5.3. catálisis enzimática. el complejo enzima

TEMA 5. ENZIMAS Y VITAMINAS
5.1. INTRODUCCIÓN
Constituyen el grupo de proteínas más especializado. Catalizan todas las reacciones que
tienen lugar en los organismos, acelerándolas.
Son biocatalizadores, es decir son sustancias que sin consumirse en el proceso,
intervienen en las reacciones químicas de los seres vivos, aumentando su velocidad de
reacción.
En los procesos enzimáticos disminuye la energía de activación que es la requerida para
que tenga lugar la reacción.
Las enzimas no son los únicos biocatalizadores, también lo son los oligoelementos,
hormonas y vitaminas.
Las enzimas se distinguen del resto de los biocatalizadores en:
 Su actividad: muy elevada
 Su sensibilidad a factores como pH, Tª..
 Su especificidad diferencia ente enantiómeros y grupos prácticamente idénticos
5.2.
NATURALEZA DE LAS ENZIMAS
A excepción de los ribozimas, todas las enzimas son de naturaleza protéica y
predominan las de tipo globular. Muchas son heteroproteínas.
Se distinguen las enzimas exclusivamente protéicas y las “holoenzimas”, estas constan
de :
 Apoenzima: Parte protéica
 Cofactor: Parte no protéica indispensable para su actividad. Este puede ser:
 Cationes metálicos: Zn2+, Ca2+, Fe2+, Mg2+ que se unen a la apoenzima o
regulan su actividad.
 Coenzimas: moléculas orgánicas complejas que se unen débilmente a la
apoenzima (NAD, FAD, NADP )
 Grupo prostétito: moléculas orgánicas que se unen fuertemente a la apoenzima
mediante enlace covalente.
Las enzimas realizan su función uniéndose a la molécula sobre la que actúan o
“sustrato”. Se forma el complejo enzima-sustrato, que después se escinde en el o los
productos de la reacción.
En la enzima se diferencian aa estructurales y los de “centro activo”.
Las aa estructurales no tiene función dinámica.
El centro activo es el lugar donde se une el sustrato. Es una cavidad asimétrica cuya
conformación y composición química determinan la especificidad de la enzima.
El centro activo contiene aa de fijación que establecen uniones débiles con el sustrato y
aa catalíticos que llevan a cabo la reacción química.
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TEMA 5. ENZIMAS Y VITAMINAS
5.3. CATÁLISIS ENZIMÁTICA. EL COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO
Las reacciones catalizadas enzimáticamente son del orden de 103 a 106 veces más
rápidas que las no catalizadas. Como toda reacción química tiene que verificar tres
condiciones:
1.Los reactivos, aquí sustrato, tienen que colisionar
2.La colisión tiene que ocurrir con una orientacióna decuada
3.Los sustartos deben poseer suficiente energía. Esta energía se denomina “energía de
activación.
En las reacciones catalizadas por enzimas disminuya la energía de activación y aumenta
la posibilidad de una orientación adecuad de los reactivos.
5.4. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN
*Cinética Enzimática. Concentración de sustrato
Estudia la velocidad de las reacciones enzimáticas catalizadas por enzimas.
En una reacción la velocidad depende, entre otros factores, de la concentración de
sustrato. Michaelis y Menten propusieron una ecuación que relaciona la velocidad de
reacción con la concentración de sustrato.
E  S 
KM=
ES
En primer lugar se forma un complejo Enzima –sustrato que se transformará en
producto. En cualquier instante la enzima se hallará en dos formas : libre y combinada
con el sustrato.
La velocidad será máxima cuando toda la enzima está en forma ES y la cantidad de
Enzima libre será pequeñísima. Estas condiciones se dan cuando la concentración de
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sustrato es muy elevada, ya que la enzima libre que va apareciendo intacta, se combina
de nuevo con otra molécula de sustrato y todas las enzimas se encuentran actuando.
En estas condiciones se alcanza un “estado estacionario” en el que la enzima está
saturada y la velocidad de reacción es máxima.
En general un aumento de la concentración de sustrato acelera la velocidad de la
reacción enzimática al facilitar la formación del complejo enzima-sustrato.
Si la velocidad es máxima cuando toda la enzima está formando el complejo ES, la
velocidad será la mitad de la máxima cuando la mitad de la enzima esté unida al sustrato
en forma ES, y la otra mitad está libre E. Es decir cuando ES =E .
En este caso la KM= S  .
Por tanto, la constante de Michaelis-Menten KM expresa la concentración de sustrato a
la que la velocidad de la reacción es la mitad de la máxima ½ VMAX
Es una medida de la afinidad de la enzima por el sustrato.
Una KM baja indica una unión muy estrecha entre E-S ya que la ½ VMAX se alcanza
cuando la concentración de sustrato es muy baja.
*Influencia del pH
La acción de la enzima transcurre entre 2 valores de pH, fuera de ellos la actividad es
nula.
Esto se debe a que a pH extremos se produce desnaturalización de las proteínas y
también a la influencia del pH sobre el grado de ionización de los radicales del centro
activo y del sustrato, que puede impedir la formación del complejo ES.
* Influencia de la Temperatura
Existe una temperatura a la que la velocidad de la enzima es máxima. La s temperaturas
por dbajo dan ligar a una disminución de la actividad de la enzima, y por encima de la
temperatura óptima la enzima se puede desnaturalizar.
*Influencia de Inhibidores . Tipos de Inhibidores enzimáticos.
Una sustancia capaz de disminuir o anular la velocidad de una reacción enzimática es un
inhibidor. Existen varios tipos de inhibición:
Irreversible: Cuando el inhibidor se fija al centro activo y lo inutiliza porque altera
su estructura.
Reversible: Cuando No se inutiliza el centro activo. En este caso puede ser:
I nhibición competitiva: Si el inhibidor se une al centro activo y bloquea el
acceso del sustrato al mismo. Sucede cuando el inhibidor y el sustrato son muy
parecidos.
Un tipo especial de inhibición competitiva es la “inhibición por el producto de la
reacción”. Es producto se parece mucho al sustrato y si se acumula se comporta
como inhibidor competitivo. Este proceso tiene un importante papel regulador
porque el producto frena o controla su propia producción.
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Inhibición No Competitiva: El inhibidor No se fija al centro activo sino a una
zona próxima, lo que dificulta el acceso del sustrato al centro activo. Otros se
fijan al ES y se libera el producto a menor velocidad.
5.5. ENZIMAS ALOSTÉRICOS
Existen moléculas denominadas “Efectores o ligandos” capaces de unirse
específicamente a la enzima en lugares diferentes al centro activo denominados
“Centros reguladores”.
La unión del ligando provoca un cambio conformacional de la enzima. Este cambio
origina la transformación entre la forma inactiva-activa de la enzima.
Existen ligandos activadores y ligandos inhibidores.
Los sustratos suelen comportarse como ligandos activadores, de forma que la unión de
una molécula favorece la unión de más moléculas de sustrato.
Los productos de la reacción suelen comportarse como ligandos inhibidores, impidiendo
la unión del sustrato a la enzima e impidiendo la reacción enzimática.
Se denomina Feed-back o retroalimentación a la regulación de un enzima alostérico por
el producto final de una ruta metabólica.
Las enzimas alostéricas tienen las siguientes características:
- Tienen estructura cuaternaria
- Poseen varios centros de regulación
- Tienen 2 conformaciones distintas R o de alta afinidad por el sustrato y T
o de baja afinidad por el sustrato
- Su cinética es distinta de la del resto de enzimas
5.6. MODELOS DE UNIÓN ENZIMA –SUSTRATO
1.Modelo llave-cerradura: La complementariedad de la enzima con el sustrato para
formar el complejo E-S se compara con la unión de una llave y una cerradura.
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2.Modelo de Acoplamiento Inducido
La unión E-S no es rígida. La unión del sustrato induce un cierto cambio
conformacional en el sitio activo de la enzima, que provoca el perfecto acoplamiento
entre la enzima y su sustrato.
5.7. ESPECIFICIDAD ENZIMÁTICA
Las enzimas no pueden actuar sobre cualquier sustrato y distinguen entre sustratos muy
parecidos.
La especificidad depende de los aa de fijación.
La especificidad puede ser:
-Respecto al Sustrato: La enzima sólo actúa sobre un sustrato determinado o un
grupo de sustratos de estructuras muy próximas. (el grado más extremo “la
especificidad absoluta de la enzima sólo reconoce un único sustrato” ureasa
sobre urea)
- Respecto a la reacción: La enzima sólo puede realizar un tipo de reacción
5.8. CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
Atendiendo a las reacciones que catalizan se dividen en 6 clases:
1.Oxidorreductasas:Catalizan reacciones de oxido-reducción. Pueden ser reacciones
de deshidrogenación, oxidación, transporte de e..
A++ +
B+++  A+++ + B++
2.Transferrasas: Transfieren un radical de un sustrato a otro. Pueden ser
metiltransferasas, carboxitransferasas...
A-X
+ B  A + B-X
3.Hidrolasas: Rompen un enlace del sustrato mediante la introducción de los elementos
de una molécula de agua. Pueden ser esterasas, carbohidrasas, peptidasas..
A-B + H2O  A-H + OH-B
4.Liasas: Rompen enlaces, forman con frecuencia dobles enlaces pero no interviene el
agua.
X-A-B-Y  A=B + X-Y
5.Isomerasas: Producen isomerizaciones en los sustratos
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A-B-X  X-A-B
6.Ligasas o Sintetasas: Unen 2 moléculas utilizando la energía proporcionada por la
hidrólisis de ATP
ATP ADP+ Pi

A + B  A-B
5.9 COENZIMAS
Las coenzimas son moléculas orgánicas que se unen a la enzima para activarla.
Desde el punto de vista químico las coenzimas pueden ser:
*Vitaminas: Todas las vitaminas del complejo B son coenzimas o precursores de
coenzimas.
*Nucleótidos: Son coenzimas los nucleótidos propios del ARN unidos a tres
grupos fostato: ATP, CTP, GTP, UTP. Su importancia radica en la facilidad con
que pierden un fosfato. Esta separación libera gran cantidad de energía y rinde
ADP, CDP, GDP, UDP.
*Derivados de vitaminas y Nucleótidos: Son moléculas complejas cuya
composición intervienen tanto vitaminas como nucleótidos. NAD,NADP;FAD,
CoA
5.10. VITAMINAS
Son compuestos orgánicos sencillos, imprescindibles para el mantenimiento de la vida.
Actúan como biocatalizadores en muchas reacciones químicas. Suelen ser coenzimas o
componentes de las coenzimas.
Son producidos por vegetales, hongos y microorganismos, pero no por animales, que
deben ingerirlas en la dieta.
Son fácilmente alterables por la Tª, luz, y almacenamiento.
Se necesitan en pequeña cantidad, pero tanto su falta como su exceso causa trastornos
más o menos graves.
Se clasifican en dos grupos atendiendo a sus solubilidad:
-Liposolubles: Son grasas A, D, K, E
-Hidrosolubles: Complejo B y vit. C
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