TEMA 5: LAS PROTEÍNAS

TEMA 6: LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Y LA FUNCIÓN HORMONAL
1.-EL CONTROL BIOQUÍMICO.
En las células continuamente se producen un conjunto de reacciones bioquímicas que
degradan las moléculas existentes o dan lugar a unas nuevas, reacciones que reciben el
nombre de metabolismo. Debido a que las sustancias que intervienen son muy estables a
temperatura ambiente, si no las “ayudamos” no reaccionarían o lo harían muy lentamente. Por
ello, es una ventaja el hecho de que podamos controlar que reacciones se pueden dar y en que
momento. A eso lo llamamos control bioquímico del metabolismo. En los organismos
pluricelulares existe además otro control bioquímico que es el sistema hormonal o sistema
endocrino.
2.-LAS REACCIONES QUÍMICAS Y LOS BIOCATALIZADORES.
Muchas sustancias químicas al reaccionar desprenden energía calorífica (reacciones
exergónicas), debido a que la energía química de las sustancias reaccionantes (reactivos) es
superior a la energía de las sustancias producidas (productos). Previamente para que se de
esta reacción, debemos suministrar energía para debilitar los enlaces y facilitar su rotura. Este
paso en el que debemos suministrar energía se llama estado de transición, punto en el que
las
moléculas
pueden
reaccionar para formar el
producto, o retroceder y
quedar como el sustrato
inicial. Llamamos energía
de activación a la energía
(expresada en calorías)
necesaria para llevar un
mol de una sustancia que
está a una determinada
temperatura hasta el estado
de transición.
Para acelerar una reacción química podemos calentar los reactivos o añadir un catalizador, es
decir, una sustancia que atraiga hacia sí las moléculas de los reactivos, favoreciendo el
contacto, la reacción y que se formen los productos sin necesidad de calentarlos. Por ello, el
catalizador disminuye la energía de activación necesaria para llegar al estado de transición.
Las moléculas que desempeñan esta función son las enzimas.
3.-LAS ENZIMAS.
Los enzimas son los biocatalizadores, es decir los catalizadores de las reacciones biológicas.
Reducen la energía de activación y aumentando la velocidad de la reacción que se puede
medir por la cantidad de producto liberado por unidad de tiempo.
Las enzimas, excepto las ribozimas, son proteínas globulares, solubles en agua y que pueden
actuar a nivel intracelular o extracelular. Las ribozimas son unos ARN capaces de catalizar a
otros ARN, quitándoles o añadiéndoles otros nucleótidos, sin consumirse.
Las enzimas cumplen dos características de todos los catalizadores:
 actúan en pequeña cantidad y
 no se consumen durante la reacción.
 Pero además, a diferencia de los catalizadores no biológicos presentan estas cuatro
características:
 son muy específicas,
 actúan a temperatura ambiente,
 poseen un alto peso molecular y
 son muy activas, es decir aumentan la velocidad de reacción mucho más que los
catalizadores no biológicos.
Según su estructura se distinguen dos tipos de enzimas:
-las enzimas estrictamente proteicas, formadas por una o más cadenas polipeptídicas,
-las holoenzimas, que son las enzimas formadas por una fracción polipeptídica
(apoenzima) y una fracción no polipeptídica (cofactor). Este cofactor pude ser
orgánico (coenzimas) como por ejemplo el ATP, el FAD…. o inorgánico como los iones
metálicos. Cuando el cofactor está fuertemente unido a la fracción proteica se llama
grupo prostético.
4.-LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA.
La sustancia sobre la que actúa una enzima (E) se llama
sustrato (S) y dependiendo de la reacción puede haber un
solo sustrato o dos o más.
 Un solo sustrato: la E se fija a la superficie del S
(adsorción) por enlaces débiles formándose el complejo
enzima-sustrato. Debido a esta unión, se debilitan
enlaces del sustrato, por lo que la energía necesaria para
llegar al estado de transición del complejo ES, complejo
activado, es menor que para llegar al estado de transición
del sustrato solo. Finalizada la transformación, queda el
complejo enzima-producto (EP) que posteriormente libera
el producto y el enzima libre.
E+SESEPE+P
 Dos sustratos: en las reacciones en las que hay dos
sustratos, A y B, que reaccionan entre sí, las enzimas
atraen hacia su superficie (adsorción) a los sustratos,
aumentando la probabilidad de que se encuentren y favoreciendo la reacción. Una vez
transformados los sustratos A y B en los productos C y D, se libera de nuevo la enzima.
A+B+EABECDEC+D+E
En ocasiones se da un
mecanismo llamado ping-pong:
la enzima atrae a un sustrato,
se
queda una parte de él y
atrae posteriormente al segundo
sustrato uniéndole esa parte.
B+EBED+E´
A+E´AE´C+E
Algunas
enzimas
llamadas
zimógenos o proenzimas, no son
activas hasta que sobre ellas actúan
otras enzimas o iones. (Ejemplo: el pepsinógeno que se transforma en pepsina por la acción
del HCl). Otras enzimas que realizan la misma función, presentan formas moleculares distintas:
son las isoenzimas.
5.-EL CENTRO ACTIVO DE LAS ENZIMAS.
La región de la enzima que se une al sustrato se llama centro activo. Dicha unión se realiza
gracias a los enlaces entre el sustrato y los radicales de los aas y del grupo prostético si lo hay.
Los centros activos tienen las siguientes características:
 Representan un volumen muy pequeño respecto al total de la proteína.
 Tienen forma de hueco donde encaja el sustrato.
 Está formado por aas que se encuentran alejados en la secuencia polipeptídica pero que
debido a los repliegues de la cadena se aproximan.
 Los radicales de algunos de estos aas presentan afinidad química por el sustrato
estableciendo enlaces débiles con él.
Por tanto en la cadena polipeptídica de una enzima distinguimos tres tipos de aas:
1. Aminoácidos estructurales: Son los más abundantes y responsables de la forma de la
enzima. Dichos aas no son los responsables de los enlaces químicos con el sustrato.
2. Aminoácidos de fijación: se encuentran en el centro activo y son los que se fijan al
sustrato mediante enlaces débiles.
3. Aminoácidos catalizadores: se localizan también en el centro activo y son los
responsables de la transformación del sustrato debido a que al establecer enlaces débiles
y fuertes con él provocan la rotura de otros enlaces.
6.-LA ESPECIFICIDAD DE LAS ENZIMAS.
La característica más sobresaliente de las
enzimas es su elevada especificidad entre el E y
el S:
 sólo los sustratos que presentan la forma
adecuada pueden acceder al centro activo,
 sólo los que pueden formar enlaces con los
aas fijadores pueden fijarse y
 sólo los que poseen un enlace susceptible de
ser roto, próximo a los aas catalíticos, pueden
alterarse.
Para comprenderlo se propuso una comparación con el modelo llave (S)-cerradura (E), sin
embargo se ha visto que algunas enzimas al unirse con el sustrato modifican la forma de su
centro activo para adaptarse mejor a él, es decir sufren un ajuste inducido ya que sólo son
complementarias después de haberse unido a él. (símil guante-mano).
La especificidad puede darse a varios niveles:
 Especificidad absoluta: se da cuando el enzima sólo actúa sobre un sustrato.
 Especificidad de grupo: se da cuando el enzima reconoce a un grupo de moléculas.
 Especificidad de clase: es la menos específica ya que el que actúe el enzima depende de
un tipo de enlace determinado.
7.-LA CINÉTICA DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICA.
En una reacción enzimática, con una concentración de
enzima constante, si aumentamos la cantidad de
sustrato aumenta la velocidad de la reacción, ya que
aumenta la probabilidad de encuentro entre la enzima y
el sustrato. Sin embargo, llega un momento en el que la
velocidad de la reacción deja de crecer, es decir se llega
a la velocidad máxima (Vmax). Esto se debe a que todas
las moléculas de la enzima están ocupadas por
moléculas de sustrato, saturación de la enzima,
formando el complejo enzima-sustrato.
En la mayoría de las enzimas la representación gráfica de estos valores da una hipérbola.
Michaelis y Menten definieron la llamada constante de Michaelis-Menten (kM), Dicha
constante depende de la afinidad de la enzima por su sustrato y se define como la
concentración de sustrato a la que la velocidad de la reacción es la mitad de la máxima.
Se definió una ecuación para calcular la velocidad de la reacción enzimática según las distintas
concentraciones de sustrato.
La ecuación de Michaelis y Menten describe como varía la velocidad de reacción con la
concentración de sustrato:
v0 
VmaxS
Km  S
v0 es la velocidad inicial de la reacción, Vmax es la velocidad máxima, S
es la concentración de sustrato y Km es la constante de Michaelis-Menten.
Llamamos número de recambio o constante catalítica al número de moléculas de sustrato
transformadas por unidad de tiempo, y unidad estándar de actividad enzimática (U) a la
cantidad de enzima que transforma 1 micromol de sustrato por minuto.
8.-FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMATICA.
La velocidad de una reacción además de depender de la concentración de sustrato, depende
de la temperatura, el pH y la presencia de inhibidores.
 Temperatura. Si a una reacción enzimática se le suministra energía calorífica, las
moléculas aumentan su movilidad y los encuentros moleculares aumentando la velocidad a
la que se forma el producto. Existe una temperatura óptima para la cual la actividad
enzimática es máxima. Si aumentamos la temperatura por encima de ese valor, se dificulta
la unión enzima-sustrato, y a partir de cierto valor la enzima se desnaturaliza, pierde su
estructura secundaria, terciaria y cuaternaria, perdiendo su actividad enzimática.
 Efecto del pH.
Las
enzimas
presentan dos
valores de pH
entre los cuales
son
eficaces,
traspasados
esos valores las
enzimas
se
desnaturalizan y
dejan de actuar. Entre esos dos valores existe un pH óptimo en el que el enzima presenta
su máxima eficacia. El pH puede afectar de varias maneras: influye en el grado de
ionización de los radicales del centro activo de la enzima y del sustrato.
 Inhibidores. Son sustancias que disminuyen la actividad de una enzima o la inhiben
completamente y que por lo tanto pueden ser beneficiosos o perjudiciales. La inhibición
puedeser:
o Inhibición ireversible o envenenamiento de la enzima. El inhibidor o veneno se
une de forma permanente al centro activo de la enzima alterando su estructura
inutilizándola.
o Inhibición reversible. No se inutiliza el centro activo, sino que se le impide
funcionar de forma temporal. Puede ser:
 Inhibición reversible competitiva: el inhibidor es una molécula similar al
sustrato, compitiendo con él por unirse al centro activo. Si el inhibidor se
une la enzima queda bloqueada y el sustrato no se une hasta que el
inhibidor se separe. La velocidad de la reacción disminuye en función de la
concentración del inhibidor.
 Inhibición reversible no competitiva: el inhibidor se fija al complejo
enzima-sustrato impidiendo su separación o se une al enzima impidiendo
el acceso del sustrato.
9.-ENZIMAS ALOSTÉRICAS.
Una enzima alostérica es una enzima que, además del centro activo posee otro lugar llamado
centro regulador, al que se une un regulador (llamado "regulador alostérico") de manera
reversible. La unión de este regulador modifica la estructura tridimensional de la enzima y llega
a afectar la configuración del sitio activo, por lo que aumenta o disminuye su actividad, según el
caso. El alosterismo es una de las principales formas de regulación en la célula debido a que
puede producir cambios rápidos y fácilmente reversibles en la actividad de las enzimas (y, por
lo tanto, en el metabolismo) sin depender de que el regulador tenga una estructura similar al
sustrato de la enzima (lo que puede ayudar a conectar vías metabólicas).