Enzimas 1

 Enzimas 1: Introducción y nomenclatura

Introducción

Las enzimas son biomoléculas que funcionan como catalizadores. Como la mayoría de las enzimas son proteínas, es común que en su definición, varios autores mencionan que son proteínas con actividad catalítica. Pero debes saber que no todas son proteínas, por lo que, eso no es totalmente cierto.

Las enzimas reducen la barrera energética del estado de transición, esto debido a que orientan al sustrato para que la reacción se lleve a cabo más "fácilmente".  

El modelo de acción enzimática más sencillo es de llave-cerradura, esto es, que la enzima tiene una conformación como la del sustrato o casi como la del estado intermediario, por lo que facilita que el sustrato tome la conformación y quede "listo" para la reacción. A este modelo se le llama "llave-cerradura", asumiendo que el sitio catalítico es complementario al sustrato.

No obstante, actualmente, sabemos que la mayoría de las enzimas son como guantes, su conformación es parecida, pero requieren cambiar su estructura cuando entra el sustrato, por lo que para llevar a cabo la catálisis debe cambiar su conformación o estructura tridimensional. Esto hace que haya un cierto gasto energético para ello. Este modelo se llama de ajuste inducido.

Notarás que para que se lleve a cabo la catálisis es necesario que la enzima tenga una cierta estructura 3D o conformación. Esta no es permanente, por lo que puede cambiar ligeramente. El sitio donde se lleva a cabo la catálisis, es decir, donde se interactúa directamente con el o los sustratos, se llama sitio catalítico. El resto de la enzima permite que el sitio catalítico tenga esa conformación, por lo cual, aunque puede ser solo un componente estructural, es importante para que se lleve a cabo la catálisis. Sin embargo, algunas enzimas pueden modificarse cuando una molécula interactúa en otra parte del componente estructural, es decir, en un sitio diferente al catalítico. Esta modificación puede ser covalente o simplemente provocar un cambio en la estructura 3D lo que puede llevar a un cambio en la actividad enzimática. Estos sitios de la enzima se llaman sitios alostéricos, y a la molécula que puede provocar dichos cambios en la enzima, se le llama regulador alostérico. Una enzima puede tener uno o más sitios alostéricos. El regulador puede incrementar la velocidad de la enzima,  a lo que se llama "activar" o disminuir la velocidad de la enzima, lo que llamamos inhibir.

Antes de continuar, necesitamos hacer una aclaración, ¿qué entendemos por velocidad de la enzima? ¿cuál es la diferencia con la actividad?

Entendemos velocidad (enzimática) como el cambio de concentración de sustratos o productos por unidad de tiempo. Por ejemplo, el cambio o disminución de la concentración de sustratos/min o cambio de concentración de sustratos/hr, o incremento de la concentración de productos/min o cualquier otra unidad de tiempo (segundos, minutos, horas).

 V=|dC|/dt  ......... (Ecuación 1)

donde dC es la diferencial de la concentración (de sustratos o productos, el símbolo  | | es para el valor absoluto, es decir, sin tomar en cuanta el signo), dt la diferencial del tiempo y V la velocidad. Es común que la generación de una mol de producto (P) se debe a la catálisis sobre una mol de reactivo/sustrato (S),, a lo que llamamos equimolar (relación 1 de P por 1 de S), por lo que:

V=-dS/dt=dP/dt

El signo - en la diferencia de sustrato (dS) es para que el valor de la Velocidad quede en positivo, dado que como el sustrato irá disminuyendo, la diferencial será negativa. Te darás cuenta que si la relación no es 1:1 de producto/sustrato, es decir, que se generen más de una mol de producto por mol de sustrato, esta ecuación no sería válida.

Esta velocidad depende de muchas cosas, de la concentración de sustrato, de la concentración de la enzima, de la temperatura, pH, fuerza iónica y presencia de reguladores, por mencionar algunos.

Para que no depende de la concentración de la enzima es común que se divide sobre la cantidad de enzima, pero además eso se hace a una concentración de saturación de sustrato, para que se alcance la velocidad máxima posible de la enzima.

A=Vmax/E   ...... (Ecuación 2)

donde A es la actividad enzimática o actividad específica de la enzima, Vmax, es la velocidad máxima y E la cantidad de enzima. Aunque algunos autores sugieren que la Actividad es igual a la Vmax, en este blog usaremos la definición descrita en la ecuación 2. Para calcular la actividad, se utilizan las condiciones óptimas de la enzima: Temperatura y pH óptimos en ausencia de reguladores.

Así, cuando comparamos entre dos enzimas, pueden tener la misma A, pero presentar diferente velocidad si a una se le puso una concentración de sustrato diferente o concentración de enzima diferente.

Esto es, la actividad de una enzima no puede cambiar aún cuando cambies la concentración de la enzima o del sustrato, por lo que nos da una idea de la capacidad de catálisis de la enzima. Mientras que tú puedes cambiar la velocidad si modificas la cantidad de enzima.

Muy bien, no todas las enzimas tienen un solo sustrato, la mayor parte tienen más de un sustrato.

Por último, se le llama ciclo catalítico a todo el conjunto de pasos empezando con la enzima sola en una conformación nativa hasta regresar al mismo punto una vez que ha terminado la catálisis de la reacción. Es por eso que se llama ciclo, debe terminarse en el mismo punto de conformación nativa donde la enzima queda lista para el siguiente ciclo. Algunas enzimas sufren una modificación temporal durante la catálisis, pero el ciclo se completa hasta que regresa a la conformación inicial o nativa.

Clases de Enzimas

1) Liasas

A  -----> B + C          Nomenclatura: Aasa o A-liasa

2) Hidrolasas

A + H2O ----> B-OH + C-H    Nomenclatura: Aasa A-hidrolasa

3) Ligasa

A + B ------> C      Nomenclatura: C-sintetasa

4) Isomerasa

b <------> β         Nomenclatura: b-isomerasa o β-isomerasa

Cuando se transfiere fosfato se llama mutasa

A-P    <----> P-A     Nomenclatura: AP-mutasa  o PA-mutasa

5) Transferasa

A-B + C <------> A + B-C     Nomenclatura: A, C B-transferasa    

Ej LCAT: Lecitina,colesterol acil-transferasa

aspártico, α-cetoglutarato aminotransferasa o  glutámico, oxalácético transaminasa, TGO

Aspártico + α-cetoglutarato  <------> oxalacético + Glutámico

Cuando se transfiera un fosfato se llama cinasa

UTP + A ------> A-P + UDP         Nomenclatura: A UTP-cinasa

ATP + Glucosa -------> Glucosa-P + ADP     Nomenclatura: Glucosa-cinasa

Hexocinasa viene de hexosacinasa

6) Oxidorreductasa

En reducción:

Reductasa: cataliza reducción biológica:

Acepta electrones

Ej. citocromo c (oxidado) + e- ---> citocromo c* (reducido)     Nombre: citocromo c reductasa

Hidrogenasa: Gana H, o pierde O

Fumarato ----> Succinato (un OH menos)    Nombre: Fumarato hidrogenasa

En oxidación:

Oxidasa: pérdida de electrones

citcromo c* (reducido) <------> citocromo c (oxidado) + e-     Nombre: citocromo c* oxidasa

si cataliza la reacción en ambos sentidos oxidorreductasa P. ej. ubiquinol-citocromo c oxidorreductasa

Deshidrogenasa: pierde hidrógenos y Gana Oxígenos del agua/biomoléculas

Succinato  ----> Fumarato              Nombre:  Succinato deshidrogenasa

Hidroxilasa: se le une un -OH a partir de agua

Anillo + H2O ----> Anillo-OH           Nombre: Anillo hidroxilasa

Oxigenasa: une oxígeno a partir de O2

monooxigenasa: une un átomo de oxígeno a partir de O2

A + O2 ----> A-OH + HOH                        Ej. flavin-monooxigenasas, citocromo P450 monoxigenasa

dioxigenasa: une dos átomos de oxígeno a partir de O2

A + O2 ----> HO-A-OH                        Ej. extradiol-dioxigenasas, intra-diol dioxigenasas

Peroxidasas: une un átomo (rara vez dos) de oxígeno a partir de H2O2

A + H2O2 ------> A-OH + H2O

Quiz: ¿Cuál es la diferencia entre una hidrolasa y una hidroxilasa?

Quiz: ¿Cuántas enzimas tenían solo un sustrato?