
E. ATP
5.
La porción enzimática que se une al reactante se llama
_____. La molécula que reacciona unida a éste se llama
_____. ¿Qué alternativa completa la oración?
A. Producto – sitio activo.
B. Sitio activo – sustrato.
C. Sustrato – producto.
D. Inhibidor – sustrato.
E. Sitio activo – inhibidor.
6.
¿Cómo acelera la reacción química una enzima?
A. Añadiendo energía a los reactantes.
B. Disminuyendo la energía de activación necesaria.
C. Uniéndose irreversiblemente a los reactantes.
D. Sufriendo modificaciones irreversibles.
E. Disminuyendo el número de moléculas participantes.
7.
Respecto a los factores que afectan la actividad
enzimática, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es
FALSA?
A. La velocidad de reacción es directamente
proporcional a la concentración de enzima.
B. Alcanzada cierta concentración de sustrato la
velocidad de reacción no aumenta al aumentar el
sustrato.
C. La velocidad de reacción es directamente
proporcional a la temperatura.
D. Algunas enzimas no actúan si no es en presencia de
ciertos minerales.
E. Las enzimas actúan dentro de un rango de pH, lo que
se conoce como pH óptimo.
8.
¿Por qué se dice que una enzima es específica?
A. Porque aceleran las reacciones químicas.
B. Porque disminuyen la energía de activación.
C. Porque se unen a un determinado sustrato.
D. Porque necesitan cofactores.
E. Porque se pueden volver a reutilizar.
9.
Con respecto al modelo del acoplamiento inducido es
correcto que:
I.
Es el que mejor muestra el criterio de especificidad
de una enzima.
II.
Es más flexible que el otro modelo propuesto.
III.
Dice que el sitio activo de una enzima puede estar
sujeto a cambios.
A.
B.
C.
D.
E.
Solo I
Solo II
I y II
II y III
I, II y III
10. ¿Cómo se llama la inhibición de una enzima por unión de
una molécula muy parecida al sustrato o su sitio activo?
A. Inhibición alostérica.
B. Inhibición no competitiva.
C. Inhibición competitiva.
D. Inhibición por desnaturalización.
E. Inhibición irreversible.