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La enzimología




Enviado por marcolud



Partes: 1, 2


    1.
    Introducción

    2. Evolucion de la
    enzimologia

    3. Las enzimas
    4. Importancia biomedica de las
    enzimas

    5. Caracteristicas de las
    enzimas

    6. La estructura
    enzimática

    7. Naturaleza química de las
    enzimas

    8. Composición química de
    las enzimas

    9. Nomenclatura y clasificacion de las
    enzimas

    10.Partes del sistema
    enzimatico

    11. Coenzima y grupos
    prostéticos

    12.
    Activadores

    13. Las enzimas son
    catalizadores estereoespecíficos

    14. Especificidad
    enzimática

    15. Preparación y
    purificación de las enzimas

    16.
    Isoenzimas

    17. Cinetica de las
    reacciones enzimaticas

    18. Relaciones entre la
    enzima y el sustrato.

    19.
    Accion de inhibidores.

    20. Inhibicion por
    competencia

    21. Inhibicion por no
    competencia

    22. Antagonismo metaboloco
    (antimetabolitos)

    23. Inhibicion
    alosterica

    24. Enzimas: regulacion de
    actividades

    25.
    Bibliografia

    1. Introducción

    Al igual que las disciplinas experimentales que han
    surgido como rama común que es la biología, tiene una
    historia propia
    construida a través de observaciones, experiencias,
    pruebas y
    teorías. Se inició con el estudio de
    los procesos de
    fermentación y de putrefacción y
    Antoine-Laurent Lavoiser (1743- 1794) fue el primero en plantear
    sobre bases cuantitativas el proceso de la
    fermentación alcohólica al observar
    una relación entre cantidad de azúcar presente y
    productos
    formados durante el proceso.
    Sostuvo que la fermentación podía ser considerada
    como una reacción química cualquiera.
    No obstante Pasteur demostró pronto que los procesos de
    putrefacción y fermentación eran provocados por la
    presencia de bacterias y
    levadura.

    2. Evolucion de la
    enzimologia

    Si bien algunos químicos consideraron esos
    procesos como metamorfosis de sustancias que provocaban
    excitaciones en otras que estaban cerca de ellas, esta
    cuestión fue, como ya se ha dicho, definitivamente
    resuelta por Buchner hacia finales del siglo XIX; exprimiendo
    masas celulares de Saccharomyces cerevisie obtuvo un liquido sin
    células, capaz de producir la mismas
    reacciones químicas que se obtenían utilizando la
    suspensión de células,
    es decir, la transformación del azúcar en alcohol y
    anhídrido carbónico. Por tanto, de la levadura se
    podía extraer una sustancia capaz de regular un proceso
    químico concreto.

    Esto obligo a replantear las investigaciones
    contrarias a la teoría
    de que el proceso digestivo fuese debido a la trituración
    de la s sustancias digeridas hasta el punto de reducirlas a
    partículas lo suficientemente finas para poder ser
    asimiladas. En efecto, en el siglo XVIII R.A de Reaumur (1683-
    1757) haciendo ingerir a un halcón una cápsula de
    hierro
    agujereada, que contenía alimento, observó que este
    quedó completamente disuelto por los jugos
    gástricos y que, por tanto, no era, molturado de modo
    mecánico por la robusta musculatura del robusto animal,
    pues la cápsula quedo intacta.

    Mas adelante se constato que el almidón era
    degradado a monosacárido y disacárido por la
    acción del jugo salival (ptialina) y se describió
    la presencia de la pepsina en el jugo gástrico.
    Posteriormente, fueron aisladas sustancias de carácter
    fermentativo a partir de numerosas especies vegetales. Se observo
    que el extracto de algunas raíces tenían capacidad
    para modificar el color azul de
    determinadas sustancias y que el extracto de trigo era capaz de
    transformar el almidón en disacáridos y
    dextrina.

    La vía para el estudio de esas sustancias estaba
    ya abierta. Jons Jacob Berzelius (1779 – 1848) interpreto
    su acción como si se tratase de unos catalizadores que
    favorecían determinada reacción química sin ser
    destruidos y sin aparecer en los productos
    finales. Richard Kuhne (1900-1967) fue el primero en dar a tales
    sustancias el nombre enzimas, tomado
    del griego, que significa literalmente "en la
    levadura".

    3. Las
    enzimas

    La Enzima Como Unidad Fundamental De Vida

    Cada célula y
    cada tejido tienen su actividad propia, lo que comporta continuos
    cambios en su estado
    bioquímico, en la base de la cual están las
    enzimas, que
    tienen el poder de
    catalizar, facilitar, y agilizar determinados procesos
    sintéticos y analíticos. Los propios genes son
    reguladores de la producción de las enzimas; por tanto, genes
    y enzimas pueden considerados como las unidades fundamentales de
    la vida.

    Este concepto poco
    difundido casi hasta el siglo XX, se ha desarrollado y concretado
    cada vez mas, y constituye un componente esencial de diversas
    disciplinas: la microbiología, la fisiología, la bioquímica, la inmunología y la
    taxonomía, formando además parte del campo
    aplicado, en gran variedad de industrias. El
    rasgo particular de las enzimas es que pueden catalizar procesos
    químicos a baja temperatura,
    compatible con la propia vida, sin el empleo de
    sustancias lesivas para los tejidos. La vida
    es, en síntesis, una cadena de procesos
    enzimáticos, desde aquellos que tienen por sustratos los
    materiales mas
    simples, como el agua
    (H2O) y el anhídrido carbónico
    (CO2), presentes en los vegetales para la
    formación de hidratos de carbono, hasta
    los mas complicados que utilizan sustratos muy
    complejos.

    La formación de los prótidos, los
    glúcidos y los lípidos es
    un ejemplo típico: Son a la vez degradados y reconstruidos
    por otras reacciones enzimáticas, produciendo
    energía a una velocidad
    adecuada para el organismo, sin el gasto energético que
    exigen los métodos
    químicos de laboratorio.

    4. Importancia biomedica
    de las enzimas

    Sin enzimas, no sería posible la vida que
    conocemos. Igual que la biocatálisis que regula la
    velocidad a la
    cual tienen lugar los procesos fisiológicos, las enzimas
    llevan a cabo funciones
    definitivos relacionadas con salud y la enfermedad. En
    tanto que, en la salud todos los procesos
    fisiológicos ocurren de una manera ordenada y se conserva
    la homeostasis,
    durante los estados patológicos, esta última puede
    ser perturbada de manera profunda. Por ejemplo, el daño
    tisular grave que caracteriza a la cirrosis hepática
    pueden deteriorar de manera notable la propiedad de
    las células para producir enzimas que catalizan procesos
    metabólicos claves como la síntesis de urea. La
    incapacidad celular para convertir el amoniaco tóxico a
    urea no tóxica es seguida por intoxicación con
    amoniaco y por ultimo coma hepático. Un conjunto de
    enfermedades
    genéticas raras, pero con frecuencia debilitantes y a
    menudo mortales, proporciona otros ejemplos dramáticos de
    las drásticas consecuencias fisiológicas que pueden
    seguir al deterioro de la actividad enzimática, inclusive
    de una sola enzima.

    Después del daño tisular grave (por
    ejemplo, infarto del miocardio o pulmonar, trituración de
    un miembro) o siguiendo a multiplicación celular
    descontrolada (por ejemplo, carcionoma prostatico), las enzimas
    propias de tejidos
    específicos pasan a la sangre. Por lo
    tanto, la determinacion de estas enzimas intracelulares en el
    suero sanguineo proporciona a los medicos informacion valiosa
    para el diagnostico y el pronostico.

    5. Caracteristicas de las
    enzimas

    Desde el punto de vista químico, las enzimas
    están formadas de carbono (C),
    Hidrógeno (H), oxigeno (O),
    Nitrógeno (Ni), y Azufre (S) combinados, pero siempre con
    peso molecular bastante elevado y común propiedades
    catálicas especificas. Su importancia es tal que puede
    considerarse la vida como un "orden sistemático de enzimas
    funcionales". Cuando este orden y su sistema funcional
    son alterados de algún modo, cada organismo sufre mas o
    menos gravemente y el trastorno puede ser motivado tanto por la
    falta de acción como por un exceso de actividad de
    enzima.

    Las enzimas son catalizadores de naturaleza
    proteínica que regulan la velocidad a la cual se realizan
    los procesos fisiologicos, producidos por los organismos vivos.
    En consecuencia, las deficiencias en la funcion
    enzimatica causan patologias.

    Las enzimas, en los sistemas
    biológicos constituyen las bases de las complejas y
    variadas reacciones que caracterizan los fenómenos
    vitales. La fijación de la energía
    solar y la síntesis de sustancias alimenticias
    llevadas a cabo por los vegetales dependen de las enzimas
    presentes en las plantas. Los
    animales, a su
    vez, están dotados de las enzimas que les permiten
    aprovechar los alimentos con
    fines energéticos o estructurales; las funciones del
    metabolismo
    interno y de la vida de relación, como la
    locomoción, la excitabilidad, la irritabilidad, la
    división celular, la reproducción, etc.
    Están regidas por la actividad de innumerables enzimas
    responsables de que las reacciones se lleven a cabo en
    condiciones favorables para el individuo, sin liberaciones
    bruscas de energía a temperaturas fijas en un medio de
    pH,
    concentración salina, etc.; prácticamente
    constante.

    A diferencia de un catalizador inorgánico que
    interviene en numerosas reacciones las enzimas producidas por los
    organismos vivos habitualmente solo catalizan un tipo de
    reacción o solo una reacción determinada; la
    especificidad de las enzimas es tan marcadas que en general
    actúan exclusivamente sobre sustancias que tienen una
    configuración precisa; por ejemplo, si solo atacan a los
    aminoácidos que tienen su carbono a , asimétrico, con
    estructura L-,
    no muestran la menor actividad sobre formas idénticas de
    dichos aminoácidos, pero que sean del tipo D-.

    En los sistemas
    biológicos se llevan a cabo diversas reacciones a partir
    de la misma sustancia; por ejemplo algunos microorganismos
    convierten la glucosa en alcohol y
    bióxido de carbono, al paso que otros gérmenes la
    convierten en ácido láctico o ácido
    pirúvico o acetaldehido. Esto quiere decir que la glucosa
    puede descomponerse en distintos productos y aunque todas las
    posibilidades son teóricas y prácticamente posibles
    la presencia de ciertas enzimas favorece uno de los caminos que
    llevan a la acumulación de determinados
    compuestos.

    Las enzimas, por lo tanto, se consideran como
    catalizadores altamente específicos que:

    • Modifican la velocidad de los cambios promovidos por
      ellas.
    • Determinan que sustancias particulares, de
      preferencia a otras distintas son las que van a sufrir los
      cambios.
    • Impulsan dentro de los distintos cambios posibles que
      pueda seguir una sustancia, cual de ellos en especial,
      será el utilizado.

    Las enzimas representan las sustancias encargadas de
    graduar la velocidad de una reacción determinada en el
    interior de las células; como en las diversas
    células se realizan infinidad de reacciones, ya que en una
    de ellas se encuentran varios miles de sustancias, se deduce,
    también, la presencia de varios miles de enzimas. Es
    posible, por lo tanto, que la mayor parte de esta estructura
    proteínica celular esté formada por enzimas,
    encargadas de las diversas funciones de síntesis,
    degradación, oxidación, etc. características de la actividad vital de
    los distintos organismos.

    6. La estructura
    enzimática

    Por su estructura y composición química
    puede afirmarse que el origen de las enzimas esta vinculando al
    origen de las sustancias proteicas. Al hablar del origen de la vida
    se ha citado el éxito de los experimentos
    realizados en el laboratorio
    para la producción de aminoácidos; estos
    aminoácidos son los que precisamente constituyen la base
    del edificio proteico. También en el laboratorio se ha
    intentado la síntesis de proteínas
    a partir de aminoácidos.

    La sede de las enzimas es el citoplasma. Los
    cloroplastos vegetales contienen una amplia gama enzimas
    encargadas de la función clorofílica, proceso que a
    través de reacciones químicas complejas y
    encadenadas transforman compuestos inorgánicos, como el
    agua, y el
    anhídrido carbónico, en sustancias complejas
    adecuadas para ser entre otras cosas el alimento fundamental de
    los animales.

    En las mitocondrias existe un sistema de
    transporte de
    electrones que determinan importantes fenómenos de
    oxidorreducción, durante los cuales se forman notables
    cantidades de ATP, que es un compuesto altamente
    energético del que depende la mayor parte de metabolismo, y
    coma, por tanto el trabajo de
    las células; en las mitocondrias se produce el metabolismo
    enzimático de los ácidos grasos, los cuales son en
    parte elaborados también en el citoplasma.

    En los ribosomas tiene lugar concretamente todas la s
    síntesis de las sustancias proteicas, mientras que en los
    lisosomas se producen enzimas hidrolíticos cuya misión
    escindir, con la intervención del agua,
    moléculas grandes en otras menores, que pueden a su vez
    ser utilizadas por las células; en cambio, las
    enzimas glucolíticos están difundidos en el
    citoplasma.

    La localización de las sedes de las distintas
    operaciones
    enzimáticas antes mencionadas ha sido posible a
    través del sistema de ruptura de las células y de
    la separación de los distintos componentes mediante
    centrifugación diferencial del homogeneizado de estas la
    ruptura celular y la subdivisión de los componentes
    subcelulares se realizan actualmente utilizando los tejidos, por
    ejemplo con saltos bruscos desde temperaturas inferiores a
    0° C hasta
    temperaturas mas elevadas con cambios de presión
    osmótica o mediante ultrasonidos.

    7. Naturaleza
    química de las enzimas

    Existen numerosas razones para afirmar que las enzimas
    son proteinas. La

    más importantes son las siguientes:

    1. El análisis de las enzimas obtenidas en
      forma más pura, criatalizada, demuestra que son proteínas.
    2. Las enzimas son inactivadas a altas temperaturas y,
      en geeral, la cinética de la desnaturalización
      térmica de las enzimas da resultados muy parecidos a los
      de la desnaturalización térmica de las
      proteínas; por ejemplo el Q10 de la
      mayoría de las reacciones químicas es de 2 a 3,
      y, en el casod e las enzimas, a temperaturas elevadas,
      alrededor de 60 a 70 ° C, la actividad neta aumeta varios
      cientos, como sucede con la velocidad de la
      desnaturalización térmica de las
      proteínas.
    3. Las enzimas son activadas en unas zona muy
      restringida de pH, y
      presenta un punto óptimo de ph donde su actividad es
      mayor. Las proteínas en su punto isoeléctrico,
      muestran propiedades parecidas desde el punto de vista de
      viscosidad,
      solubilidad, difución, etc., que resulta del todo
      similares a las propiedades de este tipo que muestran las
      enzimas.
    4. Todos los agentes que desnaturalizan a las
      proteínas también destruyen o inactivan a las
      enzimas, ya sea el calor, los
      ácidos fuertes, o los metales pesados
      que puedesn combinarse con ellas.
    5. Los problemas de
      solubilidad y de precipitación son comunes a las
      proteínas y las enzimas; en general, son solubles en
      agua o soluciones
      salinas, insolubles en alcohol, precipitan con determinadas
      concentraciones de sales neutras, etc.

    8. Composición
    química de las enzimas

    Los conocimientos sobre la composición
    química de las enzimas constituyeron materia de
    numerosas controversias hasta 1926, cuando J.B Sumner (1887-1955)
    consiguió cristalizar la ureasa, enzima que transforma la
    urea en anhídrido carbonico y amoniaco, y demostrar que
    era una sustancia proteica.

    A, partir de entonces fueron aisladas otras enzimas en
    forma pura, cristalina, y el análisis demostraba siempre la presencia de
    una proteina, simple o conjugada. Cuando los analisi
    químicos demuestran que la enzima es una proteína
    conjugada, pueden distinguirse en el dos partes bien
    diferenciadas:

    • El grupo
      prosteico (Coenzima)
    • La proteina (Apoenzima)

    En algunas enzimas oxidantes fue observada la presencia
    de la promoporteinas, en las cuales el grupo
    prospético esta representado por un compuesto que contiene
    Fe y otro elemento, el cual desmpeña un papel
    importante en la combinación de la proteina con el
    sustrato; otras veces este grupo prostético es derivada de
    vitaminas
    (como la vitamina B); 4en muchos casos resulta facil de separar
    de la molécula proteica. No obstante una vez separadas,
    las dos unidades no muestran actividad enzimático; por
    tanto el grupo proteico (coenzima) y el grupo proteico
    (apoenzima) han de estar íntimamente ligados entre si para
    ser operativos. Por consiguiente, de las enzimas pueden
    distinguirse los formados por:

    • Solo proteínas, que difieren entre si por la
      secuencia con que los aminoácidos están
      combinados, como la ureasa y las enzimas digestivas (la pepsina
      y la tripsina)
    • Los conjugados, separados en dos entidades
      químicas bien definidas: la coenzima y la
      apoenzima.

    Después del descubrimiento de Sumner, el numero
    de la enzimas y el estudio de sus actividades químicas
    proporcionaron un notable impulso en la enzimología, y la
    gran cantidad de las enzimas que rápidamente se acumulaban
    determinaron la necesidad de utilizar una clasificación o
    nomenclatura
    para evitar errores y facilitar la comprensión de futuros
    investigadores.

    9. Nomenclatura y
    clasificacion de las enzimas

    Cien años atrás solo se conocian enzimas,
    muchas de estas, catalizaban la hidrólisis de enlaces
    covalentes. Algunas enzimas, de manera especial las que fueron
    descubiertas en un principio, recibieron nombres ligados mas bien
    a su sitio de procedencia anatómica que no siguen ninguna
    regla ni sistema; tal es el caso de la ptialina de la saliva, que
    ataca al almidón de la pepsina del estómago y de la
    tripsina del páncreas, que atacan proteínas; de la
    renina, que cuagula la leche; de la
    papaina, enzima proteolítica que se encuentra en la papaya
    y de las catepsinas, también proteasas, que se encuentran
    en las células. Las enzimas relacionadas con la
    cuagulación de la sangre, como son
    la trombina, la plasmina, el plasminógeno, etc. reciben
    también nombres sistematizados.

    Al descrubir nuevas enzimas y proceder a su
    caracterización estricta se aplicaron reglas de
    nomenclatura basadas en el nombre del sustrato atacado, o en el
    tipo general de sustrato, o en la reacción catalizada y se
    ha añadido convencionalmente, la terminación -asa.
    Por ejemplo: las lipasas (hidrolizan lipidos o grasas), las
    amilasas (hidrolizan almidon), las proteasas (hidrolizan
    proteinas), las esterasas (basado en la unión general de
    tipo éster presentes en muchas sustancias), colesterol
    estrerasa (si la esterasa es específica de los esteres de
    colesterol) y acetilcolina esterasa (si la estersa de la
    acetilcolina). Otros ejemplos: Las fosfatasas son enzimas que
    atacan las uniones éster, pero en este caso, toman su
    nombre del grupo vecino a la unión que van a atacar, de
    manera que se denominan fosfatasas (cuando quitan una
    molécula de monofosfato), pirofosfatasas (cuando quitan el
    ácido fosfórico como esteres dobles (pirofosfatos),
    o triples, etc.) De la misma manera, las carbohidrasas se
    denominan así genericamente, pero pueden comprender
    enzimas con nombres proveniente del sustrato particular sobre el
    que actuan como la amilasa que ataca al almidón y la
    celulasa que actúa sobre la celulosa y, en otras
    ocaciones, se denominan de acuerdo con la unión atacada,
    como la b
    -glucosidasa que actúa sobre las uniones
    b -glucosídicas.
    Los ejemplos se pueden extender a todos los terrenos de la
    actividad enzimática, como en las enzimas
    proteolíticas, las fosforilasas, las nucleasas,
    etc.

    Esta manera de llamarlas, se demostro que era inadecuada
    porque al descubrirse varias enzimas, notaron que varias enzimas
    catalizaban reacciones diferentes del mismo sustrato, por
    ejemplo, oxidacion o reduccion de la funcion alcohol
    de un azucar.

    Aunque el sufijo –asa continua en uso;
    actualmente, al nombrar a las enzimas, se enfatiza el tipo de
    reaccion catalizada. Por ejemplo: las hidrogenasas catalizan la
    eliminacion de hidrogeno y
    las transferasas, reacciones de transferencia de grupo. Con el
    descubrimiento de mas y mas enzimas, surgieron ambiguedades y con
    frecuencia no estaba claro cual era la enzima que un investigador
    deseaba estudiar. Para remediar esta deficiencia, la
    Comisión para el estudio de las enzimas, que constituye
    con respecto a los sistemas anteriores un punto de vista
    más uniforme, preciso y descriptivo; esta formada por la
    Union Internacional de Bioquimica (IUB) adopto, en 1964, un
    sistema complejo pero inequivoco de la nomenglatura enzimatica
    basado en el mecanismo de reaccion.

    El sistema se basa en la reacción química
    catalizada que es la propiedad
    específica que caracteriza a cada enzima las cuales se
    agrupan en clases, porque catalizan procesos semejantes, y en
    subclases que especifican con mayor exactitud la reacción
    particular considerada. En general, las enzimas reciben un nombre
    de acuerdo con el sustrato o los sustratos que participan en la
    reacción seguido por el tipo de reacción catalizada
    y, por fin, la terminación -asa. A menudo los nombres
    así obtenidos resultan largos y complejos, por lo que es
    muy dificil que en la práctica se pueda excluir el uso de
    los nombres triviales, consagrados por la costumbre. Sin embargo,
    con fines de sistematización, se reconoce la necesidad de
    aceptar el nuevo sistema.

    Aunque su claridad y carencia de ambigüedad
    recomiendan al sistema de nomenglatura IUB para trabajos de
    investigacion, nombres mas ambiguos, pero basante mas cortos
    persisten en libros de
    texto y en el
    laboratorio clinico. Por esta razon, a continuacion solo se
    presenta principios
    generales del sistema IUB:

    1. Las reacciones y las enzimas que las catalizan se
      dividen en 6 clases principales, cada una con 4 a 13
      subclases.
    2. El nombre de la enzima tiene 2 partes: la primera es
      el nombre del o los sustratos; la segunda, con terminacion
      –asa, indica el tipo de reaccion catalizada.
    3. Informacion adicional, si es necesario aclarar la
      reaccion, puede seguir el parentesis. Por ejemplo: la enzima
      que cataliza L-malato + NAD= = piruvato +
      CO2 NADH + H= , se denomina como 1.1.1.37
      L-malato:NAD+ oxidorreductasa
      (descarboxilante).
    4. Cada enzima tiene un numero clave (E.C.) que
      caracteriza al tipo de reaccion según la clase (primer
      digito), subclase (segundo digito) y subclase (tercer digito).
      El cuarto digito es para la enzima especifica. Asi, E.C.
      2.7.1.1 denota la clase 2 (una transferasa), subclase 7
      (transferencia de fosfato), sub-clase 1 (una funcion alcohol
      como aceptor de fosfato). El ultimo digito denota a la enzima
      hexocinasa o ATP: D-hexosa-6-fosforotransferasa, enzima que
      cataliza la transferencia de fosfato desde el ATP al grupo
      hidroxilo de carbono 6 de la glucosa.

    Al final de sus y trabajos, clasifico las enzimas en
    seis grupos
    principales, correspondientes por sus términos a las
    raciones que cada enzima ejerce sobre el sustrato. Estos grupos se
    subdividen en otro, según el tipo de sustrato y los
    átomos concretos que son sensibles a sus acciones.
    Estos seis grupos son los siguientes:

    1. Oxidoreductasas
    2. Transferasas
    3. Hidrolasas
    4. Isomerasa
    5. Liasas

    1.Oxido-reductasas: Son las enzimas relacionadas con las
    oxidaciones y las reducciones biológicas que intervienen
    de modo fundamental en los procesos de respiración y fermentación. Las
    oxidoreductasas son importantes a nivel de algunas cadenas
    metabólicas, como la escisión enzimática de
    la glucosa, fabricando también el ATP, verdadero almacén de
    energía. Extrayendo dos átomos de hidrógeno,
    catalizan las oxidaciones de muchas moléculas
    orgánicas presentes en el protoplasma; los átomos
    de hidrógeno tomados del sustrato son cedidos a
    algún captor.

    En esta clase se encuentran las siguientes subclases
    principales: Deshidrogenasas y oxidasas. Son más de un
    centenar de enzimas en cuyos sistemas actúan como
    donadores, alcoholes,
    oxácidos aldehidos, cetonas, aminoácidos,
    DPNH2, TPNH2, y muchos otros compuestos y,
    como receptores, las propias coenzimas DPN y TPN, citocromos,
    O2, etc.

    2.Las Transferasas: Estas enzimas catalizan la
    transferencia de una parte de la molécula (dadora) a otra
    (aceptora). Su clasificación se basa en la naturaleza
    química del sustrato atacado y en la del aceptor.
    También este grupo de enzimas actúan sobre los
    sustratos mas diversos, transfiriendo grupos metilo,
    aldehído, glucosilo, amina, sulfató,
    sulfúrico, etc.

    3.Las Hidrolasas: Esta clase de enzimas actúan
    normalmente sobre las grandes moléculas del protoplasma,
    como son la de glicógeno, las grasas y las
    proteínas. La acción catalítica se expresa
    en la escisión de los enlaces entre átomos de
    carbono y nitrógeno (C-Ni) o carbono oxigeno (C-O);
    Simultáneamente se obtiene la hidrólisis
    (reacción de un compuesto con el agua)de una
    molécula de agua. El hidrógeno y el oxidrilo
    resultantes de la hidrólisis se unen respectivamente a las
    dos moléculas obtenidas por la ruptura de los mencionados
    enlaces. La clasificación de estas enzimas se realiza en
    función del tipo de enlace químico sobre el que
    actúan.

    A este grupo pertenecen proteínas muy conocidas:
    la pepsina, presente en el jugo gástrico, y la tripsina y
    la quimiotripsina, segregada por el páncreas.
    Desempeñan un papel esencial
    en los procesos digestivos, puesto que hidrolizan enlaces
    pépticos, estéricos y
    glucosídicos.

    4.Las isomerasas:Transforman ciertas sustancias en otras
    isómeras, es decir, de idéntica formula
    empírica pero con distinto desarrollo.
    Son las enzimas que catalizan diversos tipos de
    isomerización, sea óptica,
    geométrica, funcional, de posición, etc. Se dividen
    en varias subclases.

    Las racemasas y las epimerasas actúan en la
    racemización de los aminoácidos y en la
    epimerización de los azúcares. Las primeras son en
    realidad pares de enzimas específicas para los dos
    isómeros y que producen un solo producto
    común. Las isomerasas cis – trans modifican la
    configuración geométrica a nivel de un doble
    ligadura. Las óxido – reductasas intramoleculares
    cetalizan la interconversión de aldosas y cetosas,
    oxidando un grupo CHOH y reduciendo al mismo tiempo al C = O
    vecino, como en el caso de la triosa fosfato isomerasa, presente
    en el proceso de la glucólisis ; en otros casos cambian de
    lugar dobles ligaduras, como en la (tabla) isopentenil fosfato
    isomerasa, indispensable en el cambio
    biosinético del escualeno y el colesterol. Por fin las
    transferasas intramoleculares (o mutasas) pueden facilitar el
    traspaso de grupos acilo, o fosforilo de una parte a otra de la
    molécula, como la lisolecitina acil mutasa que transforma
    la 2 – lisolecitina en 3 – lisolecitina, etc. Algunas
    isomerasa actúan realizando inversiones
    muy complejas, como transformar compuestos aldehídos en
    compuestos cetona, o viceversa. Estas ultimas desarrollan una
    oxidorreducción dentro de la propia molécula (oxido
    rreductasa intramoleculares)sobre la que actúan, quitando
    hidrógeno, a algunos grupos y reduciendo otros;
    actúan ampliamente sobre los aminoácidos, los
    hidroxácidos, hidratos de carbono y sus
    derivados.

    5.Las Liasas: Estas enzimas escinden (raramente
    construyen) enlaces entre átomos de carbono, o bien entre
    carbono y oxigeno, carbono y nitrógeno, y carbono y
    azufre. Los grupos separados de las moléculas que de
    sustrato son casi el agua, el anhídrido carbónico,
    y el amoniaco. Algunas liasa actúan sobre compuestos
    orgánicos fosforados muy tóxicos,
    escindiéndolos; otros separan el carbono de numerosos
    sustratos.

    6.Las Ligasas: Es un grupo de enzimas que permite la
    unión de dos moléculas, lo cual sucede
    simultáneamente a la degradación del ATP, que, en
    rigor, libera la energía necesaria para llevar a cabo la
    unión de las primeras. Se trata de un grupo de enzimas muy
    importantes y recién conocidas, pues antes se pensaba que
    este efecto se llevaba a cabo por la acción conjunta de
    dos enzimas, una fosfocinasa, para fosforilar a una sustancia A
    (A + ATP A – ℗ + ADP) y una transferasa que pasaría
    y uniría esa sustancia A, con otra, B (A -℗ + B A
    – B + Pi ). A este grupo pertenecen enzimas de
    gran relevancia reciente, como las aminoácido –ARNt
    ligasas conocidas habitualmente con el nombre de sintetasas de
    aminoácidos –ARNt o enzimas activadoras de
    aminoácidos que representan el primer paso en el proceso
    biosintético de las proteínas, y que forman uniones
    C-O; las ácido-tiol ligasas, un ejemplo típico de
    las cuales es la acetil coenzima. A sintetasa, que forma acetil
    coenzima. A partir de ácido acético y coenzima A ;
    las ligasas ácido – amoniaco (glutamina sintetasa),
    y las ligasas ácido-aminoácido o sintetasas de
    péptidos, algunos de cuyos ejemplos más conocidos
    son la glutación sintetasa, la carnosina sintetasa,
    etc.

    La acción de estas enzimas se manifiesta con la
    formación de enlaces entre átomos de carbono y
    oxigeno de diversas moléculas, o bien entre carbono y
    azufre, carbono y nitrógeno y carbono y carbono. Las
    ligasas utilizan siempre, para el proceso de reacción, la
    energía proporcionada por el ATP o compuestos
    homólogos que son degradados, Por consiguiente las enzimas
    de esta clase son los únicos que intervienen en
    reacción no espontánea desde un punto de vista
    termodinámico; Actúan sobre los sustratos
    más diversos y revisten particular importancia en el
    metabolismo de los ácidos nucleicos.

    Estas reacciones enzimáticas se desarrollan en
    dos tiempos: en el primero se forma un complejo intermedio con
    potencia
    energética muy alta-, en el segundo utilizan la
    energía obtenida para realizar la reacción de
    síntesis.

    Grupo

    Accion

    ejemplos

    1. Oxidoreductasas

    Catalizan reacciones de oxidorreducción.
    Tras la acción catálica quedan modificados en
    su grado de oxidación por lo que debe ser
    transformados antes de volver a actuar de nuevo.

    Dehidrogenasas

    Aminooxidasa

    Deaminasas

    Catalasas

     

    2. Transferasas

    Transfieren grupos activos
    (obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas)a
    otras sustancias receptoras. Suelen actuar en procesos de
    interconversiones de azucares, de aminoácidos,
    etc

    Transaldolasas

    Transcetolasas

    Transaminasas

    3. Hidrolasas

    Verifican reacciones de hidrólisis con la
    consiguiente obtención de monómeros a partir
    de polímeros. Suele ser de tipo digestivo, por lo
    que normalmente actúan en primer lugar

    Glucosidasas

    Lipasas

    Peptidasas

    Esterasas

    Fosfatasas

    4. Isomerasas

    Actúan sobre determinadas moléculas
    obteniendo de ellas sus isómeros de función o
    de posición. Suelen actuar en procesos de
    interconversion

    Isomerasas de azúcar

    Epimerasas

    Mutasas

    5. Liasas

    Realizan la degradación o síntesis
    (entonces se llaman sintetasas) de los enlaces denominados
    fuertes sin ir acoplados a sustancias de alto valor
    energético.

    Aldolasas

    Decarboxilasas

    6. Ligasas

    Realizan la degradación o síntesis
    de los enlaces fuertes mediante el acoplamiento a
    sustancias ricas en energía como los nucleosidos del
    ATP

    Carboxilasas

    Peptidosintetasas

    10.Partes del sistema
    enzimatico

    Los sistemas enzimáticos en general, están
    formados por la enzima propiamente dicha (apoenzima), el sustrato
    o los sustratos un grupo proteico ( o coenzimas) y sustancias
    activadoras. La estructura formada por la apoenzima y la coenzima
    se denomina boloenzima; con cierta frecuencia se reconocen
    sistemas enzimaticos que no tienen grupo prostético o
    activadores reconocidos.

    Apoenzima: concepto del
    centro activo

    La apoenzima es la enzima propiamente dicha, de
    naturaleza proteica formada por cadenas de polipéptidos,
    con peso moléculas elevado, no dializable y
    termolábil.

    Las estudiadas analíticamente hasta ahora, han
    sido, por razones técnicas de peso molecular bajo, 12 a 24
    000, tienen una sola cadena polipeptídica (ribonucleasa,
    papaina, tripsina, pepcina, etc.) excepto uno o dos casos
    (a –
    quimotripsina y aldolasa) que tienen dos.

    El análisis de los aminoácidos que
    componen a diversas enzimas demuestran que tienen una estructura
    similar a la de cualquier proteína; existen, de hecho unos
    cuantos casos en los que se ha determinado su secuencia completa,
    es decir, el orden en el que están dispuestos todos ellos
    en la cadena. El análisis de la estructura secundaria de
    la proteína, osea el modo como la cadena peptídoica
    se dispone a lo largo de su eje mayor y el de la estructura
    terciaria, osea la forma en que la cadena se pliega y se acomoda
    para formar una estructura tridimensional se conocen muy mal para
    todas las enzimas. Solo en el caso de la lisozima (enzima
    presente en las lágrimas donde funciona como un
    antiséptico suave y que tiene la capacidad de atacar a los
    polisacáridos que forman la pared de diversas
    bactérias) se ha determinado la estructura tridimensional
    de una enzima; para este fin se aplican las técnicas de
    cristalografía de rayos x, con una
    solución de dos Å, lo que demostró que la
    lisosima es una proteína con su cadena de 129
    aminoácidos ampliamente plegada y en la que se reconoce
    una hendidura representante del centro activo donde se acomodan
    muy bien los inhibidores – ciertos compuestos del tipo de
    carbohidratos
    – que nulifican su actividad enzimática. Se ha
    demostrado, en este caso, que es cierta regla general de que el
    modo como se ordenan y disponen los aminoácidos de
    termoina el arreglo espacial que permite a las otras partes del
    sistema enzimático – sustratos, cofactores, iones,
    etc. – adaptarse, en el espacio, en forma adecuada, para
    que se lleve a cabo la acción catalítica. Por lo
    tanto, las estructuras
    indispensables que permiten la combinación con el sustrato
    y que confieren propiedades enzimáticas a la
    molécula se denomina "centro activo". Se acepta que el
    centro activo no es una parte muy grande de la enzima completa y,
    en ciertos sistemas estudiados por medio de bloqueos
    químicos no parece constituir una zona de más de 20
    Å de diámetro. Es muy posible que el centro activo
    esté formado por la contribución de grupos
    funcionales de aminoácidos situados en distintas cadenas o
    en diferentes repliegues de una cadena, asiendo aparecer a dichos
    grupos muy distantes entre ellos si se considera el orden que
    guardan a lo largo de la cadena polipeptídica.

    Un caso muy ilustrativo sobre lo que significa la
    estructura del centro activo desde el punto de vista de la
    composición de los aminoácidos es el de la
    triptofano pirrolasa, enzima ampliamente estudiada en bacterias
    desde el punto de vista de la bioquímica
    genética.
    En ella, la modificación de algunos aminoácidos
    produce perdida e la actividad enzimática, que se recupera
    si vuelve a incluirse los aminoácidos en el orden
    original; sin embargo, se pueden reemplazar dos de ellos por
    otros completamente distintos, y la enzima vuelve a ser
    totalmente activa. Es posible que con estos nuevos
    aminoácidos se consigan también las condiciones de
    distribución espacial de grupos funcionales
    y estructuras
    necesarias para la actividad enzimática.

    El concepto de arreglo tridimensional adecuado de los
    aminoácidos que forman la cadena polipeptídica de
    la enzima para lograr la actividad funcional correcta permite
    entender numerosos denómenos: la necesidad de que la
    molécula proteica íntegra esté preservada en
    su forma; el hecho de que la desnaturalización de la
    enzima al permitir la separación de los pliegues, conduce
    a la perdida de la actividad enzimática; que al calentar
    una enzima con su sustrato (por ejemplo, la invertasa con
    sacaroza, la transaminasa con ácido a -cetoglutárico), se
    impide una desnaturalización que sin ellos se
    produciría, pues es posible que el propio sustrato
    contribuya a sostener y reforzar la aproximación de los
    pliegues de la cadena, etc.

    También se entiende por que al atacar la
    ribonucleasa con pepsina y romper una sola unión
    peptídica que separa un tetrapéptido del extremo
    con grupo carboxilo libre se pierde la actividad, mientras que si
    solo se quita los tres últimos disminuye su acción
    sugiriendo así la importancia del residuo de ácido
    aspártico
    para sostener el centro activo en condiciones de eficiencia, o lo
    que es más probable, para formar parte del propio centro
    activo. Si se parte la ribonucleasa entre los aminoácidos
    20 y 21, y se separan los dos fragmentos, ninguno es activo, pero
    basta mezclarlos para que se unan en tal forma que se restablece
    la actividad, aunque un poco menor que la originalmente
    observada.

    El estudio detallado de la estructura del centro activo
    se hace por medio de inhibidores o de reactivos que se combinan
    de modo específico, con algunos de los aminoácidos
    del centro activo tales como el diisopropilfluorofosfato (DFP),
    que se combina con el OH del aminoácido serina, en
    diversas esterasas, peptidasas, etc. , e inactiva el centro
    activo del que forman parte dicho aminoácido; este
    inhibidor, aún a concentraciones de 10-10 M,
    inhibe a la acetilcolinesterasa; mucho de los derivados del DFP
    se utilizan como gases de
    guerra o como
    insecticidas (parathion), y su utilidad se debe,
    en rigor a su capacidad para destruir funcionalmente ciertas
    enzimas.

    La unión del DFP al aminoácido cedina es
    muy estrecha y a permitido el análisis de los
    aminoácidos vecinos a él, haciendo un estudio de su
    ordenamiento en el centro activo. La secuencia de los centros
    activos de
    diversas enzimas hidrolíticas sensibles al DFP, se
    demuestran que la mayoría tienen cerina y a demás
    un aminoácido dicarboxílico (aspártico
    o glutámico) y en el otro un aminoácido neutro
    (alanina o glicina). También se ha demostrado que la
    histidina, cuando menos para el caso de la quimotripsina, forma
    parte del centro activo aún cuando el análisis de
    la secuencia no demuestra que exista cerca de la cerina ninguna
    histidina; se trata, por lo tanto, de otro ejemplo de una
    aminoácido, alejado e otro, y en distinto pliegue de la
    cadena, que integra el centro activo.

    Teniendo en cuenta estos hechos, se deduce, por lo
    tanto, que la actividad de la enzima depende en parte de la
    disposición o arreglos de los aminoácidos y grupos
    prostéticos en determinada región de la
    proteína. Los aminoácidos que componen a las
    proteínas pueden tener moderadas actividades
    catalíticas, aunque de ninguna manera comparable en su
    magnitud, cuando se les considera en forma aislada, a las que
    muestran la gran molécula proteica. De hecho para muchos
    sistemas enzimáticos se han ideado modelos
    análogos, osea sustancias químicas sencillas que
    suelen reproducir los efectos ocasionados por la enzima, tal es
    el caso de los análogos, a base de piridoxsal que
    representan la parte activa de enzimas descarboxilantes y
    transaminantes. Esto no significa que necesariamente, en el estado
    natural, la enzima funcione como lo hace el análogo pues
    muchos sistemas pudieran tener otro mecanismo de
    operación; la hidrólisis del almidón lo
    mismo se logra con la adición del ácido que con la
    enzima específica amilasa, aún cuando en el primer
    caso se atacan indiscriminadamente numerosas uniones
    glucosídicas, y con la enzima, en cambio solo se
    desprenden, uno tras otro fragmentos de dos unidades de glucosa
    de los extremos de las ramificaciones.

    • Conformación de la enzima y propiedades del
      centro activo. La propiedad catalítica de las enzimas
      parece depender de la facilidad con la que ayudan a que se
      pongan en contacto las sustancias reaccionantes para dar el
      producto o
      los productos de la reacción. Esto implica que el
      sistema enzimático tenga una conformación
      especial osea, una disposición adecuada de os grupos
      funcionales – aminoácidos de la apoenzima y grupos
      prostéticos, cuando existen estos – y de las
      moléculas mismas de los sustratos que se unirán a
      aquellos y permitirán que se lleve a cabo la
      reacción química. Este acercamiento de las
      sustancias reaccionantes de los grupos prostéticos y los
      grupos funcionales fue las razón del modelo de
      Ehrlich, conocido clásicamente como de la "llave y la
      cerradura". Así la enzima sería un molde
      tridimensional en negativo, de la estructura también
      tridimensional, en positivo de los reaccionantes que se
      adaptarían perfectamente a ala disposición de la
      enzima. Sin embargo ha sido necesario reconsiderar esta
      situación y sugerir – de acuerdo con Koshland
      – la teoría de un "acomodo
      inducido".

    Así las enzimas pueden sufrir un cambio en su
    estructura desde el momento en que entran en contacto con los
    reaccionantes, sustratos y cofactores, y es posible que todos
    ellos modifiquen el arreglo tridimensional de la enzima; la
    enzima los recibe en un orden determinado y cada uno de ellos al
    unirse a la enzima modifica su estructura. La nueva
    analogía es la del "guante y la mano"; aquel no representa
    una estructura de negativo tridimensional mientras no se halla la
    mano en el, ya que antes pueden tener diversas formas y
    disposiciones, una vez que ha entrado la mano – que a su vez
    también puede adoptar distintas posiciones – se
    ponen en contacto todas las partes correspondientes, es decir, en
    el caso de la enzima, las partes reactivas del sistema
    enzimático, con las partes reaccionantes, osea los
    sustratos. Se ha preservado con esta nueva idea, el aspecto de la
    armonía estructural entre el sustrato y la enzima pero se
    introduce el nuevo concepto de que es necesario provocar un
    cambio en la estructura proteica que favorezca la
    colocación adecuada de todos los elementos que interviene
    en la reacción enzimática. Los cambios de la
    estructura protéica se denominan "conformacionales". El
    cambio en la disposición tridimensional puede hacerse a
    distancia y en muchas ocasiones la unión del sustrato a
    una parte de la enzima modifica otras zonas de ella y aún
    su estructura completa, debido a plegamientos que acercan o
    alejan diversos grupos colocados a lo largo del péptido
    que forma la enzima. Esta alteración múltiple y de
    tipo flexible, permite entender mejor el proceso de entrada
    ordenada de los sustratos, y los cofactores y la reacción
    en la que se participan. También permiten comprender
    porque un sustrato entra a una enzima y es atacado y uno que no
    lo es aún muy parecido a él, puede quedar excluido
    del centro activo.

    Se ejemplifican estas ideas en A se encuentra la enzima
    en una forma desplegada con ciertos grupos reactivos (+) y (-),
    colocados en una zona de la superficie de la enzima. La entrada
    de un cofactor F1, modifica una parte del sistema (B);
    se introduce en el sistema un nuevo arreglo a base de la
    reactividad de tipo electrónico entre la zona (+) y una
    parte del cofactor F1, recién introducido; por
    fin la entrada de un nuevo reaccionate F2 modifica la
    parte terminal de la enzima de manera que permite la entrada del
    otro reaccionante (sustrato) que se acomoda en un lugar preparado
    previamente por los reaccionantes F1 y F2,
    y permite de esta manera echar a andar la reacción
    catalítica. Los cambios conformacionales, se pueden
    demostrar con diversos métodos
    algunos de tipo físico, como son las modificaciones en la
    rotación óptica
    o en el patrón de sedimentación en el campo
    gravitacional de la ultracentrífuga, o químicos
    como el aumento o la disminución de la actividad
    enzimática bajo la influencia de cambios térmicos o
    la adición de agentes desnaturalizantes. Basten unos
    cuantos ejemplos: la transaminasa a -cetoglutárica se pude calentar a
    65° C. en
    presencia de su sustrato sin que se afecte, al paso que la enzima
    sola es rápidamente degradada, cambia de
    configuración y se precipita; la miosina, proteína
    muscular contráctil, en presencia de ATP hace más
    notable su forma de espiral y permite el reconocimiento de
    aminoácidos previamente ocultos en sus pliegues; la
    D-amino oxidasa, al unirse a su cofactor, el FAD, pasa de la
    forma espiral en a
    -hélice, a una disposición irregular
    distribuida al azar.

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