Plan de Clase: Biocatalizadores en Morfofisiología Humana I

PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN MEDICINA INTEGRAL
COMUNITARIA
PLAN DE CLASE
ASIGNATURA: Morfofisiología Humana I
AÑO: Primero
SEMANA: 3
FOE: Actividad Orientadora 5
MÉTODO: Expositivo Ilustrativo
MEDIOS: Pizarra, Videoclase.
TIEMPO: 100’
TEMA: 1. Célula.
TÍTULO: Componentes moleculares. Biocatalizadores.
SUMARIO: Biocatalizadores. Introducción al estudio de los biocatalizadores. Teoría del
centro activo. Cinética enzimática. Regulación de la actividad enzimática. Cofactores
enzimáticos. Vitaminas.
OBJETIVOS: (La redacción de los mismos debe ser teniendo en cuenta todas sus
partes; habilidad, contenido, nivel de asimilación, nivel de profundidad y condiciones
de estudio).
Pretendemos que durante el transcurso de la clase y al concluir la misma, los
estudiantes sean capaces de:
1. Reconocer el mecanismo molecular de acción general de los biocatalizadores,
a partir de las características estructurales y funcionales del centro activo,
auxiliándose de la bibliografía básica y complementaria en función de la
formación del médico integral comunitario.
2. Describir el comportamiento de la velocidad de las reacciones catalizadas por
enzimas a nivel molecular, teniendo en cuenta los efectos de los agentes
modificadores y su importancia clínica, vinculándolo con los problemas de
salud de la comunidad, auxiliándose de la bibliografía básica y complementaria
en función de la formación del médico integral comunitario.
3. Describir las funciones de los cofactores enzimáticos y su relación con las
vitaminas, a partir de sus características estructurales, vinculándolas con los
problemas de salud de la comunidad, auxiliándose de la bibliografía básica y
complementaria en función de la formación del médico integral comunitario.
4. Identificar los mecanismos moleculares de regulación enzimática a partir de los
modelos de regulación alostérica y covalente, auxiliándose de la bibliografía
básica y complementaria en función de la formación del médico integral
comunitario.
INTRODUCCIÓN

Pase de lista

Se hará trabajo educativo hablando acerca de algún acontecimiento social,
científico, político, cultural de actualidad nacional e internacional.

Rememoración de los contenidos de la clase anterior.
En la actividad anterior orientamos el estudio de las características generales de los
ácidos nucleicos, sus tipos y las funciones de cada uno de ellos.
Utilizando la información contenida en los mismos, las células sintetizan las proteínas,
entre las que se encuentran las enzimas o biocatalizadores, responsables de acelerar
las reacciones químicas que se efectúan en el organismo.
.
Preguntas de control
DESARROLLO
Motivación. Las determinaciones enzimáticas son de gran utilidad en el diagnóstico y
seguimiento de muchas enfermedades, como la hepatitis viral, las pancreatitis y el
infarto del miocardio, entre otras (TGO, TGP, CPK, LDH)

Se presenta el tema y contenidos de la clase los cuales deben estar expuestos en
la pizarra con letra clara y sin abreviaturas.

Se enuncian los objetivos de la clase.
La videorientadora que van a ver tiene 51 diapositivas y una duración de…
Se inicia la proyección del video hasta la diapositiva 16, donde se realiza la primera
parada.
Introducción al estudio de los biocatalizadores.
Los organismos vivos para mantener su estado es decir su integridad deben mantener
un intercambio constante de sustancia, energía e información con el medio que los
rodea. Este intercambio constituye la base de la vida el cual al cesar cesa la vida.
Reacción química.
Cuando una o más sustancias químicas se ponen en contacto, colocadas en
condiciones adecuadas que conducen a una transformación que da como resultado la
aparición de una nueva sustancia
Debemos recordar que para que se produzca una reacción química deben cumplirse
ciertas condiciones, como son:
• Que los reactivos se pongan en contacto.
• Que por su naturaleza química sean capaces de reaccionar.
• Que choquen sus moléculas con la fuerza suficiente y en la dirección
adecuada.
En las reacciones químicas basado en el principio de conservación de la materia sólo
se produce un reordenamiento o reagrupamiento de los elementos que constituyen las
sustancias reaccionantes (sustrato), que de esa forma dan origen a una nueva
sustancia (producto).
Las reacciones químicas se efectúan a una determinada velocidad, que depende de
diversos factores.
Toda reacción química, se acompaña de un cambio en el contenido energético del
sistema reaccionante; este cambio determina tanto la dirección como la velocidad y el
alcance de las reacciones.
Energía: es la capacidad de un sistema de realizar un trabajo útil.
Los átomos y las moléculas que están formando los compuestos del organismo
poseen energía potencial por lo cual pueden intervenir en reacciones que liberan esa
energía, manifestándose en su habilidad para formar o romper enlaces químicos.
La variante de energía potencial que se presenta en los sistemas biológicos y
bioquímicos es la energía libre (ΔG) que depende de dos factores la entalpía
(Variación en el contenido calórico entre los reactantes y los productos) y la
entropía(S) (grado de desorden de un sistema)
La entalpía se relaciona con el nivel calórico si absorben o liberan calor las reacciones
y pueden ser endotérmicas (ΔH +) y exotérmicas (ΔH-)
Reacción exotérmica se libera calor y AH es negativo, los productos tienen menor
energía que los reactantes
Reacción endotérmica se absorbe calor y AH es positivo.
A+B→C
Como se muestra en la siguiente ecuación el curso de una reacción química, donde
las sustancias reaccionantes son A y B, que se transforman en el producto C. Cada
una de estas sustancias tiene un nivel energético Las sustancias reaccionantes
incrementan su energía en el transcurso de la reacción para formar el complejo
activado.
La energía que hay que suministrar a las sustancias reaccionantes para formar el
complejo activado se denomina energía de activación, actúa como una barrera
energética para el desarrollo de la reacción, de ahí que a mayor energía de activación,
menor será la velocidad de la reacción y viceversa.
La diferencia de energía entre las sustancias reaccionantes y los productos es el valor
de la energía de reacción
Si el nivel energético de los productos es inferior al de las sustancias reaccionantes, la
reacción es exergónica, donde parte de la energía se ha cedido al entorno. Este tipo
de reacción se produce de forma espontánea.
Cuando el nivel energético de los productos es superior al de las sustancias
reaccionantes, la reacción es endergónica, es decir, es necesario suministrar energía
para que se produzca la misma. Este tipo de reacción no es espontánea.
Existen varios procedimientos para provocar el aumento de la velocidad de la
reacción, uno de ellos es la adición de un catalizador.
Todas las funciones que realizan los organismos vivos tienen su fundamento en un
gran número de reacciones químicas que se agrupan de manera funcional y dan lugar
a los procesos encargados de mantener, desarrollar y perpetuar en cada organismo.
Por lo que cada una de las reacciones químicas que ocurren en el organismo son
catalizadas
Catalizadores
Son sustancias que tienen en común la propiedad de aumentar la velocidad de las
reacciones químicas, sin que su estructura o concentración se modifique como
resultado de la reacción.
Formas de actuación de los catalizadores
Los catalizadores aceleran la velocidad de las reacciones realizando los siguientes
efectos:
• Fijan y concentran sobre su superficie las sustancias reaccionantes y las
orientan en el espacio.
• Interactúan con las sustancias reaccionantes, creando tensiones en su interior,
que debilitan sus enlaces de modo que es más fácil romperlos.
Los catalizadores son de dos tipos:
• Catalizadores abióticos o no biológicos, que son aquellos que su actividad
generalmente no está relacionada con los seres vivos, entre los que
encontramos: platino, níquel, ácido sulfúrico e hidróxido de sodio entre otros y
• Los catalizadores bióticos o biocatalizadores, que son aquellos sintetizados por
los seres vivos. Estos son proteínas especializadas denominadas enzimas,
aunque debemos señalar que existen ácidos ribonucleicos con actividad
enzimática, que se denominan ribozimas.
Las enzimas son catalizadores generalmente de naturaleza proteica, específicos,
versátiles, de gran eficiencia catalítica y susceptible de ser regulados en su actividad.
Se define como eficiencia catalítica, la relación entre la velocidad de la reacción
catalizada y la no catalizada.
Orientaremos a continuación las características fundamentales de cada uno de los
tipos. Observen la comparación entre los catalizadores abióticos y los bióticos:
Catalizadores Abióticos

Los catalizadores abióticos, presentan menor complejidad estructural ya que
generalmente son metales, sales, ácidos o bases.
 Presenta menor especificidad, ya que solo tienen algún grado de especificidad
en cuanto al tipo de reacción que catalizan, por ejemplo: el ión permanganato
se utiliza en reacciones de oxidación.
 Presenta una menor eficiencia catalítica.
 Producen menores aumentos de las velocidades de las reacciones catalizadas.
Catalizadores Bióticos.
 Los catalizadores bióticos, presentan mayor complejidad estructural al ser de
naturaleza proteica con una estructura tridimensional compleja.
 Presenta mayor especificidad al ser específicos sobre el sustrato que actúa y el
tipo de reacción que catalizan incluso hasta la serie estérica.
 Elevada eficiencia catalítica.
 Las enzimas producen un aumento de la velocidad de la reacción
generalmente hasta un millón de veces.
Observe durante el desarrollo de la actividad la imagen que muestra el gráfico de las
variaciones de energía durante el curso de una reacción química, sin catalizar y luego
catalizada.
Observen ahora que la energía de activación de la reacción catalizada delta E dos
(ΔE2) es mucho menor que la energía de activación de la reacción no catalizada ΔE1.
La velocidad de la reacción se acelera considerablemente, ya que la barrera
energética es menor en este caso, es decir, los biocatalizadores al disminuir la
energía de activación aumentan la velocidad de la reacción.
En la imagen delta E tres (ΔE3) representa el valor de la energía de reacción, que es la
diferencia de energía entre las sustancias reaccionantes y los productos.
Como se aprecia claramente, la energía de reacción es la misma, es decir, la
presencia de un catalizador no la modifica.
A continuación orientaremos la forma en que las enzimas o biocatalizadores actúan
para acelerar la velocidad de las reacciones.
Mecanismo básico de acción de las enzimas
A + E ↔ C D→E +P
Etapas
El mecanismo básico de acción de las enzimas consta de dos etapas:
• Etapa I o de unión, en que se une se produce el contacto físico entre los
sustrato y una pequeña porción del volumen total de la enzima llamado centro
activo(CA) la sustancia reaccionante o sustrato a la enzima y forma el complejo
enzima sustrato
• Etapa II o de transformación, en que se modifica el complejo enzima sustrato
para producirse el rompimiento
o establecimiento de determinadas
interacciones en la estructura del complejo enzima sustrato originándose los
productos y la enzima libre para iniciar otro ciclo catalitico.
Tanto en la etapa I como en la II se produce el fenómeno de transconformación en la
primera etapa ocurre el reconocimiento molecular entre los grupos químicos de la
superficie del centro activo de la enzima y el sustrato se produce la
complementariedad eléctrica (química) y la espacial (estérica o de forma), esta etapa
es reversible en la reacción catalizada enzimáticamente.
Centro activo
Es una concavidad o hendidura en la superficie de las proteínas enzimáticas donde el
sustrato se une por fuerzas no covalentes de forma específica ampliamente reversible.
El centro activo es una estructura tridimensional no es un plano, no es un punto
porque está relacionado con la porción monótona de ls proteínas es decir de su
secuencia que determina la estructura tridimensional y la función poniéndose en
evidencia la relación estructura función
La existencia del complejo enzima sustrato y el hecho de que la mayoría de los
sustratos tienen un tamaño varias veces menor que la enzima, implican que la enzima
solo se pone en contacto con el sustrato en una pequeña parte de su estructura
denominada centro activo.
En la imagen que se proyecta en la video observe la imagen que representa una
enzima destacándose el centro activo.
Observen su forma tridimensional definida y su tamaño comparativamente pequeño
con relación a la molécula de la enzima.
En su estructura se distinguen varios componentes, cada uno participa en la catálisis
de forma diferente:
• Eje o esqueleto peptídico, formado por la parte monótona de la cadena
polipeptídica, es decir el eje covalente. Brindando la complementariedad
estérica
• Grupos de ambientación, que son las cadenas laterales de residuos de
aminoácidos de naturaleza apolar que se encuentran en el centro activo, los
que impiden la entrada de agua (debilita la catálisis) al centro activo y
refuerzan las interacciones débiles entre la enzima y el sustrato favoreciendo la
catálisis al crear un microambiente apolar.
• Grupos de fijación o ligantes, que son cadenas laterales de aminoácidos que
presentan grupos funcionales capaces de establecer interacciones débiles con
el sustrato como puentes de hidrógenos, salinas o electrostáticas y las fuerzas
de Van der Waals. Estos grupos permiten la complementariedad eléctrica
entre el sustrato y el centro activo
Estos tres componentes participan en la unión de la enzima con el sustrato,
determinada por dos factores principales;
 La complementariedad estérica o espacial entre la conformación del centro
activo y la estructura del sustrato(complementariedad estérica)
 La complementariedad química entre los grupos del centro activo y los del
sustrato.( complementariedad eléctrica)
También forman parte de la estructura del centro activo:
• Grupos catalíticos, que son cadenas laterales de residuos de aminoácidos muy
reactivos que participan de forma directa en la transformación del sustrato al
permitir el rompimiento o establecimiento de interacciones o enlaces. Entre los
que cumplen con mayor frecuencia esta función están el grupo imidazol de la
histidina y el hidroxilo de la serina el amino de la lisina y el carboxilo del
aspártico.
Desde el punto de vista estructural las enzimas difieren del resto de las proteínas no
enzimáticas por la presencia de un centro activo por lo que las propiedades
particulares depende de la presencia de esa estructura
Especificidad
La especificidad de las enzimas está relacionada con las características estructurales
del centro activo y es de dos tipos:
Especificidad de sustrato, es decir, que la enzima solo puede unirse a un sustrato o
a un número muy limitado de ellos que presenten una estructura tridimensional muy
similar. Esta puede ser absoluta si solo se puede unir a un sustrato o relativa si es a un
grupo de sustratos.
Especificidad de acción, se basa en que al unirse el sustrato al centro activo solo
uno de los enlaces del sustrato queda al alcance de los grupos catalíticos de la
enzima, por lo que la enzima solo podrá realizar una de las posibles transformaciones
que puede experimentar el sustrato
Se realiza un resumen parcial y preguntas de comprobación.
Continúa la proyección de la videorientadora desde la Diapositiva 19 hasta la 31.
Factores que modifican la estructura del centro activo
Entre los factores que modifican la estructura del centro activo y por lo tanto su función
se encuentran los:

Agente que modifican la conformación o la estructura tridimensional del CA la
temperatura o agentes desnaturalizantes

Modificadores de la distribución eléctrica del centro activo, aquellos que
cambian las cargas eléctricas de sus grupos ionizables, ejemplo de ello es el
pH del medio.

Análogos estructurales a los sustratos, que se unen al centro activo pero no
son susceptibles a ser transformados por la enzima, por ejemplo algunos
inhibidores.

Sustancias capaces de reaccionar específicamente con grupos claves del
centro activo y modificarlo.
Clasificación de las enzimas
Dos propiedades fundamentales de las enzimas y todas ellas derivan de las
características del centro activo son su gran eficiencia catalítica y la elevada
especificidad partiendo de esta última en sus 2 aspectos es la que sirve de
fundamento a la clasificación y nomenclatura de las enzimas.
Las enzimas pueden ser clasificadas atendiendo a diversos criterios de clasificación
por ejemplo:.
1. Atendiendo a su composición pueden ser:
Simples: Cuando están formadas sólo por la proteína enzimática y su hidrolisis solo
brinda aminoácidos
Compuestas o conjugadas: Cuando están unidas a otra sustancia que se denomina
cofactor. Y la hidrólisis aporta aminoácidos más un cofactor de origen no proteico
En este caso la parte proteica de la enzima se le denomina apoenzima , la porción no
proteica se denomina cofactor y a la enzima completa holoenzima. Es decir, la
holoenzima está formada por la unión de la apoenzima con el cofactor.
Holoenzima = Apoenzima + Cofactor
Clasificación atendiendo la especificidad de acción
Tomando como fundamento la especificidad de acción, con lo cual se establecen 6
grupos principales, teniendo en cuenta la reacción global que ellas catalizan
Atendiendo a la misma se distinguen las:
Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de óxido reducción o sea la transferencia de
electrones o sus equivalentes entre un donante y un aceptor.
Transferasas: Catalizan reacciones de transferencia un grupo químico que no sean
electrones o sus equivalentes entre un donante y un aceptor.
Hidrolasas: Catalizan la ruptura de un enlace covalente mediante la incorporación de
moléculas de agua, y otras como las
Liasas: Catalizan reacciones en las cuales se produce la adición o sustracción de
grupos químicos a dobles enlaces.
Isomerasas: Catalizan la interconversión de 2 isómeros.
Ligasas: Catalizan la unión covalente de 2 sustratos mediante la energía de hidrólisis
de nucleósidos trifosfatados, generalmente el ATP.
Estos contenidos deben estudiarlos siguiendo las orientaciones del CD de la
asignatura.
Factores que modifican la velocidad de la reacción catalizada
La función fundamental de las enzimas es aumentar la velocidad de las reacciones
químicas que ocurren en los seres vivos. El comportamiento de esa velocidad y su
modificación debido a la presencia de diferentes agentes físicos o químicos
La velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas se modifica bajo la acción de
diferentes factores que orientaremos a continuación.
La cinética enzimática estudia el comportamiento de la velocidad de las reacciones
catalizadas por las enzimas y su modificación debido a la presencia de agentes físicos
o químicos.
Los factores que modifican la velocidad de la reacción enzimáticamente catalizada
son:

Concentración de enzimas.

Concentración de sustrato.

Concentración de cofactores.

Temperatura.

Concentración de hidrogeniones o su expresión en forma de pH.

Presencia de activadores

Presencia de inhibidores.
Es necesario puntualizar que cuando se estudia en el laboratorio uno de estos factores
es que se varía mientras que el resto permanecen constante.
Debemos precisar algunos aspectos para abordar el estudio de dichos factores.
La velocidad de reacción es la cantidad de sustrato que se transforma en producto en
la unidad de tiempo. Una medida de cómo se efectúa una reacción química es
mediante su velocidad; por ello se entiende cómo aumenta la concentración del
producto (aparición de producto) por unidad de tiempo o la transformación del sustrato
en la unidad del tiempo.
En el estudio de la cinética enzimática se utiliza la velocidad inicial, que es la velocidad
de la reacción cuando aún no se ha consumido el 10 % del sustrato inicial.
El trabajar con velocidades iniciales evita que las determinaciones estén influidas por
otros factores como:
1. Si la reacción es reversible, la velocidad de la reacción inversa aumentará el la
misma medida que la concentración del producto y descenderá la velocidad de
transformación del sustrato.
2. Si no se proporciona sustrato en exceso su concentración descenderá con el
tiempo, lo que provocaría una disminución progresiva de la velocidad.
3. El producto de la reacción puede inhibir la actividad de la enzima
A continuación orientaremos algunas características de los factores que influyen en la
cinética enzimática.
Concentración de enzima
A medida que aumenta la concentración de enzima, aumenta de forma directa y
proporcional la velocidad inicial de la reacción, lo que se debe al aumento del número
de centros activos útiles unidos al sustrato.
Esta característica es muy importante, ya que se utiliza en los laboratorios clínicos
para determinar la concentración de algunas enzimas en sangre y otros líquidos o
tejidos corporales, midiendo la velocidad con la cual se transforma un sustrato.
Ejemplo de ello es la determinación de las transaminasas.
Concentracion de sustrato
A medida que aumenta la concentración de sustrato, la velocidad inicial de la reacción
aumenta, al principio marcadamente y luego el aumento de la velocidad se hace
menor, hasta que se alcanza una concentración de sustrato a partir de la cual no sigue
aumentando.En este punto la enzima alcanza su velocidad máxima y se debe a que
todos los centros activos útiles se encuentran ocupados por moléculas de sustrato. Ha
ocurrido el fenómeno de saturación enzimatica.
La concentración de sustrato es importante, ya que su estudio define dos parámetros
cinéticos de la actividad enzimática:
• La velocidad máxima(Vm)
• La constante de Michaelis(KM), que se representa por Km, que es la
concentración de sustrato en que la enzima alcanza la mitad de la velocidad
máxima.
Analizaremos a continuación el significado de ambos.
La velocidad máxima se alcanza cuando las moléculas de sustrato se han unido a
todos los centros activos de las moléculas de la enzima, que se satura por el sustrato.
La velocidad de la reacción en ese momento depende de la capacidad que tenga la
enzima de transformar el sustrato, es decir, refleja la capacidad catalítica total de la
enzima.
La velocidad máxima se relaciona con la etapa de transformación del mecanismo
básico de acción de las enzimas.
En cambio, la constante de Michaelis representa una medida de la afinidad de la
enzima por el sustrato, de forma que mientras mayor sea la afinidad, menor será el
valor de la Km. La Km se relaciona con la etapa de unión del mecanismo básico de
acción de las enzimas.
A mayor KM menor afinidad de la enzima por su sustrato.
A menor KM mayor afinidad de la enzima por su sustrato
Concentración de cofactores
La concentración de cofactores tiene un comportamiento similar a la de sustrato,
deben estudiarlo siguiendo las orientaciones del CD.
Temperatura.
A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de la reacción
enzimática, ya que aumenta la energía del sistema, pero como las enzimas son
proteínas, llega un valor de temperatura en que la enzima comienza a
desnaturalizarse, con lo que cae bruscamente la velocidad inicial.
PH
La concentración de iones hidrógeno o su expresión en forma de pH influye sobre la
velocidad de la reacción catalizada enzimáticamente, ya que modifica el estado de
disociación de los grupos químicos presentes en la enzima, con lo que puede
modificarse tanto la etapa de unión como la de transformación.
En valores extremos de pH puede incluso desnaturalizarse la enzima.
El valor de pH en que la enzima manifiesta su mayor actividad catalítica se denomina
pH óptimo y es característico para cada enzima.
Los activadores son pequeñas moléculas que estimulan la actividad enzimática
aumentando la velocidad de reacción favoreciendo la conformación más adecuada y
no participan en la reacción propiamente.
En cambio los inhibidores son sustancias que disminuyen la velocidad y se unen a
conformación evitando que pasen a la más favorecida y pueden ser, entre otros:
• Competitivos
• No competitivos.
• Acompetitivos
Orientaremos a continuación algunas características de los mismos.
En la inhibición competitiva el inhibidor es similar estructuralmente al sustrato, por lo
que puede unirse al centro activo e incluso en algunas ocasiones ser transformado por
el mismo.
El efecto sobre la reacción enzimática es un aumento de la constante de
Michaelis,aumenta la KM es decir la disminución de la afinidad de la enzima por el
sustrato mientras que la velocidad máxima se conserva igual.
La inhibición competitiva es muy utilizada en la práctica médica, por ejemplo, las
sulfamidas compiten con el ácido para-aminobenzoico en la síntesis de la pared
bacteriana, por lo que se utilizan como antibióticos.
Otro ejemplo es la utilización del etanol en el tratamiento de la intoxicación accidental
por metanol o alcohol de madera.
Deben profundizar este contenido siguiendo las orientaciones del CD de la asignatura.
 Se hace resumen parcial y preguntas de comprobación.
Continúa la proyección de la videorientadora desde la Diapo 32 hasta la 51.
En la inhibición no competitiva el inhibidor no tiene similitud estructural con el sustrato.
En este caso no se une al centro activo, sino a un sitio distinto, provocando un cambio
de conformación de la enzima que hace que ya el centro activo, al cambiar su forma
no transforme al sustrato. Modifica las propiedades catalíticas de la enzima,
posiblemente modificando la conformación del centro activo de forma que no impide la
unión del sustrato pero dificulta grandemente su transformación.
El efecto sobre la reacción enzimática es una disminución de la velocidad máxima y se
mantiene constante la Km.
Acompetitiva: el inhibidor se une al centro activo como una vez formado el complejo
enzima sustrato afectando tanto la KM como la VMax
Estudiaremos a continuación los cofactores, sustancias que forman parte de la
estructura de muchas enzimas.
Cofactores
Para que se verifique el proceso catalítico,muhcas veces además de la enzima, se
requiere de otra molécula de bajo peso molecular . Estas moléculas realizan diversas
funciones que contribuyen de manera decisiva en el desarrollo de la reacción, son los
llamados cofactores enzimáticos. Los cofactores enzimáticos son necesarios en
muchas reacciones, ya que las enzimas poseen en la cadena R de sus aminoácidos
un número limitado de grupos funcionales que no incluyen todos los necesarios para
intervenir en los mecanismos de las reacciones metabólicas;
Sustancias de carácter no proteico y bajo peso molecular; son moléculas o
iones imprescindibles para la acción catalítica de muchas enzimas.
Los cofactores constituyen la parte no proteica del sistema enzimático, son moléculas
o iones imprescindibles para la acción catalítica de muchas enzimas.
Formas de actuación
Los cofactores actúan de varias formas pues:
•
Contribuyen a la unión entre la enzima y el sustrato.
•
Estabilizan la enzima en su conformación más activa.
•
Constituyen frecuentemente el grupo catalítico principal.
•
Son transportadores intraenzimáticos o interenzimáticos en la reacción
catalizada.
Los cofactores se clasifica de acuerdo el grado de unión con la apoenzima en dos
grandes grupos Coenzimas(los que se unen de forma lábil a la apoenzima y pueden
ser separados por métodos dialíticos) y Grupos Prostéticos (que se unen de forma
covalente a la apoenzima y no pueden ser separados por diálisis)
Existen varios tipos.
Los cofactores se clasifican en:
• Inorgánicos, entre los que se encuentran cationes como el magnesio, zinc,
calcio, hierro, manganeso y potasio y
• Los orgánicos, que a su vez se dividen en:
 Grupos prostéticos si se encuentran firmemente unidos a la
proteína enzimática y..
 Coenzimas, cuando se unen a la enzima mediante interacciones
débiles, lo que permite su separación con relativa facilidad.
Deben profundizar en el estudio de los cofactores siguiendo las orientaciones del CD
de la asignatura, enfatizando en las funciones de los piridín nucleótidos, los flavín
nucleótidos, la coenzima A y el ATP.
Como las condiciones del medio varían, el organismo debe regular la velocidad de las
reacciones catalizadas enzimáticamente.
Regulación
La regulación como proceso consiste en variar el estado de un sistema en respuesta a
los cambios del medio, o lo que es igual; la capacidad que tienen los organismos de
aumentar o modificar la velocidad de reacciones catalizadas por las enzimas, ante un
estímulo.
Pasar de un estado de reposo a actividad y viceversa.
Cuando un sistema o proceso es capaz de variar su comportamiento como respuesta
a los cambios que se producen en su entorno, de forma que la respuesta directa o
indirectamente, tiende a modificar el estímulo volviendo a la situación inicial, se dice
que este sistema o proceso está regulado.
Componentes de un sistema de Regulacion.
Los sistemas de regulación están constituidos por los siguientes componentes:
La señal, que es una variación originada por interacción con el medio o por su propia
actividad.
Cuando la señal alcanza determinada intensidad se convierte en estímulo, que es
captado por proteínas receptoras específicas.
El receptor cambia su conformación tridimensional y activa una proteína llamada
transductora, que actúa sobre el efector para producir una respuesta que se opone a
la variación del medio.
En muchas ocasiones, entre el transductor y el efector se dispone un mecanismo
llamado amplificador, por medio del cual la respuesta es mucho mayor que el
estímulo original que lo causó.
Mecanismos de regulación enzimática.
En estos sistemas existe un patrón estructural o funcional que tiende a mantenerse
estable frente a los cambios que se operan en el entorno. El sistema de regulación
está encaminado a mantener ese patrón estructural o funcional, que cuando este
último se mantiene, gracias a mecanismos intrínsecos
Componentes de un sistema de regulación. La señal (S) existe generalmente coma la
concentración de una sustancia específica cuya variación la convierte en estímulo (E)
que es captado por el receptor(R). El transductor (T) convierte al estímulo en una
señal interna del sistema que bien puede trasmitirse al amplificador(A) que aumenta la
intensidad de la señal o pasar de manera directa al efector (E), que da lugar a la
aparición de la respuesta. Esta respuesta, tarde o temprano, modifica el estímulo
inicial cerrando el ciclo de regulación.
Las formas básicas de la regulación enzimática se manifiestan por variación en la
cantidad o la actividad de las enzimas.
Existen dos mecanismos básicos que producen modificaciones en la cantidad de
enzimas, conocidos como inducción y represión.
Los que modifican la actividad son la regulación alostérica y la modificación covalente.
Mecanismos que modifican la cantidad de enzimas:

Inducción.

Represión.
Mecanismos que modifican la actividad enzimática:

Modificación alostérica.

Modificación covalente.
Orientaremos a continuación la Modificación alostérica.
Modificación alostérica
La modificación alostérica es el mecanismo por el cual una sustancia denominada
efector alostérico se une a la enzima en un sitio llamado sitio alostérico, mediante
interacciones débiles y provoca cambios conformacionales, que modifican la velocidad
de la reacción.

El evento esencial o primario es el cambio conformacional provocado por
ligandos (sustrato, efectores alostéricos + y -) que conducen a un cambio de
actividad.

Los efectores alostéricos positivos y negativos son de origen intracelular propia
de la actividad de la célula

La proteína existe en varias conformaciones interconvertibles

Sus intermediarios no son enzimas son metabolitos que son transformado de
forma gradual.

Necesita de estructura cuaternaria (son proteínas oligoméricas).

No hay modificación de su estructura primaria.

El proceso de regulación alostérica no es exclusivo de las enzimas.

Los ligandos se unen a sitios específicos por fuerzas no covalente ampliamente
reversibles.

No se acompaña del fenómeno de amplificación

Es un fenómeno de instauración rápida segundos y minutos y de corta duración
en el tiempo.

Los cambios que se producen en una subunidad se trasmiten en mayor o
menor cuantía a todas las subunidades afectando la conformacion
Cuando el efector alostérico se une a la conformación activa produce un cambio
conformacional, que conduce a un cambio en la actividad, con el consiguiente
aumento de la velocidad se le llama efector alostérico positivo o activador alostérico,
mientras el alostérico negativo o inhibidor alostérico se une a la conformación no
activa produce un cambio conformacional, que conduce a un cambio en la
conformación evitando que el sustrato entre al CA provocando la disminución de la
velocidad de reacción y modificación en la actividad, con la consiguiente disminucion
de la velocidad.
Tengan presente que la unión de los efectores a la enzima es por interacciones
débiles y por lo tanto es reversible. Estas sustancias son productos del propio
metabolismo.
En la modificación alostérica, la enzima posee dos estados conformacionales:
Según el modelo simétrico concertado existen 2 posibles conformaciones
interconvertible sin posibilidad de la existencia de estados conformacionales
intermedios con diferentes afinidades por los ligandos
Estado tenso, representado por la letra T, en que no se une al sustrato y no tiene
actividad catalítica
El estado relajado, representado por la letra R, en que se une al sustrato y si tiene
actividad catalítica.
En el caso del modelo asimétrico plantea que existen conformaciones favorecidas,
desfavorecidas e intermedias que garantizan que los cambios en la actividad sean
graduales.
Características de las enzimas alostéricas.
Son proteínas oligoméricas de elevado peso molecular.
Existen en varios estados conformacionales interconvertibles y con afinidad diferente
para cada uno de sus ligandos.
Los cambios conformacionales en una subunidad se comunican en mayor o menor
grado al resto de las subunidades.
Características de las enzimas alostéricas:
1. Son proteínas oligoméricas de elevado peso molecular y estructuración
compleja.
2. Existen en varios estados conformacionales interconvertibles y con afinidad
diferente para cada uno de sus ligandos (sustratos, activadores e inhibidores)
3. Los ligandos se unen a la enzima en sitios específicos por fuerzas no
covalentes y de forma reversible, afectando el estado conformacional de las
enzimas.
4. Los cambios conformacionales en una subunidad se comunican en mayor o
menor grado al resto de las subunidades.
5. La curva de velocidad en función de la concentración de sustrato siempre
presenta una forma diferente a la clásica curva hiperbólica de MichaelisMenten
Modificación covalente
Estas enzimas o proteínas existen en las células en 2 formas que difieren en su
composición química motivada por la adición o sustracción de un pequeño grupo unido
de manera covalente a la proteína enzimática: cada forma de la enzima tiene una
actividad cuantitativa diferente y al pasar de un estado a otro cambia la fracción de
centros activos útiles.
La modificación covalente es el mecanismo mediante el cual la unión de un grupo
químico a la enzima por enlace covalente, le provoca un cambio conformacional que
produce una variación de la velocidad de reacción.
La modificación covalente presenta las siguientes características:
•
Modificación de la composición de la enzima, por la inserción covalente de un
grupo químico, el evento esencial, que conduce secundariamente a un cambio
conformacional y de su actividad.
•
Existen dos estados de composición diferente, por adición o eliminación de un
grupo químico que se une covalentemente a la enzima.
•
Instauración menos rapidez (minutos a horas) que la modificación alostérica
pero de mayor duración en el tiempo.
•
Sus intermediarios son enzimas que pueden catalizar la inserción y eliminación
de grupos químicos.
•
No precisa de estructura cuaternaria no son enzimas oligoméricas (terciaria)
•
Puede acompañarse del fenómeno de amplificación.
•
No es un fenómeno exclusivo de las enzimas.
Otros mecanismos de regulación
Las isoenzimas son proteínas que catalizan la misma reacción, con los
mismos requerimientos pero con propiedades cinéticas y fisicoquímicas diferentes.
Son formas diferentes de una misma enzima que se diferencian en sus propiedades
cinéticas y fisicoquímicas y hacen que las reacciones que ellas catalizan presenten
características diferentes en los tejidos donde se encuentran

Se hace resumen parcial y preguntas de comprobación.

Se orienta el estudio independiente y las tareas docentes para el logro
de los objetivos propuestos, estimular el aprendizaje y ofrecer
potencialidades educativas para la búsqueda y adquisición de
conocimientos y el desarrollo de habilidades de los estudiantes durante la
consolidación, práctica docente y la evaluación, para lo cual deberán ante
todo revisar el CD y la guía didáctica con las orientaciones del tema para
cada una de las actividades que tendrán en la semana.
CONCLUSIONES

Se hace un resumen generalizador de los principales aspectos tratados en la
conferencia.
o
En la actividad orientadora de hoy arribamos a las siguientes conclusiones.
o
Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones disminuyendo la energía
de activación y su mecanismo básico de acción consta de dos etapas, la de
unión y la de transformación.

La estructura tridimensional del centro activo y sus cargas eléctricas
determinan la especificidad de sustrato y de acción de las enzimas.

Existen factores que influyen en la velocidad de la reacción enzimática,
modificando la estructura de la enzima y en particular de su centro activo,
aspecto de gran importancia en la práctica médica

Las formas básicas de regulación enzimática se manifiestan por variación en la
cantidad, ya sea por inducción o represión y por variación en su actividad,
como la regulación alostérica y covalente.

Se orienta la bibliografía

Se motiva la próxima actividad que tratará el esqueleto de los miembros.
En la actividad de hoy orientamos los biocatalizadores o enzimas, muchas de las
cuales se encuentran formando parte de las membranas biológicas, cuya estructura y
funciones serán objeto de estudio de la próxima actividad.