Enzimas

ENZIMAS

Introducción Son catalizadores de las reacciones químicas presentes en los sistemas biológicos. 

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Presentan alta especificidad.

Disminuyen la energía de activación dentro de una reacción permitiendo la formación de producto. 

Las enzimas son de naturaleza proteíca, a excepción de un grupo de RNAs catalíticos (Ribozimas). 

La actividad catalítica de las enzimas, depende de la integridad de su conformación nativa, cuyos pesos moleculares fluctúan entre los 12 kDa a 1.000 kDa. 

Enzimas y Medicina Enzima

Alteración

Patología

Lactasa

Inhibición de su síntesis

Intolerancia a la lactosa

Glucosa 6PDeshidrogenasa

Diversas mutaciones

Favismo (Destrucción eritrocitaria)

ALT, GPT

Aumento en los niveles Indicio de ataque cardíaco plasmáticos o falla hepática

Tirosinasa

Deficiencia en la síntesis de Melanina a partir de tirosina

Albinismo

Fenilalanina hidroxilasa

Conversión de fenilalanina a tirosina

Fenilcetonuria

1897: Eduard Buchner demuestra que el extracto de levadura puede fermentar azúcar a alcohol

1926: James Sumner aisló y cristalizó la enzima ureasa encontrando que era una proteína. Postula que todas las enzimas son proteínas.

1930: J.B.S Haldane sugiere en su tratado “Enzimas” que interacciones débiles entre la enzima y el sustrato podrían ser usadas para distorsionar a éste último e inducir la catálisis.

Clasificación Enzimas simples: Son aquellas que para su función catalítica no necesitan cofactor o coenzima. 

Enzimas conjugadas: Enzimas que necesitan para su catálisis una coenzima o cofactor. 

Una enzima junto a su coenzima y/o cofactor se designa como holoenzima. La región proteíca de tal enzima se denomina apoenzima o apoproteína. Cuando la coenzima o ión metálico se unen covalentemente a la enzima, constituye un grupo prostético. 

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Isoenzima: Distinta estructura, misma función

Clasificación enzimática 

Para evitar ambiguedades la clasificación enzimática se basa en un código de 4 dígitos para agrupar a todas las enzimas.

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ATP + Glucosa

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ATP-Glucosa fosfotransferasa (2.7.1.1.)

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(2) Clase: Transferasa

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(7) Subclase: Fosfotransferasa

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(1) Fosfotransferasa con un grupo hidroxilo como aceptor

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(1) D-glucosa como aceptor del grupo fosforilo

ADP + Glucosa 6-P

Sitio Activo Existen reacciones químicas intracelulares que se presentan en condiciones desfavorables. Sin embargo las enzimas solucionan el problema al proporcionar un ambiente, donde una reacción determinada es energéticamente más favorable. Binding of a substrate to an enzyme at the active site.

Velocidad y equilibrio de una reacción enzimática 

E+S

ES

EP

E+P

La función de un catalizador es aumentar la velocidad de reacción. 

Los catalizadores NO modifican los equilibrios de reacción. 

Cualquier reacción tal como S P, puede describirse por un diagrama de reacción coordinada. 

Definiciones termodinámicas de equilibrio y velocidad de reacción La velocidad de una reacción es determinada por la concentración de los reactantes, y por una constante de velocidad (k). 

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V = k[S]

Reacción de 1º órden

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V = k[S1][S2]

Reacción de 2º órden

La concentración de la enzima [E] es despreciable en una reacción catlizada. 

Pocos principios explican el poder catalítico y la especificidad de las enzimas 

Durante una reacción catalizada ocurren muchas reacciones químicas entre grupos funcionales de S y E. Los grupos funcionales catalíticos podrían formar enlaces covalentes transientes o se podrían transferir algunos grupos desde el S hasta E. Estas reacciones disminuirían la energía de activación de la enzima.

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Gran parte del poder catalítico de las enzimas deriva de la energía libre liberada en la formación de múltiples enlaces débiles e interacciones no covalentes entre la enzima y su sustrato.

Pocos principios explican el poder catalítico y la especificidad de las enzimas 

La interacción entre E y S (Complejo [ES]) es mediada por las mismas fuerzas que estabilizan la estructura de la proteína.

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La formación de cada interacción débil en el complejo [ES] es acompañada por una pequeña liberación de energía libre.

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El sitio activo de las enzimas no es complementario al sustrato per se, sino que al estado de transición en el cual el sustrato se convierte en producto en el curso de una reacción enzimática.

E: Dihidrofolato reductasa S1: Tetrahidrofolato S2: NADP+

Cinética Enzimática

Teoría de Michaelis-Menten Desarrollada en 1913 explica la acción y cinética de las enzimas. Supone que E se combina con S para formar el complejo E-S, el cual se escinde para formar E + P. 

La ecuación de Michaelis-Menten es la ecuación de velocidad para las reacciones catalizadas por enzimas frente a un sustrato. Cuando la velocidad inicial es exactamente igual a la mitad de la velocidad máxima, se deduce que la concentración de sustrato es igual a la constante Km. 