09 Lectura Enzimas

16.6
L as
ENZIMAS
«gim as s o n c a ta liz a d o re s b io ló g ic o s q u e in te rv ie n e n e n la m a y o ría d e la s re a c c io n e s
q u ím ic a s q u e tie n e n lu g a r e n e l c u e rp o . C o m o y a v im o s e n e l c a p ítu lo 5, lo s c a ta liz a d o re s
a u m e n ta n la v e lo c id a d d e la r e a c c ió n y m o d ific a n la fo rm a e n la q u e e s ta s u c e d e , p e ro n o la
EL O B JE T IV O E S ...
c o n o c e r e l f u n c io n a m i e n to d e las
e n z im a s c o m o c a ta liz a d o r e s , a s í
com o su s n o m b res.
re a c c ió n e n sí. P u e d e q u e la r e a c c ió n t a m b ié n tu v ie s e lu g a r e n l a s c é lu la s e n a u s e n c ia d e
e n z im a s , p e ro p ro b a b le m e n te n o l o h a r ía a u n a v e lo c id a d l o s u fic ie n te m e n te e le v a d a c o m o
p a r a a s e g u ra r s u s u p e rv iv e n c ia . P o r e je m p lo , la h id ró lis is d e l a s p r o te ín a s q u e in g e rim o s
a c a b a ría s u c e d ie n d o s i n la p re s e n c ia d e u n c a ta liz a d o r e n z im à tic o , p e ro n o s e ría l o s u fic ie n te m e n te r á p id a c o m o p a ra c u b rir la s n e c e s id a d e s d e a m in o á c id o s d e l c u e rp o . L a s r e a c c io n e s
q u ím ic a s e n la s c é lu la s d e b e n s u c e d e r a u n a s v e lo c id a d e s in c re íb le m e n te rá p id a s e n l a s s u a v e s c o n d ic io n e s d e p H (7,4) y te m p e ra tu ra (37 °C) d e l c u erp o .
C o m o to d o s lo s c a ta liz a d o re s , l a s e n z im a s re d u c e n la e n e rg ía d e a c tiv a c ió n d e l a s r e a c c io n e s q u ím ic a s (fig. 16.9), p o r lo q u e se n e c e s ita m e n o s e n e r g ía p a r a tra n s fo rm a r lo s re a c tiv o s e n p ro d u c to s , y s e in c re m e n ta la v e lo c id a d d e u n a re a c c ió n b io ló g ic a e n re la c ió n c o n la
m is m a re a c c ió n n o c a ta liz a d a . P o r e je m p lo , la e n z im a s a n g u ín ea a n h id ra s a c a rb ó n ic a c o n v ie r te e l d ió x id o d e c a rb o n o y e l a g u a e n á c id o c a rb ó n ic o ; e n ta n s o lo 1 m in u to , u n a m o lé c u la d e a n h id ra s a c a rb ó n ic a c a ta liz a l a r e a c c ió n d e , a p ro x im a d a m e n te , 1 m illó n d e m o lé c u la s
d e d ió x id o d e c a rb o n o .
Anhidrasa
carbónica
C 0 2 + H 20
-------
Nomenclatura y clasificación de las enzimas
L o s n o m b re s d e la s e n z im a s in d ic a n e l c o m p u e s to o la re a c c ió n q u ím ic a q u e c a ta liz a n , s u s -
-asa. P o r e je m p lo ,
oxidasa c a ta liz a u n a re a c c ió n d e o x id a c ió n , y u n a deshidrogenasae lim in a á to m o s d e
titu y e n d o e l fin a l d e l n o m b re d e l c o m p u e s to o d e la re a c c ió n p o r e l s u fijo
una
h id ró g e n o . L a e n z im a s a c a ra s a h id ro liz a la sa c a ro sa , y lo s líp id o s s o n h id ro liz a d o s p o r la s
lipasas. E l n o m b re d e a lg u n a s d e la s p rim e ra s e n z im a s q u e s e d e s c u b rie ro n te rm in a n c o n e l
s u f ijo ina, c o m o la papaína (q u e s e e n c u e n tra e n la p a p a y a ), la renina (e n l a le c h e ) o la
pepsinay la tripsina, q u e s o n e n z im a s q u e c a ta liz a n la h id ró lis is d e l a s p ro te ín a s .
M á s re c ie n te m e n te , s e h a d e s a rro lla d o u n m é to d o s is te m á tic o p a ra n o m b ra r la s e n z im a s .
E l n o m b re y e l g ru p o d e c a d a e n z im a in d ic a n e l tip o d e r e a c c ió n q u e c a ta liz a . S e h a n e s ta b le c id o 6 c la s e s p rin c ip a le s d e e n z im a s , q u e s e re c o g e n e n la ta b la 16.8.
Coordenada de reacción
F I G U R A 1 6 . 9 La e n z im a a n h id ra s a
c a rb ó n ic a r e d u c e la e n e r g ía d e
a ctiv ac ió n d e la re a c c ió n e n tr e e l C 0 2
y e l H 20 .
P ¿ C u á l e s la fu n c ió n d e las e n z im a s
en lo s p r o c e s o s b io ló g ic o s ?
572
CAPÍTULO 16
AMINOÁCIDOS, PROTEÍNAS Y ENZIMAS
T A B L A 16.8 Clasificación de las enzimas
C ase
R e a c c ió n c a ta liz a d a
E je m p lo s
O xido-red uctasas
R eacciones de oxidación-reducción
L as oxidasasoxidan, las reductasasreducen, las
elim inan 2 H para form ar un doble enlace
deshidrogenasas
Transferasas
Transferencia de un grupo entre 2 com puestos
Las transaminasastvansñerengrupos amino, las
grupos fosfato
quinasastransfieren
Hidrolasas
R eacciones de hidrólisis
Las proteasashidrolizan los enlaces peptídicos de las proteínas,
las lipasashidrolizan los enlaces tipo éster de los lípidos,
las carbohidrasashidrolizan los enlaces glicosídicos de los
carbohidratos, las fosfatasashidrolizan los enlaces de tipo éster
fosfórico, las nudeasashidrolizan ácidos nucléicos
Liasas
A dición o elim inación de grupos a un doble
enlace sin hidrólisis
Las
Isom erasas
Reorganización de los átom os de una m olécula
para form ar un isóm ero
Las
Ligasas
Form an enlaces entre las m oléculas em pleando
la energía del ATP
Las
carboxilasasañaden C 0 2, las desaminasaselim inan N H 3
isomerasasconvierten las form as o s e n transoa la inversa, las
epimerasasconvierten isóm eros d en l y viceversa
sintetasasenlazan 2 m oléculas
16.7 ACCIÓN ENZIMÀTICA
16.7
ACCIÓN ENZIMÀTICA
e l o b j e t i v o e s ...
L a m a y o r ía d e l a s e n z im a s s o n p ro te ín a s g lo b u la r e s , y c a d a u n a d e e lla s tie n e u n a f o rm a
trid im e n s io n a l ú n ic a q u e le p e rm ite re c o n o c e r y u n irs e a u n g r u p o lim ita d o d e m o lé c u la s
r e a c tiv a s , q u e s e d e n o m in a n
sustratos. L a
573
conocer el papel de las enzimas en
las reacciones biológicas,
e s tru c tu ra te rc ia ria d e l a s e n z im a s j u e g a u n p a p e l
d e te rm in a n te e n s u a c tiv id a d e n z im à tic a .
Sitio activo
E n e l tr a n s c u r s o d e la s re a c c io n e s q u e c a ta liz a n , la s e n z im a s tie n e n q u e u n irs e a u n su s tra to
S ustrato
Productos
d e u n m o d o q u e fa v o re z c a e l p ro c e s o c a ta lític o . P o r lo g e n e ra l, la s e n z im a s s o n m u c h o
m a y o re s q u e lo s s u s tra to s . S in e m b a rg o , e n s u e s tru c tu ra te rc ia ria h a y u n a r e g ió n lla m a d a
sitio activo, d o n d e
l o s s u s tr a to s s e u n e n c o n l a e n z im a y s e p ro d u c e la re a c c ió n . E l s itio
a c tiv o s u e le s e r u n a c a v id a d o b o ls illo e n e l q u e e n c a ja p e rfe c ta m e n te e l s u s tr a to (fig. 1 6.10).
E n e l sitio a c tiv o , la s c a d e n a s la te ra le s d e lo s a m in o á c id o s s e u n e n a l s u s tr a to m e d ia n te
e n la c e s d e h id ró g e n o , p u e n te s ió n ic o s o a tr a c c io n e s h id ró fo b a s , y s o lo u n o s p o c o s s u s tra to s
d is tin to s p u e d e n e n c a ja r e n e l sitio a c tiv o , lo q u e h a c e q u e la s e n z im a s s e a n m u y e s p e c ífic a s
re s p e c to a lo s s u s tra to s c o n lo s q u e se u n e n .
Sitio
activo
Reacciones catalizadas enzimáticamente
L a d isp o sic ió n a d e c u a d a d e u n su s tra to en e l sitio a c tiv o d a lu g a r a la fo rm a c ió n d e l complejo
enzima-sustrato (E S ). La c o m b in a c ió n de la e n z im a c o n e l su s tra to p ro p o rc io n a u n c a m in o
a lte rn a tiv o , c o n u n c o n te n id o e n e rg é tic o m e n o r, p a ra q u e s e p r o d u z c a la re a c c ió n y , a d e m á s ,
la s c a d e n a s la te ra le s d e lo s a m in o á c id o s ta m b ié n p a rtic ip a n e n l a c a tá lisis. U n a v e z q u e la
re a c c ió n h a te n id o lu g ar, lo s p ro d u c to s s o n rá p id a m e n te lib e ra d o s p o r la e n z im a , d e fo rm a q u e
e s ta p u e d e u n irse a u n a n u e v a m o lé c u la de su s tra to . L a re a c c ió n c a ta liz a d a e n tre la e n z im a (E)
F I G U R A 1 6 . 1 0 En la enzima
existe una región llamada sitio activo
que se une al sustrato y cataliza su
reacción.
P ¿Por qué las enzimas solo
catalizan las reacciones de ciertos
sustratos?
y e l su s tra to (S) p a ra fo rm a r e l p ro d u c to (P) s e p u e d e re p re se n ta r d e l sig u ie n te m o d o :
P asol
E + S
Paso 2
ES
ES
E + S
Enzima + sustrato
E + P
ES — - E + P
Complejo ES
Enzima + producto
c @ h e m is try
^ . p lace
A n a lic e m o s la h id r ó lis is d e la s a c a r o s a p o r l a s a c a ra s a . C u a n d o la s a c a r o s a s e u n e a l sitio
a c t i v o d e la s a c a ra s a , e l e n la c e g lic o s íd ic o d e la s a c a r o s a s e s itú a c o n la d is p o s ic ió n m á s
fa v o ra b le p a ra la re a c c ió n . L a s c a d e n a s la te ra le s d e lo s a m in o á c id o s c a ta liz a n la r u p tu ra d e l
e n la c e g lic o s íd ic o , y se o b tie n e g lu c o s a y fru c to s a .
S a c a ra sa + sa c aro sa
E
+
S
c o m p le jo s a c a r a s a - s a c a r o s a C o m p le jo E S
s a c a r a s a + g l u c o s a + f r u c to s a
E
+
Pj
+
P2
C o m o e l s i t io a c tiv o n o tie n e n in g u n a a fin id a d p o r lo s p ro d u c to s , e s to s se lib e ra n in m e d ia ­
ta m e n te , lo q u e p e rm ite q u e la s a c a ra s a c a ta lic e la h id ró lis is d e n u e v a s m o lé c u la s d e s a c a r o ­
s a (fig. 1 6 .1 1 ).
Modelo llave-cerradura y de ajuste inducido
S e g ú n u n o d e lo s p rim e ro s m o d e lo s so b re la a c c ió n e n z im à tic a , e l modelo flave-cerradura,
e l sitio a c tiv o tie n e u n a fo rm a r íg id a e in fle x ib le , p o r l o q u e s o lo l a s s u s ta n c ia s q u e e n c a ja n
a la p e rfe c c ió n e n e l m ism o p u e d e n u n irse c o n la e n z im a . L a f o rm a d e l s itio a c tiv o e s a n á lo ­
g a a u n a c e rra d u ra , y e l su s tra to e s la lla v e q u e e n c a ja e n e lla (fig. 1 6 .1 2 a ).
W EB TUTORIAL
How Enzymes Work
574
CAPÍTULO 16
AMINOÁCIDOS, PROTEÍNAS Y ENZIMAS
Sitio activo
S acarosa
49
( 1) L as m oléculas
de sacarosa se unen
al sitio a ctiv o de
la sacarasa
C om plejo
sacarasa-sacarosa
(a) Modelo llave-cerradura
Complejo enzim a-sustrato
Sitio activo
^
< 9 L os productos
resultantes,
la glucosa
y la fructosa,
se se p a ra n
del sitio activ o y
la sacarasa q ueda
libre p ara c ataliza r
la hidrólisis de m ás
m oléculas de sa c a ro sa
*
0
*
(b) Modelo de ajuste inducido
(2) La sacarasa
cataliza
la hidrólisis
de la s m oléculas
de sacaro sa
Complejo enzim a-sustrato
El su strato no
se puede unir
al sitio activo
Sitio activo
*
No hay reacción
(c)
F I G U R A 1 6 . 1 1 Cuando la sacarosa se une a
la sacarasa en el sitio activo, se dispone de modo
adecuado para que se produzca la hidrólisis. Los
monosacáridos resultantes se separan del sitio activo
y la enzima queda lista para unirse a otra molécula de
sacarosa.
P ¿Por qué la reacción de hidrólisis de la sacarosa es
más rápida cuando está catalizada por enzimas que
cuando la realizamos en el laboratorio?
*
F I G U R A 1 6 . 1 2 (a) Según el modelo llave-cerradura,
cuando el sustrato encaja en el sitio activo se forma el
complejo enzima-sustrato, (b) En el modelo de ajuste
inducido, el sitio activo flexible y el sustrato se adaptan
mutuamente, y se produce un ajuste óptimo, (c) La enzima no
cataliza la reacción de un sustrato que no encaje o induzca el
ajuste con el sitio activo.
P ¿En qué difieren el modelo de ajuste inducido y el de llavecerradura?
A p e s a r d e q u e e l m o d e lo lla v e -c e rra d u ra e x p lic a la u n ió n e n tre m u c h o s s u s tr a to s y e n z im a s d ife re n te s , a lg u n a s e n z im a s tie n e n u n a a c tiv id a d m u c h o m a y o r d e lo q u e c a b ría e s p e ra r
s e g ú n e s te m o d e lo . E l
modelo de ajuste inducido e s ta b le c e
q u e c u a n d o se p ro d u c e la in te -
r a c c ió n e n tre la e n z im a y e l s u s tra to (fig. 1 6 .1 2 b ) e l s itio a c tiv o ta m b ié n se m o d ific a p a ra
a ju s ta rs e m e jo r a la fo rm a d e l s u s tra to . A l m is m o tie m p o , e l s u s tra to ta m b ié n m o d ific a su
g e o m e tría , p a ra e n c a ja r m e jo r e n e l s itio a c tiv o . L a c o n s e c u e n c ia e s q u e l a p a rte d e l s u s tra to
q u e v a a re a c c io n a r q u e d a p e rfe c ta m e n te d is p u e s ta re s p e c to a lo s g r u p o s d e l s itio a c tiv o q u e
v a n a c a ta liz a r l a re a c c ió n . U n s u s tra to d ife re n te n o s e ría c a p a z d e in d u c ir e s to s c a m b io s y,
p o r lo ta n to , n o s e p ro d u c iría la c a tá lis is (fig. 1 6 .1 2 c).
E JE R C IC IO R ESU ELTO
16.8
■ A c c ió n e n zim á tica
¿ C u á l e s l a fu n c ió n d e l s itio a c tiv o d e la s e n z im a s ?
S O L U C IÓ N
E l s itio a c tiv o d e la e n z im a a lo ja e l s u s tr a to y , a d e m á s , c o n tie n e la s c a d e n a s la te ra le s d e lo s
a m in o á c id o s , q u e c a ta liz a n la re a c c ió n .
{A H O R A TÚ!
¿ E n q u é d ifie re n e l m o d e lo lla v e -c e rra d u ra y e l d e a ju s te in d u c id o e n lo r e fe re n te a la d e s c rip c ió n d e l sitio a c tiv o d e u n a e n z im a ?
16.7 ACCIÓN ENZIMÀTICA
U /fft/C C L
575
g a é u c i
Las ¡soenzimas como herramientas
diagnósticas
Niveles más
elevados
encontrados en:
Isoenzimas
de la lactato
deshidrogenasa
Las fcoenzimasson las distintas form as de una enzim a que catalizan la
m ism a reacción m etabólica, pero en diferentes células o tejidos del
Q
O
cuerpo. G eneralm ente, son estructuras cuaternarias co n pequeñas
variaciones e n los am inoácidos de las subunidades polipeptídicas. Por
ejem plo, hay 5 isoenzim as d e la lactato deshidrogenasa(LDH) que
catalizan la transform ación del lactato en piruvato.
Corazón, riñones
OH
ILactato
ortatn
C H 3— C H — COO
Lactato
_
deshidrogenasa
O
C H 3— c — C O O ' + 2H
H 4 (L D H ,)
Piruvato
G lóbulos rojos, corazón,
riñón, cere b ro
H 3M (L D H 2)
C erebro, pulm ones,
glóbulos blancos
H 2M 2 (L D H 3)
Pulm ones, huesos,
m úsculos
H M 3 (L D H 4)
M úsculo esquelético,
hígado
Días transcurridos tras el infarto de miocardio
M 4 (L D H 5)
C ada isoenzim a LD H contiene un a com binación distinta de subunida­
des polipeptídicas M y H. E n el hígado y en los m úsculos, e l lactato se
convierte en piruvato por la acción de una isoenzim a L D H 5, que tiene
4 subunidades M y se designa M 4. E n el corazón, la m ism a reacción es
catalizada por una isoenzim a L D H ,, que tiene 4 subunidades H (H J.
En las isoenzim as LD H del cerebro, en los glóbulos rojos, en los gló ­
bulos blancos o en el riñón se pueden encontrar distintas com binacio­
nes de las subunidades M y H.
Las diferentes form as de las enzim as perm iten el diagnóstico m édi­
co del daño sufrido por los órganos o tejidos. E n los tejidos sanos, las
isoenzim as realizan su m isión dentro de las células. S in em bargo,
cuando se daña un determ inado órgano, sus células mueren, liberando
sus correspondientes isoenzim as en la sangre, por lo que la identifica­
ció n en el suero sanguíneo de niveles altos de u n a enzim a específica
ayuda a identificar la enferm edad y su localización. Por ejem plo, una
elevación e n e l suero de L D H 5, que es la isoenzim a M x de la lactato
deshidrogenasa, indica daño hepático. C uando se sufre un infarto de
m iocardio, o un ataque al corazón, y se dañan las células del m úsculo
cardiaco, se puede detectar un nivel elevado de la isoenzim a LD H , (H J
en el suero sanguíneo (tabla 16.9).
T A B L A 1 6 . 9 Iso enzim as d e la lactato
d e sh id ro g e n asa y d e la c re atin a quin asa
Isoenzima
Abundante en
Subunidades
Lactato deshidrogenasa (LDH)
LDH,
Corazón, riñones
LDH*
Glóbulos rojos, corazón, riñones,
cerebro
LD H ,
Cerebro, pulmones, glóbulos
blancos
MHj
ld h 4
Pulmones, m úsculo esquelético
M 3H
ld h 5
M úsculo esquelético, hígado
m4
Creatina quinasa
CK,
Cerebro, pulm ones
BB
CK*
M úsculo cardíaco
MB
CK,
Músculo esquelético, glóbulos rojos
MM
576
CAPÍTULO 16
AMINOÁCIDOS, PROTEÍNAS Y ENZIMAS
Las isoenzimas como herramientas
diagnósticas (cont.)
T A B L A 1 6 . 1 0 Enzim as con ap licació n d ia g n ó stica
O tra isoenzim a que se em plea con fines diagnósticos es la creatina
quinasa (CK), que está form ada por 2 tipos de subunidades polipeptídicas. L a subunidad B es la predom inante en el cerebro y la M e n el
músculo. N orm alm ente, e l suero contiene un a concentración baja de
C K 3(subunidades M M ), pero en los pacientes que han sufrido un infarto el nivel de C K Z(subunidades MB) se eleva entre 4 y 6 horas después
del ataque, alcanzando un máxim o alrededor de las 24 h. L a tabla 16.10
recoge algunas enzim as qu e se em plean p ara el diagnóstico de enferm edades.
Enfermedad
Enzimas con nivel elevado
Ataque al corazón o enferm edad
hepática (cirrosis, hepatitis)
Lactato deshidrogenasa (LDH)
Aspartato transam inasa (AST)
Ataque al corazón
C reatinina quinasa
H epatitis
Alani na trans am inasa (ALT)
Cáncer de hígado, raquitism o
Fosfatasa alcalina (ALP)
Enferm edad pancreática
Am ilasa, colinesterasa, lipasa
CLPS)
Cáncer de próstata
Fosfatasa àcida (ACP)
A ntígeno prostático específico
(PSA)
E JE R C IC IO S Y PROBLEM AS
A cció n e n zim àtica
1&4I Relaciona los térm inos complejoenzima-sustrato, enzimay
sustratocon la afirm ación que corresponda:
a . tiene una estructura terciaria cap az de reco n o cer un
sustrato
bh com binación de una enzim a con su sustrato
c su estructura encaja en el sitio activo de una enzim a
1&4S
Relaciona los térm inos complejoenzima-sustrato, enzimay
sustratocon la afirm ación que corresponda:
a zona de la enzim a donde tiene lugar la reacción quím ica
catalizada
bk sitio activo que se adapta a la geom etría de un sustrato
c. sitio activo con geom etría rígida
16L43 a Escribe una ecuación que represente una reacción quím ica
h ¿En qué se diferencia el sitio activo del resto de la
estructura de la enzim a?
1644 a ¿C óm o aum entan las enzim as la velocidad de las reacciones
quím icas?
h U na vez que se han form ado los productos, ¿qué le sucede a
la enzim a?
1645 ¿Qué son las isoenzim as?
1&48 ¿En qué difieren las isoenzim as LD H del corazón de las del
hígado?
16L47 Un paciente acude al servicio de urgencias con un dolor en el
pecho. ¿Q ué enzim as se deberían analizar en su sangre?
1&48 Un paciente alcohólico tiene niveles elevados de LD H y AST,
¿qué enferm edad es posible que padezca?
catalizada por una enzim a.
EL O BJETIVO E S ...
conocer el efecto de la temperatura,
del pH, de la concentración del
sustrato y de los inhibidores en la
actividad de las enzimas.
1 6 .8
La
FACTORES QUE AFECTAN
A LA ACTIVIDAD ENZIMÀTICA
actividad d e u n a e n z im a in d ic a la ra p id e z c o n la q u e l a d ic h a s u s ta n c ia c a ta liz a l a re a c -
c ió n d e tra n s fo rm a c ió n d e u n su s tra to e n u n p ro d u c to y d e p e n d e c o n s id e ra b le m e n te d e la s
c o n d ic io n e s d e re a c c ió n c o m o la te m p e ra tu ra , e l p H , la c o n c e n tr a c ió n d e l s u s tr a to o l a p re s e n c ia d e in h ib id o re s.
Temperatura
L a s e n z im a s s o n m u y s e n s ib le s a l a te m p e ra tu ra . A b a ja s te m p e ra tu ra s , l a m a y o ría d e la s
e n z im a s tie n e n u n a b a ja a c tiv id a d , y a q u e n o h a y su fic ie n te e n e rg ía p a ra q u e la re a c c ió n q u e
c a ta liz a n te n g a lu g a r. A l a u m e n ta r la te m p e ra tu ra , la a c tiv id a d e n z im à tic a s e in c re m e n ta , y a
q u e la s m o lé c u la s d e re a c tiv o s e m u e v e n m á s rá p id a m e n te y la fre c u e n c ia d e c o lis io n e s c o n
la s e n z im a s e s m a y o r. L a s m a y o ría d e l a s e n z im a s m u e s tra u n m á x im o d e a c tiv id a d a u n a
temperatura óptima, q u e e s d e 3 7 °C , la te m p e ra tu ra c o rp o ra l (fig. 1 6 .1 3 ). A te m p e ra tu ra s
s u p e r io r e s a 5 0 °C, l a e s tru c tu ra te rc ia ria — q u e d e te r m in a l a fo rm a d e la m a y o ría d e la s
p ro te ín a s — s e d e stru y e , c a u s a n d o la p é rd id a d e a c tiv id a d . P o r ta n to , e l in s tru m e n ta l h o s p ita la rio y d e la b o ra to rio s e e s te r iliz a e n a u to c la v e s , d o n d e s e c o n s ig u e m e d ia n te e le v a d a s
te m p e ra tu ra s d e s n a tu ra liz a r la s e n z im a s d e lo s m ic ro o rg a n is m o s p e rju d ic ia le s .
16.8 FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÀTICA
/
c
■o
\
•s
— Máxima
actividad
\ enzimàtica
Desnaturalización
577
\
MMetÁá (a
/
\ l
/Tem peratura
/
óptima
i - / i
i
\ 1
10
20
30
40
v
ll
50
Actividad enzimàtica
1.
60
Temperatura (°C)
F I G U R A 1 6 . 1 3 Lasenzimas
alcanzan la máxima actividad a su
temperatura óptima, generalmente
37 °C. A temperaturas más bajas se
reduce la velocidad de la reacción, y
a temperaturas superiores a 50 °C la
proteína se desnaturaliza y pierde su
capacidad catalítica.
P ¿Por qué la temperatura óptima de la
mayoría de las enzimas es de 37 °C ?
F I G U R A 1 6 . 1 4 Lasenzimas
son más activas a su pH óptimo.
A pH mayores o menores, la
desnaturalización hace que pierdan su
capacidad catalítica.
P ¿Por qué el pH óptimo de la enzima
digestiva pepsina es 2?
L as enzim as d e una m anzana recién c o r­
tada, d e un aguacate o de un plátano, reac­
cionan con e l oxígeno del aire, y la su p e r­
ficie de la fruta se pone m arrón. Los
antioxidantes, com o la vitam ina C del
z um o del limón, evitan la reacción de oxi­
dación. C orta una manzana, un aguacate o
u n plátano e n varios trozos. C oloca un
trozo en una bolsa, extrae el aire y ciérra­
la. Sum erge otro tro zo en zum o de lim ón
y colócalo en un plato. E spolvorea otro
trozo con una pastilla m achacada de vita­
m ina C. D eja otro tro zo de fruta com o
control. O bserva la superficie de las
m uestras, anotando su s reacciones tanto
inm ediatam ente com o a l cabo de 6 horas
o más.
PREG U N TA S
pH
L a s e n z im a s s o n m á s a c tiv a s c u a n d o se e n c u e n tra n a u n
pH óptimo, q u e
e s e l p H a l q u e se
m a n tie n e la e s tru c tu ra te rc ia ria d e l a p ro te ín a (fig. 1 6 .1 4 ). V a lo r e s d e p H s u p e r io r e s o in fe ­
r io r e s a l p H ó p tim o p ro v o c a n c a m b io s e n la e s tru c tu ra trid im e n s io n a l d e la e n z im a , q u e
p ie rd e s u s itio a c tiv o . P o r ta n to , la e n z im a y a n o p u e d e u n irs e a d e c u a d a m e n te a l s u s tra to y
n o p u e d e d a rs e la re a c c ió n .
1. ¿Qué trozos se oxidan m ás (se vuelven
más oscuros)?
2. ¿Q ué trozos no se oxidan o lo hacen
m uy poco?
3. ¿C óm o a fe c ta n los tratam ien to s con
antioxidantes la o xidación de c a d a
trozo?
L a s e n z im a s d e la m a y o ría d e la s c é lu la s tie n e n v a lo r e s d e p H ó p tim o p ró x im o s a 7,4,
a u n q u e la s e n z im a s e s to m a c a le s tie n e n u n p H ó p tim o m á s b a jo , y a q u e h id ro liz a n p ro te ín a s
a l p H á c id o d e l e s tó m a g o . P o r e je m p lo , la p e p sin a , u n a e n z im a d ig e s tiv a d e l e s tó m a g o , tie n e
u n p H ó p tim o d e 2. E l p H e n e l e stó m a g o , c u a n d o e s tá v a c ío , e s d e 4 o 5, y la p e p s in a m u e s ­
tr a e s c a s a o n u la a c tiv id a d d ig e s tiv a e n e s ta s c o n d ic io n e s . S i n e m b a rg o , c u a n d o e l a lim e n to
p e n e tra e n e l e stó m a g o , s e s e c re ta HC1, q u e re d u c e e l p H a 2, y la p e p s in a se a c tiv a .
S i s e c o rrig e n v a ria c io n e s p e q u e ñ a s e n e l p H , l a s e n z im a s p u e d e n re c u p e ra r n u e v a m e n te
s u e s tru c tu ra y a c tiv id a d . S in e m b a rg o , d e s v ia c io n e s g ra n d e s y p ro lo n g a d a s d e l p H ó p tim o
d e s tr u y e n d e fin itiv a m e n te la e s tru c tu ra d e la e n z im a . L a ta b la 16.11 re c o g e lo s v a lo re s d e
Actividad máxima
p H ó p tim o s p a ra a lg u n a s e n z im a s .
T A B L A 16.11
Todas las enzimas están
midas al sustrato
pH ó p tim o s p ara algunas en zim as
Enzima
Localización
Sustrato
Pepsina
Estóm ago
Enlaces peptídicos
2
Ureasa
Hígado
Urea
5
Sacarasa
Intestino delgado
Sacarosa
6,2
Am ilasa pancreática
Páncreas
A m ilosa
7
Tripsina
Intestino delgado
Enlaces peptídicos
8
A rginasa
Hígado
Arginina
9,7
pH óptimo
Concentración de sustrato
C o m o e n c u a lq u ie r re a c c ió n c a ta liz a d a , e l su s tra to d e b e , e n p rim e r lu g ar, u n irse c o n la e n z i­
m a p a ra fo rm a r e l c o m p le jo su s tra to -e n z im a . C u a n d o la c o n c e n tra c ió n d e la e n z im a s e m a n ­
tie n e c o n s ta n te , a l a u m e n ta r la c o n c e n tr a c ió n d e su s tra to a u m e n ta la v e lo c id a d d e la re a c c ió n
c a ta liz a d a , h a s ta q u e s e s a tu r a l a e n z im a . C u a n d o to d a s l a s m o lé c u la s d e l a e n z im a e s tá n
u n id a s a l s u s tra to , la v e lo c id a d d e la r e a c c ió n c a ta liz a d a a lc a n z a u n m á x im o , y la a d ic ió n d e
m á s m o lé c u la s d e s u s tr a to y a n o a c e le ra la r e a c c ió n (fig. 1 6 .1 5 ).
La actividad
de la enzima aumenta
Concentración de sustrato^
F I G U R A 1 6 . 1 5 Al aumentar la
concentración de sustrato, aumenta
la velocidad de la reacción hasta que
todas las moléculas de enzima se
saturan.
P ¿Qué le sucede a la velocidad de
reacción cuando el sustrato satura
la enzima?
578
CAPÍTULO 16
AMINOÁCIDOS, PROTEÍNAS Y ENZIMAS
EJE R C IC IO R ESU ELTO
1 6.9
■ Factores que afectan a la actividad enzimática
In d ic a e l e fe c to q u e l a s s ig u ie n te s m o d ific a c io n e s e je rc e n so b re la v e lo c id a d d e la re a c c ió n
c a ta liz a d a p o r u re a s a q u e se d e s c rib e a c o n tin u a c ió n :
O
H 2N
—c
— NH2 +
H 20
^ 2221
2N H 3 +
Urea
a
a u m e n to d e la c o n c e n tra c ió n d e u r e a
co2
h . d is m in u c ió n d e la te m p e ra tu ra a 1 0 °C
S O L U C IÓ N
a
E l a u m e n to d e l a c o n c e n tra c ió n d e u re a in c re m e n ta rá la v e lo c id a d d e la re a c c ió n h a s ta
q u e to d a s la s m o lé c u la s d e e n z im a s e u n a n a l s u s tr a to (urea).
c © h e m is t r y
** , place
W EB TUTO RIAL
Enzyme Inhibition
b. D a d o q u e u n a te m p e ra tu ra d e 10 °C e s tá p o r d e b a jo d e la ó p tim a d e 3 7 °C, la v e lo c id a d
d e la r e a c c ió n d is m in u y e .
¡A H O R A TÚ!
S i l a u re a s a tie n e u n p H ó p tim o d e 5, ¿ c u á l e s e l e f e c to d e u n a d is m in u c ió n d e l p H a 3 ?
Inhibición enzimática
H a y m u c h a s m o lé c u la s c a p a c e s d e h a c e r q u e la s e n z im a s p ie rd a n s u a c tiv id a d c a ta lític a : s o n
lo s lla m a d o s
kddbidores. A
p e s a r d e q u e e x is te n d if e r e n te s m e c a n is m o s d e a c c ió n , to d o s lo s
in h ib id o re s im p id e n la u n ió n e n tre e l su s tra to y e l s itio a c tiv o . L a in h ib ic ió n p u e d e s e r c o m p e titiv a o n o c o m p e titiv a ; e n la in h ib ic ió n c o m p e titiv a , e l in h ib id o r c o m p ite c o n e l s u s tra to
p o r e l s itio a c tiv o , m ie n tra s q u e e n la in h ib ic ió n n o c o m p e titiv a e l in h ib id o r a c tú a e n u n lu g a r
d is tin to d e l s itio a c tiv o .
Los
feüribidflrcs competitivas t ie n e n
e s tru c tu ra s m u y s im ila re s a la s d e lo s s u s tra to s q u e
c o m p ite n c o n é l p o r u n irs e c o n e l s itio a c tiv o . E n la m e d id a e n q u e e l in h ib id o r o c u p a e l sitio
a c tiv o , e l s u s tr a to n o p u e d e u n irs e a l a e n z im a y , p o r lo ta n to , n o se p ro d u c e la re a c c ió n
d e s e a d a (fig. 16.1 6 ).
-
ES
—
E + P
Se favorece
á aumentar [S]
Complejo
enzima-sustrato
I\
«
C uando un
inhibidor
com petitivo
se une co n el
sitio activo,
el su strato no
puede hacerlo
F I G U R A 1 6 . 1 6 D ebidoaque
la estructura de los inhibidores
competitivos es muy similar a la del
sustrato, compiten con el sustrato
para unirse con el sitio activo.
P ¿Por qué al incrementarse la
concentración de sustrato se
revierte el efecto de un inhibidor
competitivo?
I
^
El
S e favorece a l d is m in u ir [S]
Complejo
enzima-sustrato
C u a n d o la c o n c e n tra c ió n d e l in h ib id o r e s c o n s id e ra b le , s e p ro d u c e l a p é rd id a d e la a c tiv id a d e n z im á tic a . S in e m b a rg o , s i s e in c re m e n ta la c o n c e n tr a c ió n d e l s u s tra to , s e d e s p la z a n
la s m o lé c u la s d e in h ib id o r y , a m e d id a q u e s e u n e n m á s m o lé c u la s d e s u s tra to a la e n z im a
(E S ), la a c tiv id a d e n z im á tic a s e re c u p e ra .
L a e s tru c tu ra d e lo s
inhibidores no conpetítívos n o
se p a re c e a la d e l s u s tra to y , p o r
tan to , n o c o m p ite n c o n é l p o r u n irs e c o n e l s itio a c tiv o , s in o q u e se u n e n a u n lu g a r d e la
p ro te ín a d istin to . C u a n d o u n in h ib id o r n o c o m p e titiv o se u n e a u n a e n z im a , s u g e o m e tría s e
d is to rs io n a , y la in h ib ic ió n se p ro d u c e p o rq u e e l su s tra to y a n o e n c a ja e n e l s itio a c tiv o o n o
lo h a c e a d e c u a d a m e n te , y s in e l a d e c u a d o a lin e a m ie n to d e l su s tra to c o n lo s g ru p o s la te ra le s
d e lo s a m in o á c id o s , la c a tá lis is n o tie n e lu g a r (fig. 16.1 7 ).
C o m o lo s in h ib id o re s n o c o m p e titiv o s n o c o m p ite n p o r e l s itio a c tiv o , l a a d ic ió n d e m á s
su s tra to n o re v ie rte e s te tip o d e in h ib ic ió n . A lg u n o s e je m p lo s d e in h ib id o re s no c o m p e titiv o s
s o n lo s io n e s d e m e ta le s p e s a d o s P b 2+, A g ^ y H g 2+, q u e se u n e n c o n lo s g r u p o s la te ra le s
— C O O ~ o — O H d e lo s a m in o á c id o s . L a a c tiv id a d c a ta lític a s e re c u p e ra c u a n d o lo s in h ib id o re s s e e lim in a n c o n r e a c tiv o s q u ím ic o s.
16.8 FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÀTICA
579
F I G U R A 1 6 . 1 7 Los inhibidores no
competitivos se unen a la enzima en un lugar
distinto del sitio activo, b que deforma la enzima
e impide la unión adecuada entre el sustrato y el
sitio activo.
P Al aumentar la concentración de sustrato,
¿se revierte el efecto de b s inhibidores no
competitivos?
Los inhibidores no-com petitivos
deform an la enzim a e im piden
la unión a d ecu ad a del sustrato
con el sitio activo
*
L o s a n tib ió tic o s p ro d u c id o s p o r la s b a c te ria s, h o n g o s o le v a d u ra s s o n in h ib id o re s c a p a c e s d e d e te n e r e l c re c im ie n to b a c te ria n o . P o r e je m p lo , la p e n ic ilin a in h ib e u n a e n z im a n e c e s a r ia p a r a la fo rm a c ió n d e la m e m b ra n a c e lu la r d e la s b a c te ria s , p e ro n o l a d e lo s h u m a n o s .
S i l a m e m b ra n a c e lu la r e s tá in c o m p le ta , la s b a c te ria s n o p u e d e n s o b re v iv ir y la in fe c c ió n se
d e tie n e . S in e m b a rg o , a lg u n a s b a c te ria s s e h a n h e c h o re s is te n te s a la p e n ic ilin a , y a q u e s e g re g a n p e n ic ila s a , u n a e n z im a q u e d e g r a d a la p e n ic ilin a , p o r lo q u e s e h a h e c h o n e c e s a rio d e s a r r o lla r d e riv a d o s d e p e n ic ilin a a lo s q u e la s b a c te ria s a ú n n o s e h a n h e c h o re s is te n te s .
H
y
0
S
o7
NHo
C M H2_ <0^o_cH2_ C M h_
Grupos R de los derivados de penicilina
Penicilina
E JE R C IC IO R ESU ELTO
16 . 1 0
Inhibición enzimàtica
D e te rm in a e l tip o d e in h ib ic ió n e n z im à tic a e x is te n te e n l o s s ig u ie n te s c a so s:
a E l in h ib id o r tie n e u n a e s tru c tu ra s im ila r a la d e l su s tra to .
h E l in h ib id o r s e u n e a l a su p e rfic ie d e l a e n z im a , a lte ra n d o s u fo rm a d e m o d o q u e n o
p u e d a u n irs e a l su s tra to .
S O L U C IÓ N
a in h ib ic ió n c o m p e titiv a
b . in h ib ic ió n n o c o m p e titiv a
jA H O R A T Ú !
¿ Q u é tip o d e in h ib ic ió n e n z im à tic a s e p u e d e re v e r tir a ñ a d ie n d o m á s su s tra to a l m e d io ?
NHo
ho^0 ^ ch_
580
CAPÍTULO 16
AMINOÁCIDOS, PROTEÍNAS Y ENZIMAS
E JER C IC IO S Y PROBLEM AS
Factores que afectan a la actividad enzimática
1&53 In d ica si en los siguientes apartados se hace referencia a un
1(L4D La tripsina, una peptidasa que hidroliza polipéptidos en el
intestino delgado, tiene un pH óptim o de 8 . ¿C óm o se altera la
velocidad de la reacción catalizada por tripsina en las
siguientes condiciones?
a dism inuyendo la concentración de polipéptidos
h cam biando el pH a 3
c cuando la reacción se llev a a cabo a 75 °C
inhibidor enzim àtico com petitivo o no com petitivo:
El inhibidor tiene una estructura sim ilar a la del sustrato,
h . El efecto del inhibidor no se puede revertir m ediante la
adición de m ás sustrato.
c. El inhibidor com pite con el sustrato por el sitio activo.
d. La estructura del inhibidor es distinta a la del sustrato,
e L a adición de m ás sustrato revierte la inhibición.
a
1(154 El oxalacetato es un inhibidor de la su c d n a to deshidrogenasa:
COO-
COO-
ch2
ch2
ch2
16L5I En el siguiente gráfico se m uestran las curvas de actividad de
la pepsina, la ureasa y la trip sin a E stim a el pH óptim o de cada
una de ellas.
eoo
Succinato
II
o
proteínas, tiene un pH óptim o de 2. ¿Cóm o se altera la
velocidad de la reacción catalizada por pepsina en las
siguientes condiciones?
a increm entando la concentración de proteínas
h cam biando el pH a 5
c cuando la reacción se llev a a cabo a 0°C
-O -
16L50 La pepsina, una peptidasa del estóm ago que hidroliza
c o a
Oxalacetato
a
¿Crees que el oxalacetato será un inhibidor com petitivo o
no com petitivo? ¿Por qué?
h . El oxalacetato, ¿se unirá con el sitio activo de la enzim a o
se unirá a otro lugar?
c. ¿Cóm o se podría revertir el efecto del inhibidor?
1 6 5 5 H etanol y el m etanol se oxidan por la enzim a alcohol
deshidrogenasa. E n los casos de intoxicación por metanol, se
adm inistra etanol por vía intravenosa para evitar la form ación
de form aldehído, que tiene efectos tóxicos.
a Com para las estructuras del etanol y del metanol.
h.El etanol, ¿com petiría con el sitio activo de la enzim a o se
uniría a otro lugar?
c. El etanol, ¿es un inhibidor com petitivo o no com petitivo en
la reacción de oxidación del m etanol?
1&5B Con la ayuda del gráfico del problem a 16.51, determ inasi en
las siguientes reacciones la velocidad de reacción es ó ptim a o
no:
a
c
e
tripsina pH 5
pepsina pH 4
pepsina, pH 2
b. u re asa pH 5
d trip sin a pH 8
E L O B JE T IV O E S ...
16.9
conocer los cofactores que se unen
alas enzimas.
ples. S in
1 6 5 6 El antibiótico am oxicilina (un tipo de penicilina) se usa en los
hum anos para el tratam iento de ciertas infecciones
bacterianas.
a ¿L a am oxicilina inhibe las enzim as hum anas?
h . ¿Por qué este antibiótico destruye las bacterias pero no es
perjudicial para los hum anos?
COFACTORES ENZIMÁTICOS
C uando la s e n z im a s e stán fo rm a d a s e x clu siv am en te p o r p roteínas, s e d e n o m in a n
«urimas sim-
e m b a rg o , p a ra q u e la s re a c c io n e s q u e c ata liz a n tran scu rra n a d ec u a d a m e n te , m u c h a s
cofactores. C u a n d o e l
cpcraima. C u a n d o la e n z im a req u iere
e n zim as re q u ie ren la p re sen c ia d e p e q u e ñ a s m o lé c u la s o io n e s lla m a d o s
cofactor e s u n a m o lé c u la o rg á n ic a p e q u eñ a , s e le lla m a
un cofactor, ni la e stru ctu ra p ro te ic a ni e l co fac to r tienen, p o r s í m ism o s, activ id a d catalítica.
F o rm a s d e e n z i m a s a c tiv a s
Enzfcna simple
P r o te ín a
P r o te ín a
P r o te ín a
--------------------
Ió n m e tá lic o
Enzim a* cofactor
M o lé c u la
o r g á n ic a
( c o e n z im a )
Enrama* cofactor
16.9 COFACTORES ENZIMÁTICOS
581
Iones metálicos
M u c h a s e n z im a s n e c e s ita n d e la p re s e n c ia d e u n ió n m e tá lic o p a ra lle v a r a c a b o s u a c tiv id a d
c a ta lític a . L o s io n e s m e tá lic o s se s u e le n u n ir a u n a o m á s d e la s c a d e n a s la te ra le s d e lo s
a m in o á c id o s . L o s io n e s m e tá lic o s q u e in g e rim o s e n n u e s tr a d ie ta c u m p le n d is tin ta s f u n c io ­
n e s c o m o c a ta liz a d o re s ; p o r e je m p lo , la s o x id a s a s e m p le a n io n e s F e 2+ y C u 2\ q u e p ie rd e n o
g a n a n e le c tro n e s e n lo s p ro c e s o s d e o x id a c ió n y r e d u c c ió n . O tr o s io n e s m e tá lic o s , c o m o e l
Z n 2+, e sta b iliz a n la s c a d e n a s la te ra le s d e lo s a m in o á c id o s d u ra n te la s r e a c c io n e s d e h id ró lisis.
E n la ta b la 16 .1 2 s e re c o g e n a lg u n o s c o fa c to re s m e tá lic o s n e c e s a rio s p a ra e l fu n c io n a m ie n ­
t o d e la s e n z im a s .
T A B L A 1 6 . 1 2 Enzim as y sus c o rre sp o n d ie n te s co fa cto re s ió nico s
Ión metálico (cofactor)
Función
Enzima
Cu2*
Oxidación-reducción
C itocrom o oxidasa
F e^/F e3*
O xidación-reducción
O xidación-reducción
Cata lasa
C itocrom o oxidasa
Z n2’
En el NAD*
Alcohol deshidrogenasa
A nhidrasa carbónica
C arboxipeptidasa A
Mg2’
Hidrólisis de ésteres fosfato
G lucosa- 6 -fosfatasa
Mn2’
Elim ina electrones
Arginasa
N i2*
H idroliza am idas
U reasa
Las vitaminas como coenzimas
L as
vitaminas s o n
m o lé c u la s o rg á n ic a s e s e n c ia le s p a ra e l c re c im ie n to y la sa lu d . S e r e q u ie ­
r e n e n c a n tid a d e s tr a z a y d e b e n in g e rirse e n la d ie ta , y a q u e e l c u e r p o n o e s c a p a z d e s in te ­
tiz a rla s . A n te s d e q u e la s v ita m in a s f u e s e n d e s c u b ie r ta s , y a s e s a b ía q u e , p o r e je m p lo , e l
z u m o d e l lim ó n p re v e n ía q u e lo s m a rin o s s u frie s e n e s c o rb u to , o q u e e l a c e ite d e h íg a d o d e
b a c a la o p r e v e n ía e l ra q u itis m o . E n 19 1 2 , lo s c ie n tíf ic o s d e s c u b rie ro n q u e , a d e m á s d e lo s
c a rb o h id ra to s , la s g r a s a s y la s p ro te ín a s , o b te n ía m o s d e la d ie ta o tr a s e rie d e n u trie n te s , a lo s
q u e lla m a ro n
vitaminas.
E n fu n c ió n d e s u s o lu b ilid a d , la s v ita m in a s s e c la s if ic a n e n 2 g ru p o s; h id ro s o lu b le s y
lip o s o lu b le s. L a s
vitaminas hidrosolubles tie n e n
g ru p o s p o la re s, c o m o — O H y — C O O H ,
q u e la s h a c e n s o lu b le s e n e l m e d io a c u o s o c elu lar. E n c a m b io , la s
vitaminas fiposolubles
s o n s u s ta n c ia s n o p o la re s q u e se d is u e lv e n e n lo s c o m p o n e n te s g r a s o s (líp id o s) d e l c u e rp o ,
c o m o lo s d e p ó s ito s d e g r a s a o la s m e m b ra n a s c e lu la re s .
L a m a y o r ía d e la s v ita m in a s h id ro s o lu b le s n o se a lm a c e n a n e n e l c u e rp o , y s u e x c e s o se
e lim in a e n la o rin a , p o r l o q u e n u e s tra d i e t a d ia r ia d e b e in c lu ir v ita m in a s h id ro s o lu b le s .
(fig . 1 6 .1 8 ). E l c a lo r, e l o x íg e n o y la lu z u ltr a v io le ta d e s tr u y e n f á c ilm e n te l a s v ita m in a s
h id ro s o lu b le s , p o r lo q u e s e d e b e te n e r e s p e c ia l c u id a d o e n l a p re p a ra c ió n , p ro c e s a d o y
a lm a c e n a je d e lo s a lim e n to s . E n lo s a ñ o s c u a re n ta , e l N a tio n a l R e s e a rc h C o u n c il n o rte a m e ­
r ic a n o , r e c o m e n d ó e l e n riq u e c im ie n to c o n v ita m in a s d e lo s d e riv a d o s d e c e re a le s , y a q u e lo s
c e re a le s re fin a d o s , c o m o e l trig o , tie n e n u n m e n o r c o n te n id o d e v ita m in a s . L a tia m in a
(B{),
la rib o fla v in a (B2), la n ia c in a y e l h ie rro fu e ro n e l p rim e r g ru p o d e n u trie n te s c u y a a d ic ió n
s e re c o m e n d ó . E n la a c tu a lid a d , p o d e m o s v e r la s c a n tid a d e s d ia r ia s re c o m e n d a d a s (C D R ) d e
v ita m in a s y m in e r a le s e n la s e tiq u e ta s d e m u c h o s p ro d u c to s .
N u m e ro s a s e n z im a s e m p le a n v ita m in a s h id ro s o lu b le s c o m o c o fa c to re s p a ra lle v a r a c a b o
s u a c c ió n c a ta lític a (ta b la 16.1 3 ). L a s c o e n z im a s n o p e rm a n e c e n u n id a s a u n a e n z im a p a rti­
c u la r, s in o q u e s o n u tiliz a d a s r e p e tid a m e n te p o r d ife re n te s e n z im a s (fig. 1 6 .1 9 ), p o r l o q u e
la s c é lu la s re q u ie re n e s ta s c o e n z im a s e n c a n tid a d e s p e q u e ñ a s.
L a s v ita m in a s lip o s o lu b le s A , D , E y K n o p a rtic ip a n e n e l m e ta b o lis m o c o m o c o e n z i­
m as, p e ro ju e g a n u n p a p e l im p o rta n te e n p ro c e s o s c o m o la v isió n , la fo rm a c ió n d e l h u e so ,
la p ro te c c ió n fre n te a l a o x id a c ió n y la c o a g u la c ió n . L a s v ita m in a s lip o s o lu b le s s e a lm a c e n a n
e n e l c u e rp o y n o se e lim in a n , p o r l o q u e la in g e s ta d e u n a c a n tid a d e x c e s iv a p u e d e lle g a r a
s e r tó x ic a (fig. 1 6 .2 0 ).
F I G U R A 1 6 . 1 8 Las naranjas,
b s limones, los pimientos y los
tomates contienen vitamina C o ácido
ascòrbico.
P ¿Qué le sucederá al exceso de
vitamina C que pudiésemos
ingerir?
582
CAPÍTULO 16
AMINOÁCIDOS, PROTEÍNAS Y ENZIMAS
T A B L A 16.13 Vitaminas y sus funciones
Vitaminas hidrosolubles
Coenzima
Función
T i a m i n a ( v i t a m i n a B,)
P ír o f o s f a to d e t ia m in a
D e sc a rb o x ila d ó n
Riboflavina (vitam ina B2)
Flavina adenina dinucleótido (FAD), flavina
m ononudeótido (FMN)
Transferencia de electrones
N iacina (vitam ina B J
N icotinam ida adenina dinucleótido (N A D +);
nicotinam ida adenina d inudeótido fosfato
(NADP+)
O x id ad ó n -re d u c d ó n
Á d d o p a n t o t é n i c o ( v i t a m i n a B^)
C o e n z im a A
T r a n s fe r e n d a d e g ru p o s a d í o
P i r i d o x i n a ( v i t a m i n a Bg)
F o s f a to d e p ir id o x ilo
T r a n s a m in a d ó n
C o b a l a m i n a ( v i t a m i n a B l2)
M e tilc o b a la m in a
T r a n s f e r e n c i a d e g r u p o s m e tilo
Á cido ascòrbico (vitam ina C)
Vitam ina C
Síntesis de colágeno, cicatrizad ó n de las heridas
B i o ti n a
B io d tin a
C a r b o x ila d ó n
Á d d o fó lic o
T e tra h id ro fo la to
T r a n s f e r e n c i a d e g r u p o s m e tilo
Vitaminas liposolubles
Vitam ina A
Fo rm ad ó n de pigm entos visuales; desarrollo de las células
epiteliales
V ita m in a D
A b s o r d ó n d e c a l d o y d e fo sfa to ; d e p o s i d ó n d e c a l d o y
fosfato en el hueso
V ita m in a E
A n t i o x id a n t e ; p r e v ie n e l a o x i d a d ó n d e l a v i t a m i n a A y d e
tos á d d o s grasos insaturados
V ita m in a K
S ín te s is d e l a p r o t r o m b in a p a r a l a c o a g u la c ió n d e la s a n g r e
F I G U R A 1 6 . 1 9 Las formas activas de muchas
enzimas requieren la combinación de la enzima con
un cofactor.
P ¿Cuál es la función de las vitaminas
hidrosolubles en las enzimas?
C o e n z im a
Sitio activo
S u s tr a to
P ro d u c to s
I
E JE R C IC IO
RESUELTO
16.11
Cofactores
I n d ic a s i la s s ig u ie n te s e n z im a s s o n a c tiv a s c o m o ta le s o r e q u ie re n u n c o fa c to r:
a
u n p o lip é p tid o q u e n e c e s ita M g 2+ p a r a s u a c c ió n c a ta lític a
b. u n a e n z im a a c tiv a fo rm a d a p o r u n a s o la c a d e n a p o lip e p tíd ic a
c. u n a e n z im a q u e c o n s is te e n u n a e s tru c tu ra c u a te rn a ria u n id a a v ita m in a B fi
S O L U C IÓ N
a
L a e n z im a n e c e s ita u n c o fa c to r.
b . U n a e n z im a a c tiv a fo rm a d a p o r u n a s o la c a d e n a p o lip e p tíd ic a e s u n a e n z im a sim p le .
c . L a e n z im a n e c e s ita u n c o fa c to r.
F I G U R A 1 6 . 2 0 Las frutas y los
vegetales amarillos suelen ser ricos
en vitamina A.
P ¿Por qué se dice que la vitamina A
es liposoluble?
jA H O R A TÚ!
¿ Q u é p a rte s n o p ro te ic a s d e la s e n z im a s d e s c rita s e n e l e je r c ic io r e s u e lto 16.11 s o n c o e n z im a s ?
584
CAPÍTULO 16
AMINOÁCIDOS, PROTEÍNAS Y ENZIMAS
¡DE UN VI STAZO!
16.1 Fundones de las proteínas
16.6 Enzimas
0 objetivo es... clasificar las proteínas según su función
en las células.
El objetivo es... conocer el funcionamiento de las enzimas
como catalizadores, así como sus nombres.
A lgunas proteínas actúan com o enzim as, otras com o horm onas y otras
tienen funciones estructurales —de transporte, protección, alm acenaje—
o participan en la contracción muscular.
16.2 Aminoácidos
Las enzim as actúan com o catalizadores, reduciendo la energía de activa­
ción y acelerando la velocidad de las reacciones biológicas. El nom bre de
la m ayoría de las enzim as term ina en -asae indica el com puesto o el tipo
de reacción que la enzim a cataliza. L as enzim as se clasifican en función
del tipo principal de reacción que catalizan.
B objetivo es... dibujar los aminoácidos en forma de ión
dipolar.
16.7 Acción enzimàtica
Las proteínas están form adas por 20 tipos de am inoácidos. L os am inoá­
cidos tienen un grupo am ino y u n grupo ácido carboxílico, unidos a u n
átom o de carbono central (alfa) y una cadena lateral característica (R ). La
cadena lateral les confiere carácter no polar, polar, ácido o básico. Al
valor del pH fisiológico, la m ayoría de los am inoácidos están en form a de
El objetivo es... conocer el papel de las enzimas
en las reacciones biológicas.
B objetivo es... dibujar la estructura de un aminoácido
ionizado a un pH por encima o por debajo del pl.
E n la estructura terciaria d e las proteínas existe una cavidad llam ada sitio
activo, o bolsillo, que se une con el sustrato. S egún el m odelo llavec erradura el sustrato encaja perfectam ente en el sitio activo. El m odelo
de ajuste inducido establece q u e el sitio activo cam bia de geom etría para
albergar al sustrato de m odo óptim o. E n el com plejo enzim a-sustrato, la
catálisis se produce cuando las cadenas de los am inoácidos reaccionan
con el sustrato. L os productos se liberan de la enzim a y esta queda libre
para unirse con o tra m olécula de sustrato.
Los am inoácidos pueden existir com o iones dipolares llam ados zwiterio­
nes,com o iones positivos (a valores d e pH bajos) y com o iones negativos
16.8 Factores que afectan a la actividad enzimàtica
iones dipolares, llam ados
zwiteriones.
16.3 Acidez y basicidad de los aminoácidos
(a valores de pH altos). E n el punto isoeléctrico, los iones dipolares son
neutros.
16.4 Formación de péptídos
B objetivo es... dibujar la estructura de un dipéptido.
Los dipéptidos contienen enlaces de tipo am ida (peptídicos) que se for­
m an cuando el g rupo ácido carboxílico d e un am inoácido se une co n el
grupo am ino de otro aminoácido. L as cadenas largas con m uchos am inoá­
cidos se llam an proteínas.
16.5 Niveles estructurales de las proteínas
B objetivo es... identificar los niveles estructurales
de las proteínas.
L a estructura prim aria d e una proteína es su secuencia de am inoácidos.
En la estru ctura secundaria, los enlaces de hidrógeno que se establecen
entre las cadenas polipeptídicas generan una estructura característica de
tipo hélice a, hoja plegada /3 o hélice triple. L a estructura terciaria se
establece m ediante interacciones entre las cadenas laterales de los a m i­
noácidos, de tipo enlace de hidrógeno, puentes disulfuro y puentes sa li­
nos. T am bién existen interacciones que desplazan las cadenas hidrófobas
al interior de la proteína y las hidrófilas al exterior. E n la estructura cua­
ternaria, 2 o m ás estructuras terciarias, necesarias para la función bioló­
gica de la proteína, se m antienen unidas gracias a los m ism os tipos de
interacción que estabilizan la estructura terciaria
L a desnaturalización d e las proteínas tiene lugar cuando la estructura
se c u n d aria terciaria o cuaternaria es destruida por altas tem peraturas,
ácidos, bases, ciertos com puestos orgánicos, iones m etálicos o m ediante
agitación, lo que produce la pérdida de actividad bio ló g ica
El objetivo es... conocer el efecto de la temperatura, del pH,
de la concentración del sustrato y de los inhibidores en la
actividad de las enzimas.
L as enzim as son m ás eficaces a una tem peratura y pH óptim os, general­
m ente 37 °C y 7,4 respectivam ente. L a velocidad de una reacción c a ta liz a
da por enzim as dism inuye co n la tem peratura y a m edida que el pH se
aleja del valor óptim o. El aum ento de la concentración de sustrato aum enta
la velocidad de la reacción enzim àtica. C uando la enzim a se satura, la adi­
ción de m ás sustrato no increm enta la velocidad. L os inhibidores reducen
la actividad de las enzim as o las hacen inactivas. L os inhibidores com peti­
tivos tienen una estructura sim ilar a la del sustrato y com piten con él por
unirse con el sitio activo. S i el sitio activo está ocupado, la enzim a no pue­
de catalizar la reacción del sustrato. L os inhibidores no com petitivos se
unen a otras partes de la en z im a cam biando la form a tanto de la enzim a
com o del sitio activo. M ientras que el inhibidor no com petitivo se m anten­
ga unido, el sitio activo no puede unirse con el sustrato.
16.9 Cofactores enzimáticos
El objetivo es... conocer b s cofactores que se unen
a las enzimas.
Las enzim as sim ples son biológicam ente activas com o tales, m ientras que
otras enzim as necesitan la presencia de m oléculas orgánicas pequeñas o
iones m etálicos, llam ados cofactores. L os cofactores pueden se r iones
m etálicos, com o C u2* o F e * \ o m oléculas orgánicas llam adas coenzim as.
Las vitam inas so n pequeñas m oléculas orgánicas necesarias para el c re ­
cim iento y para una vida saludable. L as vitam inas se obtienen en peque­
ñas cantidades m ediante la alim entación. L as vitam inas hidrosolubles B y
C actúan com o coenzim as.
T É R M I N O S C LAV E
Actividad
V elocidad a la que una enzim a cataliza la transform ación de
un sustrato en producto.
A m in o ác id o Bloque de construcción de las proteínas. E stán form ados
por un grupo amino, un grupo á d d o carboxílico y una cadena lateral
característica todos unidos al átom o de carbono alfa.
A m in o ác id o c o n u n g ru p o ácid o c a rb o x ílic o
(— CO O H ) e n la c a d e n a lateral q u e se io n iza c o m o u n á c id o
débil.
Aminoácido ácido
Aminoácido básico
A m inoácido con un g rupo am ino (— N H J e n la
cadena lateral que se ioniza com o una base débil.
Aminoácido no polar A m inoácido co n una cadena lateral n o polar e
insoluble en agua.
Ammoáridas polares
A m inoácidos co n cadenas laterales polares y
solubles en a g u a
C-tcnninal E xtrem o de una cadena polipeptídica donde se sitúa el am i­
noácido con el grupo — CCK> libre.
COMPRENDER LOS CONCEPTOS
Coenzima
M olécula orgánica, una vitam ina generalm ente, que actúa
com o cofactor de una en zim a
C a t a d o r Ión m etálico o m olécula orgánica no proteica necesaria para la
función biológica de una en zim a
Colágeno Es la proteína m ás abundante en el cuerpo, form ada por hélices triples con enlaces de hidrógeno entre los grupos — O H de la
hidroxiprolinay de la h idroxilisina
Complejo enzima-» strato (ES) Interm edio de las reacciones catalizadas por enzim as consistente en un a enzim a unida con el sustrato.
Desnaturalización Pérdida de las estructuras proteicas secundaria y ter-
c ia ria causada por e l calor, los ácidos, las bases, algunos com puestos orgánicos, m etales pesados y/o agitación.
Enlace de hidrógeno Atracción entre los grupos polares, com o — OH,
— N R , y — COOH, de las cadenas laterales de los am inoácidos de
una cadena p olipeptídica
Enlace de tipo am ida qu e une a los am inoácidos en las
proteínas.
Estructura cuaternaria Estructura proteica form ada por 2 o m ás subu-
Enlacepeptídico
nidades polipeptídicas.
S ecuencia específica de am inoácidos en una proteina.
Estructura secundaria Form ación de hélices or, hojas plegadas po hélices triples.
Estructura tfrc ia ii Plegam iento de la estructura secundaria d e una
p roteina de modo que se form a una estructura com pacta estabilizada
Estructura primaria
m ediante interacciones entre las cadenas laterales.
Enzima simple E nzim a activa en form a polipeptídica
Enzimas Sustancias, generalm ente proteínas globulares,
que catalizan
reacciones biológicas.
Hélice a (alfa) Nivel estructural secundario de las proteínas, e n la que el
grupo N H de un enlace peptídico se une a un grupo C = 0 m ás aleja d o m ediante un enlace de hidrógeno, generando una estructura en
espiral o enrollada.
Hélice triple E structura del colágeno, form ada por 3 cadenas polipeptídicas entrelazadas com o una tre n z a
Hoja plegada/3 (beta) Nivel estructural secundario de las proteínas que
se genera por enlaces d e hidrógeno entre los enlaces peptídicos de
cadenas polipeptídicas paralelas.
M olécula co n una estructura sim ilar a la del sustrato que inhibe la acción enzim àtica al com petir por el sitio activo.
Inhibidcr no competitivo Inhibidor que altera la geom etría de la enzim a
y del sitio activo, de m odo que la enzim a no puede unirse co n el
sustrato de m odo adecuado.
Inteacriones hidrófitas A tracciones entre las cadenas laterales polares
en el exterior de una proteína.
Inhibidores Sustancias que inactivan una enzim a interfiriendo su capacidad de reaccionar con un sustrato.
Inhibidor competitivo
C O M P R E N D E R LOS C O N C E P T O S
16L61 El etilenglicol (H O — C H 2— C H 2— OH) es el com ponente
principal de los anticongelantes. E n el cuerpo, se convierte
primero en H O O C — C H O (ácido oxoetanoico) y después en
H O O C — C O O H (ácido oxálico), que es tóxico,
a ¿Qué tipo de enzim as catalizan am bas reacciones del
etilenglicol?
h El tratam iento en los casos de ingestión de etilenglicol consiste
en la inyección intravenosa de etanol. ¿C óm o consigue este
tratam iento evitar las concentraciones tóxicas de ácido
oxálico?
lftflg
Los adultos que so n intolerantes a la lactosa no pueden hidrolizar
este disacárido abundante en los productos lácteos. C on el fin de
585
Interacciones hidrófobas
A tracciones entre las cadenas laterales no
polares en el interior d e una proteína globular.
lsoenzimas Enzim as con diferentes com binaciones de subunidades polipeptídicas que catalizan la m ism a reacción en distintos tejidos del
cuerpo.
Modáo de ajuste inducido M odelo de acción enzim àtica según el cual
la form a del sustrato y del sitio activo se m odifican para lograr un
ajuste óptim o.
Modelo llave-cerradura D escripción de la acción enzim àtica qu e co n sidera al sustrato com o una especie de llave qu e encaja en la geom etría específica del sitio activo.
N-terminal Extrem o d e una cadena polipeptídica donde se sitú a e l am inoácido con el grupo — N H ,+ libre.
Héptido C om binación de 2 o m ás am inoácidos unidos entre s í m ediante
enlaces peptídicos; dipéptido, tripéptido, etc.
pH óptimo Valor del pH al que la enzim a es m ás a c tiv a
IVotetna Térm ino utilizado para referirse a polipéptidos biológicam ente
activos form ados por m últiples am inoácidos unidos entre s í m ediante enlaces peptídicos.
IVotetna fibrosa Proteína insoluble en a g u a consisten en cadenas p olipeptídicas con hélices a u hojas plegadas /3 y que form an las fibras
del pelo, la la n a la piel, las uñas o la seda.
IVotdna globular Proteínas que adquieren una estructura com pacta
mediante atracciones entre las cadenas laterales de los aminoácidos.
IH ioites d is u lfu ro Enlaces cova lentes — S — S — qu e se form an entre
los grupos — SH de las unidades de ciste ina de una proteina y que
estabilizan la estructura secundaria.
IHientesalino Atracción entre los grupos laterales ionizados de los am inoácidos ácidos y básicos en la estructura terciaria de las proteínas.
tan to isoeléctrico (pi) pH al cual un am inoácido está en form a de ión
dipolar.
Sitio activo Cavidad en una zona de la estructura terciaria d e una enzim a
en la que se une el sustrato de la reacción.
Sustrato M olécula que reacciona en el sitio activo e n una reacción enzim àtica
T en^fratura óptima T em peratura en la q u e un a enzim a m uestra su
m áxim o de actividad.
Vitaminas M oléculas orgánicas; s o n necesarias para una vida saludable
y p ara el crecim iento adecuado y se obtienen en pequeñas cantidades
a través de los alim entos.
Vitaminas hidrasoiubics V itam inas solubles en a g u a No se alm acenan
e n el cuerpo, se destruyen fácilm ente por la acción del calor, la luz
ultravioleta o el oxígeno y actúan com o coenzim as.
Vitaminashposainbles V itam inas insolubles en agua. Pueden se r alm acenadas en el hígado y en la grasa corporal.
Zwitcrión Form a dipolar de un am inoácido con 2 zonas de carga iónica
o p u e sta — N H 3+y — COO".