7. LAS ENZIMAS 7 .1. CONCEPTO Son catalizadores biológicos, incrementan la velocidad de las reacciones químicas sin modificar su constante de equilibrio y sin modificarse en la reacción. -Actúa a concentraciones muy bajas.-Son proteínas globulares solubles en agua. -Algunas enzimas están formadas únicamente por proteínas y otras formadas por una parte proteica y una parte no proteica llamada cofactor.

Elementos metálicosCofactor Grupo prostético (enlace covalente) Moléculas orgánicas Coenzima (enlace no covalente)

7.2. MECANISMO DE ACCIÓN ENZIMÁTICALas enzimas incrementan la velocidad de la reacción porque disminuyen la energía de activación, aunque no modifican el incremento de energía libre.La energía de activación es la que evita que la reacción discurra espontáneamente, mientras que el incremento de energía libre es la diferencia entre la energía final de reacción y la energía inicial.

* Rojo: Sin enzima

Energía de activación *Azul: Con enzima

de E. libre

Inicial Estado Final Transición

Las enzimas disminuyen la energía de activación porque colocan al sustrato en una posición tal que facilita la reacción química, sin embargo las enzimas no modifican el equilibrio de la reacción.

Reacción sin enzima S ↔ P K= [P][S ]

Reacción con enzima S + E ↔ ES ↔ E+P

7.3. ESPECIFICIDAD ENZIMÁTICA.La actividad enzimática depende de la disposición espacial de la proteína, pues al desnaturalizarse cesa la actividad enzimática. La parte de la enzima responsable de la actividad es centro activo. El

centro activo es la zona de la enzima que se une al sustrato mediante enlaces débiles, lo modifica y lo convierte en el producto:

Para que se produzca la reacción enzimática el sustrato ha de presentar algún grupo funcional que le permita unirse a la enzima a través de los aminoácidos de unión.También ha de presentar un enlace químico específico, susceptible de ser modificado por la enzima. La enzima, por su parte, ha de tener aminoácidos catalíticos (forman el centro activo, llevan a cabo la reacción química), aminoácidos de unión (se unen al sustrato para la formación del complejo enzima-sustrato) y aminoácidos auxiliares (el resto de aminoácidos de la enzima, dan la configuración espacial de la enzima).Para explicar la especificidad enzimática hay dos teorías:1. Teoría de la cerradura de Fischer : el centro activo tiene una forma complementaria a la del

sustrato. Uno y otro encajan como una llave y una cerradura.

2. Teoría del ajuste inducido de Koshland : la forma del centro activo inicialmente no es complementaria a la forma del sustrato, pero cuando ambos se unen el centro activo se modifica y se adapta a la forma del sustrato.

7.4. CINÉTICA ENZIMÁTICA Si mantenemos constante la concentración de la enzima y se va incrementando la concentración del sustrato, la velocidad de reacción enzimática va aumentando inicialmente muy rápidamente, después más lentamente hasta llegar a un punto en el que la velocidad se mantiene constante porque todas las enzimas están saturadas.

V

Vmáx.

Vmax2

[S] Km

La dinámica de esta gráfica se puede representar mediante una fórmula matemática:

Ecuación de Michaelis- Menten V= Vmáx. · [ S]

Km+[ S]

Vmáx2 = Vmáx ·

[ S]Km+[ S]

(km + [S]) · Vmáx2 = Vmáx [S]

Km + [S] = Vmá xVmá x 2 [S] Km = 2 [S] – [S] Km = [S]

La Km se llama constante de Michaelis y es específica para cada enzima. Su valor coincide con la concentración del sustrato cuando la velocidad enzimática es la mitad de la velocidad máxima. Esta constante mide la afinidad entre la enzima y el sustrato, cuando mayor sea esta constante, la afinidad será menor.

7.5. FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMATICA7.5.1. El pHLas variaciones en el pH modifican la estructura tridimensional de la enzima y por tanto modifican su actividad enzimática. Para cada enzima hay un valor de pH en el cual la actividad enzimática es óptima y también hay un valor de pH máximo y mínimo más allá del cual la actividad enzimática se

encuentra desnaturalizada. El pH óptimo suele estar en torno al pH neutro (7) salvo en las enzimas digestivas en el que es un pH acido.

7.5.2. TEMPERATURASegún la ley de Van t’Hoff, al incrementarse la temperatura a 10 °C, la V de la reacción se duplicará, se triplicará o se cuadruplicará en el caso de las reacciones catalizadas por enzimas. Cuando la Tª sobrepasa cierto valor la actividad disminuye porque la proteína empieza a desnaturalizarse. En los seres humanos la Tª óptima es de 37 °C.

7.5.3. PRESENCIA DE INHIBIDORESSon sustancias químicas que se unen a la enzima y disminuyen la actividad enzimática. Los inhibidores pueden ser irreversibles o reversibles.En los irreversibles, el inhibidor se une permanentemente a la enzima mediante enlaces covalentes, generalmente se une en el centro activo con lo cual bloquea la actividad de la enzima. Ejemplo. Insecticidas, ión cianuro (CN).Los reversibles, el inhibidor se une a la enzima mediante enlaces débiles que se rompen al cabo de poco tiempo. Hay 2 tipos:

Competitiva

El inhibidor se une a la enzima por el centro activo con lo cual compite con el sustrato.

No competitivaEl inhibidor se une a la enzima por un punto distinto al centro activo pero induce un cambio en la forma de la enzima que modifica al centro activo e impide que la enzima se una con el sustrato.

La inhibición competitiva aumenta la Km aunque no modifica la velocidad máxima.La no competitiva no modifica la Km pero disminuye la velocidad máxima.

7.5.4. LAS PROENZIMASSon enzimas que se sintetizan inicialmente de forma inactiva y posteriormente se activan por acción de otras enzimas o por iones. Para ello la proenzima ha de perder algún segmento de la cadena proenzima.Ejemplo. Tripsinógeno, es un proenzima que se sintetiza en las células de las glándulas gástricas (en el epitelio del estómago), de aquí pasa a la cavidad estomacal, y por acción del ácido clorhídrico pierde un segmento de la cadena y se convierte en tripsina (enzima activa) y como tal puede hidrolizar cadenas polipeptídicas.

7.5.5. ENZIMAS ALOSTÉRICAS

Son enzimas cuya dinámica no se ajusta a la curva de Michaelis-Menten, sino que sigue la siguiente dinámica.

Esta dinámica se explica porque las enzimas alostéricas están formadas por varias cadenas polipeptídicas cada una con un centro activo. Inicialmente la afinidad entre el sustrato y el centro activo es baja pero cuando un sustrato se une al centro activo de una cadena induce un cambio conformacional que aumenta la afinidad de los sustratos por el centro activo del resto de cadenas.

7.6. COENZIMAS Y VITAMINASLas coenzimas son cofactores enzimáticos de naturaleza orgánica, unidas a las enzimas por enlaces débiles. Actúan como aceptores o dadores de grupos químicos. Aquellas coenzimas que no pueden ser sintetizadas por el ser humano y que han de ser sintetizadas por la dieta, se llaman vitaminas. Todas ellas actúan a baja concentración, su carencia provocará avitaminosis (escorbuto), por falta de vitamina C.La deficiencia de vitaminas produce hipovitaminosis con síntomas magreves a los de la avitaminosis.Las vitaminas se dividen en 2 grupos:

- Hidrosolubles- Liposolubles.

Estas últimas son las vitaminas A y D al acumularse en exceso no pueden ser excretados por la orina y pueden provocar trastornos graves.

TEMA 8. ÁCIDOS NUCLEICOS8.1. ESTRUCTURA QUIMICASon polímeros formados por la unión de nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster. Los nucleótidos están formados por la unión de un nucleósido con un ácido ortofosfórico, a su vez el nucleósido está formado por una base nitrogenada que puede ser una base púrica o pirimidínica, y también consta de una pentosa que puede ser ribosa o desoxirribosa.

Ácido fosfórico Purica (adenina, guanina)Nucleótido Base nitrogenada Nucleósido Ribosa Pirimidinica (fimina, litosina, uracilo) Pentosa Desoxirribosa

8.2 NUCLEÓSIDOS Formados por la unión de una pentosa y una base nitrogenada mediante un enlace en el N-glucosídico entre el C1’ de la pentosa y el N1 de la base pirimidínica o el N9 de la base púrica.

Los nucleósidos se nombran con el nombre de la base nitrogenada con el sufijo –osina púrica, o –idina si la base es pirimidínica. Además con el prefijo desoxi- si la pentosa es la desoxirribosa.

Ejemplo. Quanosina, Timidina, Uracidina, Citidina.

8.3 NUCLEÓTIDOS Formados por la esterificación de la pentosa de un nucleósido a través del C5 con un ac.ortofosforico, estas moléculas se nombran con el nombre del nucleósido seguido de 5’ “mono”, ”di” o ”tri” fosfato.

8.4. FUNCIÓN BIOLÓGICA DE LOS NUCLEOTIDOS LIBRESLos nucleótidos cuando están sin polimerizar, pueden cumplir diferentes funciones metabólicas.1º Intervenir en procesos de transferencia de energía. La molécula más importante para esta función es ATP aunque también la pueden cumplir el GTP, TTP o UTP.

-Transferencia de E.

2º Transferencia de p+ en reacciones de óxido-reducción.

3º Transferencia de grupos químicos: Acetil coenzima A = Acetil Co A. Este nucleótido interviene en reacciones de transferencia de coenzima A.4º Mediación en procesos hormonales: AMO cíclico = AMPc.

8.5. ÁCIDOS NUCLEICOSSon polÍmeros de nucleótidos unidos a través de ac. ortofosfórico que enlaza el C3’ de la pentosa de un nucleótido con el C5’ de la pentosa del siguiente nucleótido formando un enlace fosfodiéster.

Hay 2 tipos de ac. Nucleicos: ADN y ARN.-ADN: formado por desoxirribosa y sus bases nitrogenadas son: adenina, timina, citosina, guanina. Generalmente tiene estructura bicatenaria.-ARN: formado por ribosa y sus bases nitrogenadas son: adenina, uracilo, citosina, guanina. Generalmente tienen estructura monocatenaria.

8.6. ADNMolécula formada por la polimerización de desoxirribonucleótidos y tienen como bases nitrogenadas A,G,T,C. Puede formar una doble cadena o una cadena sencilla.

8.6.1. ESTRUCTURA DEL ADN.Se fundamenta en los trabajos de Chargaff y Wilkins. Chargaff demostró que las diferentes cadenas de ADN tienen una gran variabilidad en la frecuencia de sus 4 bases nitrogenadas pero siempre en cada cadena se cumplía esta relación.[A] = [T][G] = [C][Púricas] = [Pirimidinicas]Wilkins trabajando con los rayos X dedujo que la molécula de ADN tenia que ser muy larga y delgada con un diámetro de 2nm y con estructuras repetitivas, es decir, que se repetían una cada 0,34 nm y la segunda cada 3,4 nm.A partir de estos dos trabajos Watson y Crick desarrollaron en el año 1953 el modelo del ADN que se fundamenta en los siguientes puntos.1) El ADN está formado por una doble hélice, formada por 2 cadenas helicoidales de polinucleotidos que se enrollan en torno a un eje de imaginario con sentido antiparalelo.2) Cada 0,34 nm hay una pareja de base nitrogenadas y cada 3,4 nm hay un giro completo de la doble hélice. El diámetro de la doble hélice es de 2nm.3) La citosina se empareja con la guanina y la timina timina con la guanina. Las primeras forman 3 puentes de H y las segundas 2 puentes de H.

4) Las bases nitrogenadas se encuentran en el interior de la doble hélice y las pentosas y el ac. fosfórico en la periferia.5) Las 2 cadenas de la doble hélice se pueden separa y emparejarse con nuevos nucleotidos para formar 2 cadenas idénticas.6) La información genética está almacenada en la secuencia de bases nitrogenadas de manera que un cambio en la secuencia originará un cambio en la información.

8.6.2. DESNATURALIZACION DEL ADN.Consiste en la separación de las 2 cadenas de la doble hélice y será por Tª próxima a 100°C o por un pH muy ácido o básico.Se llama Tª de fusión (Tm) a aquella temperatura en la que el 50% de la doble hélice está separado, cuando mayor sea la concentración de pares guanina-citosina la Tª de fusión será mayor. Una vez que el ADN se encuentra desnaturalizado se puede ranaturalizar, es decir, volver a formar la doble hélice restableciendo lentamente las condiciones iniciales. Esta técnica se puede emplear para estudiar la similitud filogenética entre diferentes especies.

8.7. ARNFormado por la polimerización de ribonucleótidos con las siguientes bases nitrogenadas A.G,U,C. Forma una molécula monocatenaria salvo en los reovirus donde es bicatenaria. Hay 3 tipos de ARN 8.7.1. ARNmConstituye el 5% del total de ARN de la célula, son cadenas cortas y lineales, se codifica una para cada gen en células eucariotas o para grupos de genes en las células procariotas.

El ARNm se codifica en el núcleo a partir de la información contenida en el ADN y posteriormente pasa al citoplasma donde sirve de molde para la síntesis de proteínas.

8.7.2. ARNtConstituye el 15% del total. Son cadenas muy cortas plegadas con forma de hoja de trébol, su función es captar AAs del citoplasma y transportarlos hasta el ribosoma donde los coloca en el lugar correspondiente del ARNm.El extremo 5’ del ARNt está fosforilado y el 3’ es el que se fija al AA.

8.7.3. ARNrConstituye el 80% del total de ARN, se encuentra formando parte de los ribosomas junto con algunas proteínas, los ribosotas están formados por 2 subunidades, una mayor y otra menos y su misión es unir el ARNm con el ARNt para que se de la síntesis de proteínas. Para medir el tamaño de las subunidades de los ribosomas, se emplea la velocidad a la que sedimentan a someterse a un proceso de centrifugación. Cuando mayor sea esta velocidad mayor será la masa de la partícula, esta velocidad de sedimentación de las subunidades del ribosoma es la siguiente.