Naturaleza química de los enzimas

Especificidad. Centro activo. Cofactores. Clasificación. Célula. Citología

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TEMA 4. NATURALEZA QUÍMICA DE LOS ENZIMAS.

Especificidad de los enzimas.

Los enzimas son proteínas catalíticas. Casi todas las reacciones celulares están catalizadas. Alguna actividad catalítica no reside en las proteínas sino en el RNA, es el caso de la ribozima que tiene parte de RNA y parte proteica aunque la catálisis la efectúa el ácido nucleico. Esto tiene una importancia evolutiva pues demuestra que el RNA catalizaba antes que los enzimas que luego se especializaron. El RNA es peor catalizador. La función de los enzimas estás relacionada con la unión de un ligando que será el sustrato. Se forma complejo enzima-sustrato, que luego se convierte en producto:

enzima + sustrato enzima-sustrato enzima + producto

Como es un catalizador el enzima no se consume, acelerando la velocidad de reacción sin modificar la posición de equilibrio. Las propiedades que tienen los enzimas que los hacen efectivos como catalizadores son:

- Capaces de acelerar las reacciones en las condiciones suaves de la célula.

- Alto poder catalítico por su gran actividad molecular, aceleran las reacciones hasta 1017 veces. Esto es porque se une al sustrato en relación 1:1 y la reacción que ocurre en los confines de éste ve rebajada su energía de activación como consecuencia de esa unión.

- Son muy específicos respecto a.

a) Tipo de reacción: ya que no son catalizadas reacciones de naturaleza distinta.

b) Respecto al sustrato: el enzima no puede unirse con cualquier sustrato. Hay enzimas más específicos que otros. La especificidad puede ser tan alta que se distinga entre estereoisómeros. Sin embargo los enzimas digestivos son poco específicos porque si no harían falta demasiados. La ventaja de la especificidad reside en que se pueden catalizar muchas reacciones a la vez sin reacciones laterales ni que se acumulen los productos secundarios.

Centro activo.

El sitio de unión del ligando está muy bien definido. En él habrán distintos residuos que aporten los grupos funcionales necesarios para cada función:

- Residuos catalíticos: son capaces de llevar a cabo la catálisis.

- Residuos de unión: aportan soporte para unir el enzima a su sustrato y no a otro.

- Residuos que participan en la estructura tridimensional.

La proteína al plegarse determina el centro activo que será una cavidad hidrofóbica (ambiente especial). No habrá agua si no participa en la reacción. Se crea un microambiente especial para que los grupos catalíticos sean más reactivos. <<la unión del centro activo y el enzima es la base de la especificidad.

Proposición de Fisher: Un enzima distingue un sustrato igual que una cerradura y una llave. El sustrato y el centro activo son complementarios. El centro activo sólo es complementario cuando se a unido al sustrato, no antes.

Hipótesis de Koshland: ajuste inducido. El sitio activo es complementario después de la unión. Un sustrato correcto induce un cambio de conformación adecuado y uno malo no. Cuando se produce la unión el sustrato queda unido al centro activo de manera determinada por lo que tiene menos movilidad que en entorno acuoso. La posición será la adecuada para que los grupos catalíticos estén lo mejor orientados posible. La actividad molecular es muy alta porque es la mejor posición para que actúen los grupos catalíticos. Los sustratos pasan por un estado de transición tras superar la energía de activación antes de convertirse en productos. El catalizador ayuda a alcanzar ese estado de transición por lo que la reacción ocurre. El enzima es complementario del estado de transición. Si la función del enzima debe estar regulada puede tener moduladores.

Cofactores.

A veces se necesitan grupos catalíticos que no se encuentran en los aminoácidos por lo que se necesita una molécula extra, un cofactor, que puede ser inorgánico (iones en general) u orgánicos. Estos últimos pueden estar unidos reversiblemente (coenzimas) o permanentemente (grupo prostético).

Catálisis de la hidratación de CO2 por la anhidrasa carbónica (que contiene Zn2+):

CO2 + H2O H+ + HCO3-

Zn2+

Como ninguna cadena lateral de los aminoácidos puede formar OH el Zn aporta lo que se necesita. El Zn se une al H2O y luego se separan:

Zn --- H - O - H Zn --- H - O- + CO2 Zn2+ + HCO3-

H+

Los enzimas que catalizan reacciones redox necesita algún grupo donde transportar los electrones y no hay ninguna cadena lateral de aminoácido que pueda, por lo que necesita un cofactor. Muchos cofactores deben ser ingeridos porque la célula no los sintetiza. Las vitaminas suelen ser cofactores o precursores de cofactores. Las vitaminas B2 y B3 son precursores de cofactores redox.

Clasificación de los enzimas.

Cada enzima es nombrado por 4 dígitos: EC a.b.c.d.

a.- Clase de enzima atendiendo a la clase de reacción que catalizan:

1.- Oxidorreductasas: participan en reacciones redox.

2.- Transferasas: catálisis de transferencias de grupos.

3.- Hidrolasas: hidrólisis.

4.- Liasas: adición de grupos para formar dobles enlaces o eliminación de grupos para formar dobles enlaces.

5.- Isomerasas: isomerización cambiando de sitio los grupos.

6.- Ligasas: formación de enlaces que requieren aporte de ATP

b.- Tipo de grupo que interviene.

c.- Clase de sustrato sobre el que actúan.

d.- Orden de clasificación.

Normalmente se utiliza el nombre del sustrato y el tipo de reacción. Las oxidorreductasas se conocen también por deshidrogenasas.