ENZIMAS Las enzi biomoléc lécula ulas s espec especial ializa izada das s en la ca reacciones es enzima mass son biomo catá táli lisi siss de las reaccion químicas que tienen lugar en la célula. Tienen dos cualidades importantes: Son muy efica eficaces ces como como catali catalizad zadore ores s ya que que son capa capaces ces de aume aumenta ntarr la 1. Son velocidad de las reacciones químicas, reduciendo la energía de activacin. !. Son altamente específicos pues inducen la transformacin de un slo tipo de sustancia y no de otras que se puedan encontrar en el medio de reaccin. "or ser, en su gran mayoría, proteínas con alta especificidad, son muy sensibles a todos los los fact factor ores es que que afec afecta tan n a este este grup grupo o de molé molécu cula las, s, modi modifi fica cand ndo o su estr estruc uctu tura ra tridimensional nativa #desnaturalizacin$.
cent ntro ro activ activo o a través Las Las enzim enzimas as,, prese present ntan an un ce través del del cual cual inter interact act%a %an n con molé molécu cula las s de ligando#sustrat #sustrato$, o$, mediant mediante e un acoplam acoplamient iento o espacia espaciall #las superfic superficies ies moleculares de ambos tienen formas complementarias$ y químico #grupos funcionales complementarios enzima & sustrato establecen diferentes tipos de interacciones débiles entre sí$. Tanto la actividad catalítica como el elevado grado de especificidad química que presentan las enzimas, residen en esta interaccin específica entre enzima y su sustrato. 'l centro centro activo es una cavidad e(istente en la superficie de la enzima que est) forrada interiormente por una serie de restos de amino)cidos. "or regla general, los amino)cidos amino)cidos que forman parte del centro activo no se encuentran encuentran contiguos en la cadena polipeptídica, sino ocupando posiciones a veces muy ale*adas en la misma. 'l +ec+o de que estos amino)cidos coincidan pr(imos entre sí sobre el centro activo no es m)s que una consecuencia del plegamiento característico de la cadena polipeptídica, es decir, de la conformacin tridimensional nativa de la proteína enzim)tica.
Figura 01: Esquema de una enzima y su sitio activo
unque los enzimas son en general muy específicos comparados con cualquier catalizador artificial, su grado de especificidad resulta ser muy variado. '(isten enzimas con una especificidad muy estricta que slo reconocen a un sustrato determinado y no inducen la transformacin de otras moléculas aunque estén estructuralmente muy relacionadas con él- algunos enzimas incluso son capaces de distinguir entre formas estereoismeras de una misma sustancia #por e*emplo la lactatodes+idrogenasa slo es capaz de des+idrogenar al estereoismero L del )cido l)ctico$. 'n el otro e(tremo del espectro de especificidades se encuentran enzimas con una especificidad relativamente amplia: pueden inducir la transformacin de toda una serie de sustratos que presentan determinado rasgo estructural com%n #por e*emplo la fosfatasa alcalina induce la +idrlisis de diferentes ésteres del )cido fosfrico$. '(isten entre ambos e(tremos todos los grados de especificidad imaginables.
N!MEN"#A$%&A ' "#ASIFI"A"I(N /nicialmente se designaba a los enzimas a0adiendo el sufi*o )asa al nombre del sustrato, o bien a una palabra que describe su actividad. "or e*emplo: 1. La ureasa cataliza la +idrlisis de la urea para rendir 2! y agua. !. La arginasa cataliza la +idrlisis del amino)cido arginina 3. La *NA +olimerasa cataliza la síntesis del *NA. Sin embargo, a medida que el n%mero de enzimas conocidos iba aumentando, este tipo de nomenclatura comenz a revelarse poco operativa y en ocasiones ambigua, por lo que se +a adoptado una clasificacin sistem)tica elaborada por una omisin /nternacional de 'nzimas reunida a tal efecto. 'l nuevo sistema divide a los enzimas en seis clases principales, cada una de las cuales se divide a su vez en subclases y éstas en subsubclases atendiendo al tipo de reaccin catalizada. ada enzima es designada de tres modos: 1, un nombre recomendado, generalmente corto y apropiado para su uso +abitual, !$ un nombre sistem)tico que identifica la reaccin que cataliza, y 3$ un n%mero de clasificacin, que se emplea cuando se precisa una identificacin inequívoca del enzima. 4eamos como e*emplo el del enzima que cataliza la siguiente reaccin. T" 5 6'T/7 8 9" 5 2S26'T/7 7ombre recomendado: 6'T/7;/7S 7ombre sistem)tico: T":6'T/7 2S2T67S'6S 7%mero de clasificacin: ' !.<.3.!. 'n el n%mero de clasificacin E" es la abreviatura de Comisión de Enzimas- el primer dígito #!$ indica la clase a la que pertenece el enzima, en este caso la clase transferasasel segundo dígito #<$ indica la su-clase #fosfotransferasas$- el tercer dígito #3$ la su-) su-clase #fosfotransferasas con grupo nitrogenado como aceptor$- el cuarto dígito #!$ identifica inequívocamente al enzima en cuestin.
Las enzimas est)n clasificadas en seis grupos:
#A .E#!"I*A* *E "A$/#ISIS ENZIMA$I"A "IN$I"A ENZIM/$I"A,2 *E3EN*E *E *I.E&S!S FA"$!&ES2 "!M! #A "!N"EN$&A"I(N *E ENZIMA ! *E S%S$&A$! La cinética de las reacciones catalizadas por enzimas muestra un rasgo característico que no se observa en las reacciones no enzim)ticas: la saturacin del enzima por el sustrato. uando se mide la velocidad inicial de una reaccin catalizada enzim)ticamente se observa que para concentraciones de sustrato ba*as la velocidad de reaccin es proporcional a dic+a concentracin, como ocurre con car)cter general para las reacciones no enzim)ticas. medida que la concentracin de sustrato aumenta la velocidad de reaccin de*a de ser proporcional a ésta. on un aumento posterior la
velocidad de reaccin llega a ser totalmente independiente de la concentracin del sustrato y se apro(ima asintticamente #+ace una curva asíntota +orizontal en un sistema de coordinadas velocidad & concentracin de sustrato$ a un valor m)(imo que es característico de cada enzima y que se conoce como velocidad m)(ima. Se dice entonces que la enzima se +alla saturada por el sustrato. La concentracin de sustrato a la cual la reaccin alcanza la mitad de su velocidad m)(ima se conoce con el nombre de ;= #constante de =ic+aelis=enten$. ;= es un valor característico de cada enzima y constituye una medida de la afinidad del enzima por el sustrato: valores ba*os de ;= indican una alta afinidad mientras que valores altos representan una ba*a afinidad.
Figura 04: 5rá6ico de la curva de velocidad de una enzima2 donde se identi6ica el 7m y la .ma8
'l efecto de saturacin del enzima por el sustrato condu*o a formular la +iptesis de que el enzima y el sustrato se combinan de modo transitorio para formar un comple*o enzimasustrato en el que se alcanza el estado de transicin con mayor probabilidad que en la reaccin no catalizada.
Figura 09: Esquema de la i+;tesis de acci;n de la enzima so-re un sustrato
FA"$!&ES <%E AFE"$AN A #A A"$I.I*A* ENZIM/$I"A 9iferentes factores ambientales pueden afectar a la actividad enzim)tica. 9estacaremos dos: el p> y la temperatura.
EFE"$! *E# += La mayoría de los enzimas presentan un += ;+timo para el cual su actividad es m)(ima- por encima o por deba*o de ese p> la actividad disminuye bruscamente. 'ste efecto se debe a que, al ser los enzimas de naturaleza proteica, al igual que otras proteínas, se desnaturalizan y pierden su actividad si el p> varía m)s all) de unos límites estrec+os. 9e a+í la conocida importancia biolgica de los sistemas tampn.
Figura 0>: 5rá6ico de las curvas de actividad de tres enzimas en relaci;n con el += del medio 3e+sina += ;+timo ?2 Amilasa salival += ;+timo @2 Arginasa += ;+timo B
EFE"$! *E #A $EM3E&A$%&A l igual que ocurre con la mayoría de las reacciones químicas, la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas se incrementa con la temperatura. La variacin de la actividad enzim)tica con la temperatura es diferente de unos enzimas a otros en funcin de la barrera de energía de activacin de la reaccin catalizada. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en otras reacciones químicas, en las reacciones catalizadas por enzimas se produce un brusco descenso de la actividad cuando se alcanza una temperatura crítica. 'ste efecto no es m)s que un refle*o de la desnaturalizacin térmica del enzima cuando se alcanza dic+a temperatura. Si representamos gr)ficamente la variacin de la actividad de los enzimas en funcin de la temperatura da la impresin de que e(iste una temperatura ?ptima? an)loga al p> ptimo estudiado anteriormente- +ay que resaltar que esa aparente temperatura ptima no es m)s que el resultado de dos procesos contrapuestos: 1$ el incremento +abitual de la velocidad de reaccin con la temperatura y !$ la desnaturalizacin térmica del enzima.
Figura 0C: E6ecto de la $em+eratura en la actividad de una enzima
IN=IDI"I(N ENZIM/$I"A '(isten una serie de sustancias, llamadas ini-idores, que in+iben o anulan la accin de los enzimas sin ser transformados por ellos. Su estudio resulta de gran utilidad a la +ora de comprender los mecanismos de cat)lisis, la especificidad de los enzimas y otros aspectos de la actividad enzim)tica. La in+ibicin enzim)tica puede ser irreversible o reversible, esta %ltima comprende a su vez tres tipos: in+ibicin competitiva, acompetitiva y no competitiva. 1. IN=IDI"I(N I&&E.E&SID#E lgunos in+ibidores se combinan de modo +ermanente con el enzima uniéndose covalentemente a alg%n grupo funcional esencial para la cat)lisis con lo que el enzima queda inactivado irreversiblemente. 'ste tipo de in+ibicin se conoce también como ?envenenamiento? del enzima. "or e*emplo algunos compuestos organofosforados t(icos llamados venenos nerviosos, que se utilizan como insecticidas, act%an in+ibiendo irreversiblemente al enzima acetilcolinesterasa, la cual interviene en la actividad del sistema nervioso. Se sabe que estos compuestos organofosforados inactivan al enzima formando un enlace éster fosfrico con el grupo +idro(ilo de un determinado resto del amino)cido serina, lo que demuestra que ese grupo funcional es esencial para la cat)lisis. !. IN=IDI"I(N &E.E&SID#E Los in+ibidores reversibles se combinan transitoriamente con el enzima, de manera parecida a como lo +acen los propios sustratos. lgunos in+ibidores reversibles no se combinan con el enzima libre sino con el comple*o enzima sustrato. Se distinguen tres tipos de in+ibicin reversible:
?1 IN=IDI"I(N "!M3E$I$I.A 'l in+ibidor es una molécula que presenta un cierto parecido estructural con el sustrato, de manera que puede com+etir con él por acceder al centro activo, pero que no posee ning%n enlace susceptible de ser atacado por el enzima. 'l in+ibidor forma con el enzima libre un comple*o enzimain+ibidor de características
cinéticas an)logas a las del comple*o enzimasustrato, pero que, lgicamente, no puede descomponerse a continuacin para dar lugar al enzima libre y a los productos.
Figura 0@: Esquema de una reacci;n enzimática en +resencia de un ini-idor com+etitivo
?? IN=IDI"I(N IN"!M3E$I$I.A 'l in+ibidor no se combina con el enzima libre ni afecta a su unin al sustrato, sino que lo +ace con el comple*o enzimasustrato dando lugar a un comple*o inactivo enzimasustratoin+ibidor, que no se descompone posteriormente para dar lugar a los productos. 'l in+ibidor se coloca pr(imo al centro activo situado de tal manera que impide físicamente la salida de los productos.
Figura 0B: Esquema de una reacci;n enzimática en +resencia de un ini-idor incom+etitivo
?4 IN=IDI"I(N N! "!M3E$I$I.A '5/ 'S 5 /
'/ 'S/
Figura 0: Esquema de una reacci;n enzimática en +resencia de un ini-idor incom+etitivo
'l in+ibidor puede combinarse con el enzima libre o bien con el comple*o enzima sustrato, interfiriendo en la accin de ambos. Los in+ibidores no competitivos se unen a un lugar del enzima diferente del centro activo provocando en él una alteracin que dificulta bien la formacin del comple*o enzimasustrato o bien la descomposicin de éste para dar lugar a los productos. La unin con el in+ibidor produce dos formas inactivas: los comple*os '/ y 'S/, ninguna de las cuales puede descomponerse para dar lugar a los productos y al enzima libre. unque podría pensarse que los distintos tipos de in+ibicin estudiados pueden desempe0ar alg%n papel en la regulacin de la actividad enzim)tica, todo parece indicar que no es así- la regulacin de la actividad enzim)tica se lleva a cabo mediante mecanismos que no se a*ustan a ninguno de los modelos de in+ibicin estudiados y que se describir)n en el pr(imo apartado. 'l interés del estudio de la in+ibicin enzim)tica reside m)s en su utilidad para comprender la estructura, mecanismos catalíticos y especificidad de los enzimas, que en una importancia biolgica real. @ibliografía: 1. +ttp:AABBB.bionova.org.esAbiocastAdocumentosAtema1C.pdf '(celente documento en pdf con una detallada informacin general sobre las enzimas, propiedades, clasificacin, nomenclatura y su accin. 9e este documento se +a tomado parte de su contenido para la elaboracin de la presente separata. !. +ttp:AAdcC3<.Cs+ared.comAdocAeD/gn2*1AprevieB.+tml ")gina donde encontraras informacin sobre las enzimas en sus aspectos m)s generales. 3. ;'77'LLE, " y 4ictor 629F'LL. !GG<. >arper @ioquímica /lustrada. ap. H y I. 1
