metabolismo y enzimas - Colegio Monte de Asís

Portafolio de Ciencias 1° Medio – Guía de actividades 8
Guía de Actividades N°8
METABOLISMO Y ENZIMAS
SECTOR
: CIENCIAS NATURALES - BIOLOGÍA
EJE 1
: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS SERES VIVOS
UNIDAD 1
: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CÉLULA
ESTUDIANTE
:
PROFESOR
: VERÓNICA ABASTO / MAURICIO HERNÁNDEZ
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS
COLEGIO MONTE DE ASIS
2015
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Portafolio de Ciencias 1° Medio – Guía de actividades 8
Al finalizar esta clase y guía habrás trabajado los siguientes objetivos:


Describir el rol de las enzimas como catalizadores biológicos esenciales en el metabolismo celular, incluyendo la especificidad de sustrato y de
acción.
Identificar las condiciones necesarias de temperatura, pH, disponibilidad de sustrato para el óptimo funcionamiento enzimático en la célula
aplicados a ejemplos concretos tales como en el proceso digestivo.
METABOLISMO
En clases anteriores, aprendimos los principios de la teoría celular, dentro de los cuales se incluye la idea de que las células son la
unidad funcional de los seres vivos. Es por esto, que pese a la gran variedad de formas, tamaños, tipos y asociaciones de células existentes,
todas comparten algunas características y propiedades comunes que contribuyen a lograr dicho objetivo. Una de estas características, es
llevar a cabo una serie de procesos metabólicos que le permiten a la célula realizar las transformaciones químicas que hacen posibles los
procesos vitales de desarrollo, crecimiento, formación de estructuras, respuesta a estímulos y reproducción. Sobre esta propiedad,
explicaremos a continuación sus aspectos más relevantes.
Las células se caracterizan por tener un metabolismo propio, el metabolismo celular, el cual lo constituyen todas las reacciones
químicas que ocurren al interior de la célula. La célula se auto sustenta gracias a su directa relación con el medio, lo que implica un constante
flujo de materia y energía entre ambos.
Las reacciones metabólicas se pueden clasificar en:

ANABOLISMO: corresponde a las reacciones de síntesis de biomoléculas, en
donde a partir de moléculas simples (monómeros) se construyen moléculas
más complejas (polímeros). Esto implica un requerimiento de energía por
parte de la célula, la que se utiliza en la formación de enlaces entre los
monómeros. Un ejemplo de reacción anabólica sería la síntesis de proteínas a
partir de amino ácidos.

CATABOLISMO: corresponde a las reacciones de degradación de
biomoléculas, en las cuales a partir de moléculas más complejas (polímeros),
se originan moléculas simples (monómeros). Al contrario de lo que ocurre en
el anabolismo, aquí se rompen los enlaces de las moléculas, lo que implica
liberación de energía. Un ejemplo de reacción catabólica es la glucogenólisis
(degradación del glucógeno en glucosas).

ANFIBOLISMO: es el proceso en el que la energía que se obtiene del catabolismo, se almacena en grandes cantidades en algunas
moléculas destinadas a dicha función, para que luego sea usada en el anabolismo. Son todas las “reacciones intermedias” entre el
catabolismo y el anabolismo. Estas reacciones no entregan ni consumen energía, sino que son sólo intermediarias. Un ejemplo es el
ciclo de Krebs de la respiración celular que ocurre en la mitocondria.
Una característica del metabolismo es la similitud de las
rutas metabólicas básicas en los organismos, incluso entre
especies muy diferentes. Por ejemplo, la secuencia de pasos del
ciclo de Krebs es universal entre células vivientes, tan diversas
como una bacteria y un organismo como el ser humano.
Todos los compuestos químicos producidos en las reacciones
metabólicas se denominan metabolitos.
Además, son necesarias moléculas como el ATP, ADP y AMP,
las que se utilizan en el almacenamiento de la energía
(anfibolismo); el NADH, NADPH, FAD o FADH2, participan en los
procesos de oxidación y reducción de los metabolitos, actuando
como transportadores de electrones.
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ENZIMAS
Una enzima es una molécula orgánica que
sirve como catalizador de las reacciones químicas
al disminuir la energía de activación requerida.
Participa activamente en los procesos
metabólicos de la célula. Todas las reacciones que
tienen lugar en la célula involucran enzimas, que
tal como mencionamos en la unidad anterior, en
su mayoría son proteínas globulares complejas, de
tamaño grande, formadas por una o más cadenas
polipeptídicas que presentan plegamientos que
aseguran que un grupo particular de aminoácidos
formen una especie de surco, región que se
conoce como el sitio activo de la enzima.
El sustrato es la molécula sobre la cual actúa una enzima; este sustrato se ajusta con gran precisión al sitio activo de una enzima,
formándose lo que se conoce como el complejo enzima sustrato. Cuando las enzimas pierden su estructura tridimensional característica,
se dice que están desnaturalizadas. Son sintetizadas en los ribosomas libres o del R.E.R.
Cualquier reacción química requiere que los sustratos (o reactantes) alcancen un nivel de energía que les permita convertirse en
productos. Las enzimas pueden disminuir estos requerimientos energéticos: una reacción no catalizada requiere más energía de activación
que una catalizada. Esta característica se conoce como capacidad catalítica, siendo muy alta en las enzimas, mayor que la de cualquier
catalizador inorgánico.
Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones, porque disminuyen la energía de activación. Así, los reactantes se combinan más
rápidamente para formar los productos. La funcionalidad de las enzimas se consigue manteniendo constante la estructura primaria,
secundaria y terciaria de las enzimas.
Algunas enzimas requieren, además de su estructura
proteica, de la participación de otros componentes
químicos. Cuando se trata de una molécula inorgánica, como
uno o más iones metálicos (principalmente hierro,
magnesio, calcio o zinc) se les llama cofactores. Si en cambio
son moléculas orgánicas no proteicas más complejas se
denominan coenzimas, como es el caso de muchas
vitaminas. Cuando esto ocurre, la parte proteica de la
enzima se llama apoenzima y toda la enzima completa se
llama holoenzima.
MECANISMOS DE ACCIÓN ENZIMÁTICA
Actualmente, se plantean dos posibles modelos del
funcionamiento de las enzimas:

Modelo de “Llave-cerradura”: propone que el sustrato
se une al sitio activo de la enzima de manera análoga a
como se inserta una llave a una cerradura. Este modelo
muestra claramente el criterio de especificidad
característico de las enzimas.

Modelo de “Acoplamiento inducido”: explica de manera
más flexible la interacción específica entre el sustrato y
la enzima. Se fundamenta en el hecho que el sustrato es
capaz de inducir cambios en la estructura o
conformación del sitio activo, permitiendo una
orientación apropiada de los grupos químicos que
intervienen en la reacción.
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INHIBICIÓN ENZIMÁTICA
Muchas sustancias químicas afectan el funcionamiento de una enzima parcial o totalmente, por medio de lo cual se puede realizar
un control de la actividad enzimática. Esta inhibición puede ser:

Inhibición competitiva: una molécula, semejante al sustrato normal, compite por unirse al sitio activo de la enzima. La inhibición
competitiva puede ser revertida aumentando las concentraciones de sustrato.

Inhibición alostérica (no competitiva): ocurre cuando una molécula distinta al sustrato se combina con una enzima en un sitio
diferente del sitio activo y, al hacer esto, altera la conformación del sitio activo haciéndolo no funcional.
FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
La capacidad catalítica de las enzimas se debe a una serie de características, tales como su gran especificidad en las reacciones
que catalizan, las bajas concentraciones que se necesita de ellas y el no consumirse durante la reacción. Además, su funcionamiento se ve
influido por:

Concentración del sustrato: al aumentar la concentración del sustrato,
la actividad de la enzima aumenta, hasta alcanzar la velocidad máxima,
punto donde la enzima se satura, debido a que todas tienen sus sitios
activos ocupados.

Efecto del pH: las enzimas actúan dentro de límites estrechos, es decir
tienen un pH óptimo. El máximo de la curva corresponde al pH óptimo
en el que la enzima tiene su máxima actividad; en medios muy ácidos o
muy alcalinos, la enzima se desnaturaliza y se inactiva.

Temperatura: por lo general, la velocidad de las reacciones aumenta
con la temperatura dentro de un intervalo en el que la enzima está
activa y estable. La actividad enzimática máxima se alcanza a la
temperatura óptima. Luego la actividad decrece porque la enzima se
desnaturaliza.
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Actividad 1. Responde las siguientes preguntas:
1.
Explica en qué consisten las cadenas metabólicas.
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2.
¿En qué consiste la enfermedad llamada fenilcetonuria y cómo se detecta? Averigua.
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3.
Explica el efecto de la enzima en la energía de activación de una reacción. ¿Existe alguna diferencia del efecto de una enzima en una
reacción endergónicas y otra exergónicas? Explica.
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Actividad 2. Selecciona la alternativa correcta:
1.
A.
B.
C.
D.
E.
¿Con qué postulado de la teoría celular se asocia mejor el término metabolismo?
La célula como unidad estructural.
La célula como unidad genética.
La célula como unidad hereditaria.
La célula como unidad funcional.
La célula como unidad pluricelular.
2.
Es correcto afirmar que en el anabolismo:
I. Se libera energía de los enlaces químicos.
II. Se fabrican biomoléculas.
III. Se almacena energía en ATP.
A.
B.
C.
D.
E.
Solo I
Solo II
Solo III
I y II
I y III
3.
A.
B.
C.
D.
E.
Un ejemplo de catabolismo es:
Síntesis de proteínas.
Síntesis de polisacaridos.
Síntesis de lípidos.
Ciclo de Krebs.
Glucogenólisis.
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4.
A.
B.
C.
D.
E.
¿Cuál de las siguientes moléculas acopla catabolismo y anabolismo?
Un enzima.
La glucosa.
Una proteína.
O2.
ATP
5.
A.
B.
C.
D.
E.
La porción enzimática que se une al reactante se llama _________. La molécula que reacciona unida a éste se llama _____. ¿Qué
alternativa completa la oración?
Producto – sitio activo.
Sitio activo – sustrato.
Sustrato – producto.
Inhibidor – sustrato.
Sitio activo – inhibidor.
6.
A.
B.
C.
D.
E.
¿Cómo acelera la reacción química una enzima?
Añadiendo energía a los reactantes.
Disminuyendo la energía de activación necesaria.
Uniéndose irreversiblemente a los reactantes.
Sufriendo modificaciones irreversibles.
Disminuyendo el número de moléculas participantes.
7.
A.
B.
C.
D.
E.
Respecto a los factores que afectan la actividad enzimática, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es FALSA?
La velocidad de reacción es directamente proporcional a la concentración de enzima.
Alcanzada cierta concentración de sustrato la velocidad de reacción no aumenta al aumentar la enzima.
La velocidad de reacción es directamente proporcional a la temperatura.
Algunas enzimas no actúan si no es en presencia de ciertos minerales.
Las enzimas actúan dentro de un rango de pH, lo que se conoce como pH óptimo.
8.
A.
B.
C.
D.
E.
¿Por qué se dice que una enzima es específica?
Porque aceleran las reacciones químicas.
Porque disminuyen la energía de activación.
Porque se unen a un determinado sustrato.
Porque necesitan cofactores.
Porque se pueden volver a reutilizar.
9.
Con respecto al modelo del acoplamiento inducido es correcto que:
I.
II.
III.
Es el que mejor muestra el criterio de especificidad de una enzima.
Es más flexible que el otro modelo propuesto.
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.
A.
B.
C.
D.
E.
¿Cómo se llama la inhibición de una enzima por unión de una molécula muy parecida al sustrato a su sitio activo?
Inhibición alostérica.
Inhibición no competitiva.
Inhibición competitiva.
Inhibición por desnaturalización.
Inhibición irreversible.
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