B I O C A T A L I Z A D O R E S

BIOCATALIZADORES
Clásicamente se han estudiado en este apartado tres grupos de sustancias con funciones muy
importantes: enzimas, vitaminas y hormonas. De forma general, todas ellas tienen una función reguladora
sobre los organismos. (En sentido estricto, sólo los enzimas son realmente biocatalizadores).
ENZIMAS
Concepto:
Son los catalizadores de las reacciones
bioquímicas, esto es, sustancias que
favorecen dichas reacciones al disminuir la
energía de activación (aquella que
debemos suministrar a los reactivos para
que se inicié una reacción química).
Se trata de proteínas globulares que hacen
posibles las reacciones bioquímicas, a una
velocidad adecuada, en las condiciones de
temperatura habituales en el interior de los
seres vivos.
Como todo catalizador, los enzimas no se consumen en el proceso por lo que se reutilizan, de ahí que se
requieran en muy baja cantidad.
Estructura
Todos los enzimas son de naturaleza proteica y de tipo globular.
(La única excepción a esta regla está representada por cierto tipo de ARN que presenta actividad enzimática) .
Puesto que son proteínas, los enzimas pueden pertenecer a uno de los dos tipos que hemos estudiado:
- Proteínas puras (holoproteínas formadas sólo por aminoácidos).
- Proteínas conjugadas (heteroproteínas), en cuyo caso están formadas por una fracción proteica
(apoenzima) y otra fracción no proteica (cofactor).
La unión apoenzima + cofactor origina el holoenzima, que es la molécula funcionalmente activa.
1. Apoenzima: Proteína globular que da al enzima su forma tridimensional, constituida por 3 clases de
aminoácidos, desde el punto de vista funcional:
- Aminoácidos estructurales: Dan la conformación espacial al enzima pero no intervienen de
forma directa en la reacción.
- Aminoácidos de fijación (~): Sobre sus radicales se adhiere el sustrato mediante enlaces no
covalentes. (Sustrato es la sustancia sobre la cual actúa el enzima).
- Aminoácidos catalizadores (~): Responsables directos de la reacción, desestabilizando los
enlaces del sustrato (actúan en los casos en que no interviene un cofactor).
÷ (~) CENTRO ACTIVO.- Los aminoácidos de fijación y catalizadores constituyen el llamado CENTRO
ACTIVO, una zona fundamental de toda enzima, en la cual se produce la reacción, tras un acoplamiento
mutuo entre enzima y sustrato, a la manera de una mano y un guante (Este símil es conocido como “modelo del
ajuste inducido” en el que el enzima cambia algo su conformación espacial al adaptarse a la forma del sustrato) .
NOTA: Es fundamental que el enzima mantenga su configuración espacial para que el sustrato encaje en
el centro activo. Una subida de temperatura, cambio de pH o salinidad, etc. puede provocar la
desnaturalización del enzima. La alteración de su estructura implica pérdida de funcionalidad.
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2. Cofactor: Sustancia no proteica, de naturaleza química diversa, que se une al apoenzima para dar el
holoenzima o molécula funcional.
- Pueden ser sustancias de tipo catiónico: Ca++, Mg++, Mn++, Cu++, Zn++. . .
- Con frecuencia son moléculas orgánicas más o menos complejas, en cuyo caso se les llama coenzimas,
en su mayoría son derivadas de las vitaminas, de ahí la importancia de éstas en nuestra dieta.
Ejem plos de coenzim as son: NAD (derivado de la vitam ina PP = Ac. nicotínico), el FAD (procedente de la vitam ina
B 2 = riboflavina), Coenzima-A, el ATP V, etc.
El coenzima se altera durante la reacción (ej. NAD ÷ NAD.2H), pero se regenera más tarde, en otros
procesos.
MECANISMO DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS
De forma muy esquemática se pueden resumir así:
a- Formación del complejo enzima-sustrato: El sustrato, a veces más de uno, se adhiere al centro activo,
por complementarse la forma de ambos, formando enlaces débiles con los radicales de los Aa de fijación.
b- Transformación del sustrato.- Por acción de los Aa catalizadores, o del coenzima, según los casos, se
inestabilizan los enlaces del sustrato y se efectúa la reacción, con un gran “abanico” de posibilidades,
dependiendo del enzima y el sustrato en cuestión. El sustrato se transforma en producto.
c- Se libera el producto, o productos, del centro activo y el enzima queda disponible para unirse a otras
moléculas de sustrato e iniciar una nueva actuación.
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HORMONAS
Introducción: SISTEMAS DE COORDINACIÓN EN ANIMALES
La sensibilidad es una característica diferencial de los seres vivos. Consiste en captar estímulos del medio
y elaborar respuestas adecuadas. Esto es mucho más complejo en animales que en vegetales, donde se
requiere una coordinación adecuada entre todas las partes del organismo para que éste responda como una
unidad ante el estímulo.
Esta coordinación interna es realizada por dos sistemas muy relacionados: Sistema nervioso y sistema
endocrino.
÷ Sistema nervioso, se caracteriza por:
- acción rápida
- actúa por impulsos eléctricos
- efectos que duran poco tiempo
÷ Sistema endocrino, se caracteriza por:
- acción más lenta
- actúa a través de mediadores químicos: hormonas transportadas - efectos más prolongados.
[por la sangre.
Ambos determinan el comportamiento global del organismo ante determinados estímulos, sus señales
respectivas son recibidas, transcritas y obedecidas por los órganos correspondientes que, en consecuencia,
desarrollan una respuesta ante el estímulo.
Glándula: órgano especializado en segregar sustancias. Según su función se las clasifica en . . .
- Exocrinas: De secreción externa, vierten sus productos al exterior o a cavidades comunicadas con
él. Ej. Gl. Sudoríparas, sebáceas, lacrimales, etc...
- Endocrinas: De secreción interna, vierten sus productos (hormonas) a la sangre, que las reparte
por todo el organismo.
- Mixtas: Son órganos que contienen los dos tipos de glándulas citadas anteriormente.
Ej.- El páncreas cuyos acinos segregan jugo pancreático, mientras los islotes de Langerhans segregan
insulina.
Hormonas
Son unas sustancias orgánicas de naturaleza diversa, generalmente esteroides o péptidos, elaboradas por
glándulas endocrinas y vertidas a la sangre o líquido circulante.
Ejercen una función coordinadora en el organismo actuando a modo de “mensajeros químicos”, sobre
distintos órganos y tejidos modificando su actividad biológica.
Las acciones pueden ser muy variadas: controlar el crecimiento, regular la composición del medio interno,
modificar el metabolismo celular, regular ciclos reproductores . . .
Órgano Diana:
Cada hormona ejerce su acción sobre una zona concreta del organismo que se conoce como órgano diana,
cuyas células están provistas de receptores para dicha hormona. Ej.- La oxitocina tiene como órgano diana el útero.
Nota.- Aunque en los vegetales no se encuentran glándulas de este tipo (en sentido estricto), existen sustancias que actúan como mensajeros
químicos entre diversos órganos que se consideran también como hormonas (fitohormonas, fito=planta).
L Para el estudio de las hormonas se las suele agrupar según la glándula que las produce.- HIPÓFISIS: La hipófisis es una glándula, de tamaño similar a un guisante, que tenemos en la base del
cerebro (alojada en un hueco del hueso esfenoides, llamado "'silla turca") y se encuentra conectada con el hipotálamo,
otra glándula también del cerebro. Entre sus hormonas citaremos . . .
- Hormona del crecimiento, estimula el crecimiento de huesos y músculos sobre todo en etapas
juveniles: Potencia la síntesis de proteínas, mitosis celulares, etc.
Su déficit produce enanismo y su exceso, en etapas juveniles, provoca gigantismo.
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- Prolactina. Estimula la producción de leche en las glándulas mamarias después del parto.
- Adiuretina o vasopresina (= H. Antidiurética = ADH). Estimula la retención de agua por el riñón,
aumenta el volumen sanguíneo y, por tanto, aumenta la presión arterial. Cuando se ingiere una cierta
cantidad de alcohol se suele orinar mucho porque éste inhibe a dicha hormona.
- Oxitocina: Favorece las contracciones del útero durante el parto (hormona del “gotero”)
- TIROIDES.- Está situado en el cuello, rodeado del primer cartílago de la traquea que es el que forma la
nuez. Dentro de sus hormonas destacamos:
- Tiroxina, principal hormona del tiroides, es la hormona del metabolismo: estimula la combustión de
grasas y azúcares de todos los tejidos. Su déficit produce hipotiroidismo. El hipotiroideo es un
propenso a la obesidad con un carácter aletargado (falta de actividad).
- Calcitonina, disminuye la concentración de calcio en sangre incorporándolo a los huesos.
Se administra con frecuencia a mujeres menopáusicas para frenar la osteoporosis.
- GLÁNDULAS SUPRARRENALES (= adrenes): Situadas sobre los riñones. Producen hormonas como...
- Adrenalina. Es la llamada hormona del susto o de la emoción, encargada de preparar al organismo
para defenderse en situaciones de peligro: dilata la pupila, provoca la vasoconstricción cutánea y
vasodilatación muscular, aumenta el ritmo cardiaco y respiratorio, dilatación bronquial, aumenta la
glucosa en sangre, aumenta el catabolismo en general.
- Corticoides. Unos tienen acción antiinflamatoria, otros actúan como anabolizantes, etc.
- PÁNCREAS: Situado por debajo y detrás del estómago. Como ya se ha indicado, es una glándula mixta,
es decir, presenta función exocrina segregando el jugo pancreático, producido por los acinos, y función
endocrina a cargo de los islotes de Langerhans productores de . . .
- Insulina: Reduce la glucemia V favoreciendo la entrada de glucosa a las células. Su déficit produce
una enfermedad llamada Diabetes Mellitus caracterizada por altos niveles de glucosa en sangre, que
se excreta en orina en la cual se detecta para su diagnóstico (no es habitual la glucosa en la orina).
- Glucagón: Acción opuesta a la insulina, es decir, aumenta la glucemia liberando glucosa del hígado.
- TESTÍCULOS: Producen andrógenos entre ellos la testosterona, que provoca la aparición de los caracteres
masculinos secundarios (voz grave, barba, distribución del vello corporal, desarrollo de la musculatura, etc.)
- OVARIOS: Producen estrógenos, que son los principales responsables de la aparición de los caracteres
secundarios femeninos (voz aguda, distribución de las grasas). También producen progesterona, que actúa
sobre el útero favoreciendo el embarazo, en general.
VITAMINAS
Concepto
Son sustancias, de naturaleza química diversa, imprescindibles en la dieta, aunque en pequeñas cantidades,
pues el organismo no puede producirlas a partir de otras sustancias. Sus funciones son variadas, buena parte
de ellas actúan como coenzimas.
Presentan la particularidad de ser sustancias lábiles, esto es, se alteran fácilmente por calor o almacenamiento prolongado.
Para su estudio se las ha clasificado, atendiendo a su solubilidad, en liposolubles e hidrosolubles. ÷
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VITAMINAS
LIPOSOLUBLES
Son las que se disuelven en aceite y/o disolventes orgánicos. Su exceso puede dar trastornos por acumulación en el hígado. Son la A, D, E y K.
VITAMINA
ACCIÓN
ENFERMEDAD
(Por déficit)
(Nombres)
Vitamina A
Retinol
Antixeroftálmica
- Presenta acción protectora sobre los
epitelios (piel, mucosas).
- Interviene en procesos de percepción
visual, en la retina.
Xeroftalmia: Desecación de la conjuntiva del
ojo y opacidad de la córnea.
Ceguera nocturna: Pérdida de agudeza
visual con poca luz..
FUENTES
(*)
- Zanahoria, tomate, etc.( En los
veget. de color anaranjado abunda
el caroteno = provitamina A.)
- También existe en hígado.
Vitamina D
Calciferol
Antirraquítica
- Regula la absorción intestinal de Ca y P. Raquitismo: Reblandecimiento y deformación - Tomando el sol se produce en la
- Favorece la correcta osificación, por la
de los huesos por calcificación defectuosa.
piel a partir de un derivado del
fijación de estos elementos a los huesos.
colesterol.
- Hígado, huevos, leche . . .
Vitamina E
Tocoferol
Antiestéril
- Antioxidante de ác. grasos insaturados
de las membranas celulares impidiendo
su deterioro.
- Imprescindible para la fertilidad en
animales.
Esterilidad en animales (no está demostrado - Cereales y aceites vegetales.
en humanos).
- Leche, huevos, mantequilla
- Interviene en la síntesis hepática de la
protrombina, proteína plasmática implicada en la coagulación de la sangre.
Hemorragias subcutáneas, al menor golpe.
Coagulación sanguínea lenta.
Vitamina K
Antihemorrágica
- Es producida por las bacterias
intestinales. No es frecuente su
déficit, salvo por tratamientos
prolongados con antibióticos que
dañan la flora intestinal.
(*) Son fuentes generales de vitaminas liposolubles los alimentos grasos como huevos, leche, mantequilla, grasas animales, etc.
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VITAMINAS
HIDROSOLUBLES
Son las que se disuelven en agua. Se eliminan en orina por lo que no suelen dar trastornos por exceso. Son la vitamina C y el complejo vitamínico B.
VITAMINA
ACCIÓN
ENFERMEDAD
(Por déficit)
(Nombres)
Vitamina C
Ác. ascórbico
Antiescorbútica
FUENTES
- Activa las defensas contra infecciones. - Escorbuto: Encías sangrantes, caída de
Cítricos, frutas y verduras frescas.
- Necesaria para la síntesis del colágeno. dientes, en casos graves ÷ muerte.
(Muy inestable, se elimina por el
- Antioxidante (posible preventivo de la
- Su déficit moderado favorece las infecciones. agua de cocción).
degeneración celular).
Vitamina B 1
Tiamina
Antineurítica
Antiberibérica
- Precursora del coenzima TPP que
interviene en importantes reacciones del
metabolismo de glúcidos y lípidos
(descarboxilaciones).
- Beriberi: Enfermedad que afecta al sistema
nervioso (degeneración de neuronas, pérdida
de reflejos), atrofia muscular . . .
Vitamina B 2
Riboflavina
- Precursora del FAD, coenzima de
reacciones de deshidrogenación en la
respiración celular.
- Dermatitis, enrojecimiento e irritabilidad en la - Está en casi todos los alimentos
piel, labios, lengua, ojos.
- Producida por bacterias y
- Fotofobia (molestias frente a la luz).
levaduras.
- Precursora del coenzima PLP que
interviene en el metabolismo de las
proteínas y aminoácidos.
- Favorece la eliminación del alcohol.
Alteraciones del sueño, irritabilidad, depresión. Vegetales de hoja verde.
Vitamina B 6
Piridoxina
Vitamina B 12
Cobalamina
Antianémica
- Interviene en la síntesis de proteínas y
Anemia perniciosa: Aparición de glóbulos
ác. nucleicos
rojos inmaduros y frágiles.
- Favorece la maduración de los gl. rojos.
- Producida por bacterias
intestinales, en animales.
- Hígado, huevos, produc. lácteos.
- Precursora de los coenzimas NAD y
NADP, esenciales en reacciones de
deshidrogenación de la respiración celular
y fotosíntesis, respectivamente.
- Producida por levaduras, se da
en alimentos obtenidos por
fermentación: cerveza . . .
- Carne, leche
Vitamina PP
Ác. nicotínico
Antipelagrosa
Pelagra, enfermedad de las 4-D:
- Dermatitis y rojez en partes expuestas al sol.
- Diarrea
- Demencia
- Defunción
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- Cereales, legumbres
- Producida por bacterias y
levaduras.