ENZIMAS
Las enzimas son biocatalizadores específicos que disminuyen la energía de activación y
aumentan la velocidad de las reacciones metabólicas, uniéndose a la molécula que se va a
transformar, el sustrato, para formar una nueva sustancia, el producto.
● No se alteran ni se consumen durante la reacción.
● Ayudan a que la misma cantidad de producto se obtenga en menos tiempo, sin
desplazar la constante de equilibrio para que se obtenga más producto.
Otros biocatalizadores de naturaleza ribonucleoproteica llamados ribozimas, capaces de
catalizar reacciones de corte y empalme de segmentos de ARN.
Estructura de los enzimas
Son proteínas globulares, pudiendo estar formadas únicamente por cadenas
polipeptídicas o contener, además, otro grupo no proteico.
● Holoproteínas, enzimas formadas solamente por polipéptidos.
● Holoenzimas, enzimas formadas por la asociación de una parte polipeptídica o
apoenzima y de una parte no polipeptídica o cofactor :
➔ La apoenzima, parte proteica que se encarga de proporcionar la estructura
espacial específica que permite la unión a los sustratos, moléculas sobre las que
actúan las enzimas en las reacciones químicas.
➔ El cofactor, parte no proteica que forma los componentes enzimáticos que llevan a
cabo la reacción. Los cofactores pueden ser:
- Cofactores inorgánicos, como los iones metálicos (Fe2+, Cu2+, Mn2+,
Zn2+,…), en pequeñas cantidades.
- Cofactores orgánicos, como:
★ Coenzimas, moléculas que actúan asociadas débilmente a enzimas,
como las vitaminas.
★ Grupos prostéticos, moléculas fuertemente unidas por enlaces
covalentes a la cadena polipeptídica, como el grupo hemo en los
citocromos.
,Centro activo de los enzimas
El centro activo es la región de la enzima que se une al sustrato, y tiene las siguientes
características:
● Parte muy pequeña de la enzima.
● Formados por aminoácidos que quedan próximos por los repliegues de la
cadena polipeptídica, aunque estuvieran lejanos en la cadena original.
● Estructura tridimensional en forma de hueco en el que encaja el sustrato.
● Algunos aminoácidos tienen radicales con afinidad química por el sustrato, por
lo que lo atraen y establecen enlaces débiles con él. Cuando se rompen estos
enlaces, los productos se separan del centro activo.
El centro activo de la enzima está formado por el centro de fijación y el centro catalítico,
que suelen estar juntos. Unos aminoácidos se encargan de unir la enzima al sustrato
mediante enlaces débiles (iónicos, puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals), y
otros se encargan de la catálisis enzimática, transformando el sustrato en producto.
Las enzimas están formadas por:
● Aminoácidos estructurales
● Aminoácidos de fijación.
● Aminoácidos catalizadores.
Mecanismo de acción y cinética enzimática
La transformación de reactivo a producto no es
directa, sino que hay un paso intermedio en el
que el reactivo se activa, y sus enlaces se
debilitan. Para llegar a este complejo activado
es necesaria la energía de activación.
La velocidad de reacción es la cantidad de
producto que se forma por unidad de tiempo en
una reacción química.
La energía de activación es la energía que se
debe suministrar a los reactivos para que la
reacción se produzca.
Las enzimas pueden actuar de dos formas:
● Fijándose al sustrato mediante enlaces fuertes (covalentes), para debilitar sus
enlaces y que no sea necesaria tanta energía para romperlos.
● Atrayendo a los sustratos hacia la enzima para que aumente la posibilidad de
encuentro y facilitar la reacción.
Las enzimas suelen formar complejos multienzimáticos, de forma que el producto de
una enzima constituye el sustrato de la siguiente, por lo que no se necesita una alta
concentración del sustrato. E + S → ES → E + P
Los zimógenos o proenzimas no son operativas hasta que son activados por otras
enzimas o iones.
,Resumiendo, la enzima cataliza una reacción al unirse con el sustrato que puede
resumirse en tres etapas:
1.- El sustrato se une a la apoenzima (parte proteica) formando el complejo
enzima-sustrato (ES). Hay un alto grado de especificidad, de modo que para cada tipo de
sustrato y de reacción se necesita una enzima concreta. Cada enzima puede catalizar un
solo tipo de reacción, actuando sobre un único sustrato o grupo muy reducido de sustratos.
(La especificidad enzimática se debe a la forma del centro activo de la apoenzima donde
se acopla el sustrato.
Antes se comparaba con el acoplamiento que existe entre una llave y su cerradura (teoría
de la llave-cerradura), en el que todos los salientes y entrantes tienen que coincidir
exactamente. Actualmente, parece más acertado el “ajuste o acoplamiento inducido”,
donde el centro activo puede adaptarse al sustrato, algo parecido a lo que ocurre con un
guante y una mano. La mano (el sustrato) hace que el guante (el centro activo) se adapte
al introducirse en él.)
La unión de la enzima al sustrato es reversible, debido precisamente a esa reversibilidad,
esta primera etapa es más lenta. E + S ↔ ES
Los radicales de los aminoácidos del centro activo se unen al sustrato debilitando sus
enlaces, lo que hace pueda alcanzar más fácilmente el estado de transición.
2.- Una vez formado el complejo enzima-sustrato, el cofactor lleva a cabo la reacción y se
obtiene el producto final (P). Esta etapa es muy rápida e irreversible. ES → E+P
Si no hay cofactores, la acción catalítica la realizan algunos aminoácidos del propio centro
activo.
3.- El producto se libera del centro activo y la apoenzima queda libre para volver a unirse a
nuevas moléculas de sustrato. La coenzima puede liberarse intacta o liberarse quedando
modificada.
Las reacciones enzimáticas se
caracterizan porque aunque se aumente
la concentración de sustrato la velocidad
no aumenta linealmente, aparece un
efecto de saturación. La saturación se
debe a que todos los centros activos
están ocupados. La velocidad depende
de la cantidad de enzima con sustrato
suficiente.
, Regulación de la actividad enzimática: temperatura, pH, inhibidores
● Influencia de la temperatura.
● Influencia del pH.
● Influencia de la concentración de sustrato.
● Efecto de los activadores.
● Efecto de los inhibidores.
Influencia de la temperatura
El incremento de la temperatura aumenta la velocidad de las reacciones químicas. Si la
temperatura es demasiado alta, la enzima pierde su estructura terciaria, se
desnaturaliza y deja de ser funcional. Existe una temperatura óptima para la cual la
actividad enzimática es máxima. Si disminuye la temperatura, también disminuye la
actividad, pero la enzima no se destruye, y el proceso es reversible.
Influencia del pH
Todas las enzimas presentan un pH óptimo en el que tienen máxima efectividad, aunque
pueden funcionar entre dos valores límites de pH. Si el pH está fuera de esos límites, la
enzima se desnaturaliza y deja de actuar.
Influencia de la concentración de sustrato
Si aumenta la concentración de sustrato, manteniendo constante la concentración de la
enzima, la velocidad de la reacción aumenta. Este aumento de la velocidad tiene un límite,
ya que si la concentración de sustrato es excesiva, todas las enzimas se encontrarán en
forma de complejo E-S, estarán saturadas, y la velocidad de la reacción no aumentará.Si
se disminuye la concentración de sustrato, la velocidad de la reacción química disminuirá.
Efecto de los activadores
Hay algunos iones que favorecen la unión entre la enzima y el sustrato.
Efecto de los inhibidores
Disminuyen la actividad y la eficacia de una enzima o bien impiden completamente la
actuación de la misma. La inhibición puede ser de dos tipos: irreversible y reversible.
● La inhibición irreversible o
envenenamiento de la enzima tiene lugar cuando
el inhibidor se fija permanentemente al centro
activo de la enzima alterando su estructura y, por
tanto, inutilizándola.
● La inhibición reversible tiene lugar cuando
se impide temporalmente el normal funcionamiento
de la enzima, sin inutilizar el centro activo. Existen
dos formas: competitiva y no competitiva.
➢ La inhibición reversible competitiva se produce cuando el inhibidor es similar al
sustrato, por lo que ambos pueden fijarse al centro activo de la enzima.
- Si se fija el sustrato a la enzima, se forman los productos.
- Si se fija el inhibidor, la enzima no puede actuar hasta que no se libera este.
Las enzimas son biocatalizadores específicos que disminuyen la energía de activación y
aumentan la velocidad de las reacciones metabólicas, uniéndose a la molécula que se va a
transformar, el sustrato, para formar una nueva sustancia, el producto.
● No se alteran ni se consumen durante la reacción.
● Ayudan a que la misma cantidad de producto se obtenga en menos tiempo, sin
desplazar la constante de equilibrio para que se obtenga más producto.
Otros biocatalizadores de naturaleza ribonucleoproteica llamados ribozimas, capaces de
catalizar reacciones de corte y empalme de segmentos de ARN.
Estructura de los enzimas
Son proteínas globulares, pudiendo estar formadas únicamente por cadenas
polipeptídicas o contener, además, otro grupo no proteico.
● Holoproteínas, enzimas formadas solamente por polipéptidos.
● Holoenzimas, enzimas formadas por la asociación de una parte polipeptídica o
apoenzima y de una parte no polipeptídica o cofactor :
➔ La apoenzima, parte proteica que se encarga de proporcionar la estructura
espacial específica que permite la unión a los sustratos, moléculas sobre las que
actúan las enzimas en las reacciones químicas.
➔ El cofactor, parte no proteica que forma los componentes enzimáticos que llevan a
cabo la reacción. Los cofactores pueden ser:
- Cofactores inorgánicos, como los iones metálicos (Fe2+, Cu2+, Mn2+,
Zn2+,…), en pequeñas cantidades.
- Cofactores orgánicos, como:
★ Coenzimas, moléculas que actúan asociadas débilmente a enzimas,
como las vitaminas.
★ Grupos prostéticos, moléculas fuertemente unidas por enlaces
covalentes a la cadena polipeptídica, como el grupo hemo en los
citocromos.
,Centro activo de los enzimas
El centro activo es la región de la enzima que se une al sustrato, y tiene las siguientes
características:
● Parte muy pequeña de la enzima.
● Formados por aminoácidos que quedan próximos por los repliegues de la
cadena polipeptídica, aunque estuvieran lejanos en la cadena original.
● Estructura tridimensional en forma de hueco en el que encaja el sustrato.
● Algunos aminoácidos tienen radicales con afinidad química por el sustrato, por
lo que lo atraen y establecen enlaces débiles con él. Cuando se rompen estos
enlaces, los productos se separan del centro activo.
El centro activo de la enzima está formado por el centro de fijación y el centro catalítico,
que suelen estar juntos. Unos aminoácidos se encargan de unir la enzima al sustrato
mediante enlaces débiles (iónicos, puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals), y
otros se encargan de la catálisis enzimática, transformando el sustrato en producto.
Las enzimas están formadas por:
● Aminoácidos estructurales
● Aminoácidos de fijación.
● Aminoácidos catalizadores.
Mecanismo de acción y cinética enzimática
La transformación de reactivo a producto no es
directa, sino que hay un paso intermedio en el
que el reactivo se activa, y sus enlaces se
debilitan. Para llegar a este complejo activado
es necesaria la energía de activación.
La velocidad de reacción es la cantidad de
producto que se forma por unidad de tiempo en
una reacción química.
La energía de activación es la energía que se
debe suministrar a los reactivos para que la
reacción se produzca.
Las enzimas pueden actuar de dos formas:
● Fijándose al sustrato mediante enlaces fuertes (covalentes), para debilitar sus
enlaces y que no sea necesaria tanta energía para romperlos.
● Atrayendo a los sustratos hacia la enzima para que aumente la posibilidad de
encuentro y facilitar la reacción.
Las enzimas suelen formar complejos multienzimáticos, de forma que el producto de
una enzima constituye el sustrato de la siguiente, por lo que no se necesita una alta
concentración del sustrato. E + S → ES → E + P
Los zimógenos o proenzimas no son operativas hasta que son activados por otras
enzimas o iones.
,Resumiendo, la enzima cataliza una reacción al unirse con el sustrato que puede
resumirse en tres etapas:
1.- El sustrato se une a la apoenzima (parte proteica) formando el complejo
enzima-sustrato (ES). Hay un alto grado de especificidad, de modo que para cada tipo de
sustrato y de reacción se necesita una enzima concreta. Cada enzima puede catalizar un
solo tipo de reacción, actuando sobre un único sustrato o grupo muy reducido de sustratos.
(La especificidad enzimática se debe a la forma del centro activo de la apoenzima donde
se acopla el sustrato.
Antes se comparaba con el acoplamiento que existe entre una llave y su cerradura (teoría
de la llave-cerradura), en el que todos los salientes y entrantes tienen que coincidir
exactamente. Actualmente, parece más acertado el “ajuste o acoplamiento inducido”,
donde el centro activo puede adaptarse al sustrato, algo parecido a lo que ocurre con un
guante y una mano. La mano (el sustrato) hace que el guante (el centro activo) se adapte
al introducirse en él.)
La unión de la enzima al sustrato es reversible, debido precisamente a esa reversibilidad,
esta primera etapa es más lenta. E + S ↔ ES
Los radicales de los aminoácidos del centro activo se unen al sustrato debilitando sus
enlaces, lo que hace pueda alcanzar más fácilmente el estado de transición.
2.- Una vez formado el complejo enzima-sustrato, el cofactor lleva a cabo la reacción y se
obtiene el producto final (P). Esta etapa es muy rápida e irreversible. ES → E+P
Si no hay cofactores, la acción catalítica la realizan algunos aminoácidos del propio centro
activo.
3.- El producto se libera del centro activo y la apoenzima queda libre para volver a unirse a
nuevas moléculas de sustrato. La coenzima puede liberarse intacta o liberarse quedando
modificada.
Las reacciones enzimáticas se
caracterizan porque aunque se aumente
la concentración de sustrato la velocidad
no aumenta linealmente, aparece un
efecto de saturación. La saturación se
debe a que todos los centros activos
están ocupados. La velocidad depende
de la cantidad de enzima con sustrato
suficiente.
, Regulación de la actividad enzimática: temperatura, pH, inhibidores
● Influencia de la temperatura.
● Influencia del pH.
● Influencia de la concentración de sustrato.
● Efecto de los activadores.
● Efecto de los inhibidores.
Influencia de la temperatura
El incremento de la temperatura aumenta la velocidad de las reacciones químicas. Si la
temperatura es demasiado alta, la enzima pierde su estructura terciaria, se
desnaturaliza y deja de ser funcional. Existe una temperatura óptima para la cual la
actividad enzimática es máxima. Si disminuye la temperatura, también disminuye la
actividad, pero la enzima no se destruye, y el proceso es reversible.
Influencia del pH
Todas las enzimas presentan un pH óptimo en el que tienen máxima efectividad, aunque
pueden funcionar entre dos valores límites de pH. Si el pH está fuera de esos límites, la
enzima se desnaturaliza y deja de actuar.
Influencia de la concentración de sustrato
Si aumenta la concentración de sustrato, manteniendo constante la concentración de la
enzima, la velocidad de la reacción aumenta. Este aumento de la velocidad tiene un límite,
ya que si la concentración de sustrato es excesiva, todas las enzimas se encontrarán en
forma de complejo E-S, estarán saturadas, y la velocidad de la reacción no aumentará.Si
se disminuye la concentración de sustrato, la velocidad de la reacción química disminuirá.
Efecto de los activadores
Hay algunos iones que favorecen la unión entre la enzima y el sustrato.
Efecto de los inhibidores
Disminuyen la actividad y la eficacia de una enzima o bien impiden completamente la
actuación de la misma. La inhibición puede ser de dos tipos: irreversible y reversible.
● La inhibición irreversible o
envenenamiento de la enzima tiene lugar cuando
el inhibidor se fija permanentemente al centro
activo de la enzima alterando su estructura y, por
tanto, inutilizándola.
● La inhibición reversible tiene lugar cuando
se impide temporalmente el normal funcionamiento
de la enzima, sin inutilizar el centro activo. Existen
dos formas: competitiva y no competitiva.
➢ La inhibición reversible competitiva se produce cuando el inhibidor es similar al
sustrato, por lo que ambos pueden fijarse al centro activo de la enzima.
- Si se fija el sustrato a la enzima, se forman los productos.
- Si se fija el inhibidor, la enzima no puede actuar hasta que no se libera este.
