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13.12:

Enzimas

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Enzymes

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Las enzimas son catalizadores biológicos que aceleran la velocidad de las reacciones bioquímicas. La mayoría de las enzimas son proteínas, compuestas por aminoácidos;mientras que algunas son moléculas de ácido ribonucleico conocidas como ribozimas. Las enzimas actúan reduciendo la energía de activación de una reacción, aumentando así la velocidad de reacción.Pueden catalizar tanto la síntesis como la ruptura de los enlaces químicos, pero no afectan la dirección o el equilibrio de la reacción. Cada enzima se une a un reactivo específico, llamado sustrato, y cataliza una reacción particular. El sustrato se une a una región catalítica distinta de la enzima llamada sitio activo a través de interacciones como fuerzas intermoleculares y enlaces covalentes transitorios, lo que da como resultado un complejo enzima-sustrato.Esta unión es muy específica debido a la complementariedad conformacional requerida entre la enzima y su sustrato. Por lo tanto, una enzima en particular solo puede catalizar reacciones específicas en función de su conformación. Una forma sencilla de entender la formación de complejos es el modelo de cerradura y llave, que plantea la hipótesis de que el sustrato encaja en el sitio activo de la enzima de forma análoga a una llave”que encaja en su cerradura”correspondiente.Sin embargo, otro modelo, el modelo de ajuste inducido, tiene en cuenta la naturaleza dinámica del complejo. Este modelo establece que cuando un sustrato se une induce pequeños cambios conformacionales, lo que resulta en un ajuste más estrecho que favorece la reacción. La energía de activación de una reacción se puede reducir mediante varios métodos.Los mecanismos comunes incluyen inducir cambios conformacionales en el sustrato que permiten que un enlace se rompa más fácilmente o acercar los grupos reactivos de dos sustratos promoviendo así la formación de enlaces. La actividad enzimática puede ser suprimida temporal o permanentemente por moléculas naturales o sintéticas llamadas inhibidores. Por ejemplo, un inhibidor competitivo compite con el sustrato para unirse al sitio activo de la enzima, evitando así la unión del sustrato.Por otro lado, un inhibidor no competitivo se une a otra ubicación de la enzima, lo que provoca un cambio conformacional en el sitio activo, reduciendo la actividad catalítica de la enzima.

13.12:

Enzimas

Dentro de los organismos vivos, las enzimas actúan como catalizadores de muchas reacciones bioquímicas involucradas en el metabolismo celular. El papel de las enzimas es reducir las energías de activación de las reacciones bioquímicas formando complejos con sus sustratos. La disminución de las energías de activación favorece un aumento en las velocidades de las reacciones bioquímicas.

Las deficiencias enzimáticas a menudo pueden traducirse en enfermedades que ponen en peligro la vida. Por ejemplo, una anomalía genética que resulta en la deficiencia de la enzima G6PD (glucosa-6-fosfato deshidrogenasa) afecta negativamente la vía metabólica que suministra NADPH a las células.

Una interrupción en esta vía metabólica puede reducir el glutatión en los glóbulos rojos causando daño a otras enzimas y proteínas como la hemoglobina. La metabolización excesiva de la hemoglobina aumenta el nivel de bilirrubina, lo que lleva a la ictericia, una afección que puede volverse grave. Por lo tanto, las personas que sufren de deficiencia de G6PD deben evitar ciertos alimentos y medicamentos que contienen productos químicos que podrían desencadenar daños a sus glóbulos rojos deficientes en glutatión.

Función y estructura enzimática

Las enzimas se agrupan en diferentes clases basándose en la función específica que realizan. Por ejemplo, las oxidoreductasas están involucradas en reacciones redox, mientras que las transferasas catalizan la transferencia de grupos funcionales. La formación de enlaces con hidrólisis de ATP requiere ligasas, mientras que las reacciones de hidrólisis y la formación de enlaces dobles son catalizadas por hidrolasas y ligasas, respectivamente. Las enzimas de isomerasa generalmente catalizan reacciones de isomerización.

Las enzimas generalmente poseen sitios activos. Estas son regiones específicas en la molécula con una conformación que favorece la unión de la enzima con un sustrato específico (una molécula reactante) para formar un complejo enzima-sustrato o el intermediario de la reacción.

Dos modelos—el modelo de llave y cerradura y el modelo de ajuste inducido—intentan explicar el funcionamiento de un sitio activo (Figura 1). La hipótesis más simplista de llave y cerradura sugiere que el sitio activo y la forma molecular del sustrato son complementarios, ajustándose como una llave en una cerradura (Figura 1a). Por otro lado, la hipótesis de ajuste inducido sugiere que la molécula enzimática es flexible y cambia de forma para adaptarse a la unión con el sustrato (Figura 1b).

Sin embargo, tanto el modelo de llave y cerradura como el modelo de ajuste inducido explican el hecho de que las enzimas sólo pueden unirse con sustratos específicos y catalizar sólo una reacción en particular.

Eq1

Figura 1 (a) Según el modelo de llave y cerradura, la forma del sitio activo de una enzima se ajuste perfectamente al sustrato. (b) De acuerdo con el modelo de ajuste inducido, el sitio activo es algo flexible, y puede cambiar de forma para unirse con el sustrato.

Inhibidores enzimáticos

La actividad de las enzimas también puede ser interrumpida por el proceso de inhibición enzimática. Existen varios tipos comunes de inhibición enzimática.

Durante la inhibición competitiva, una molécula (natural o sintética) que no sea el sustrato se une directamente al sitio activo de la enzima. La similitud estructural y química del inhibidor con el sustrato facilita su unión al sitio activo. Tales inhibidores competitivos, por lo tanto, compiten con los sustratos, evitando que se vinculen a la enzima. Con más frecuencia, el aumento de la concentración de sustrato puede suprimir los efectos de la inhibición competitiva.

En la inhibición no competitiva, una molécula (natural o sintética) se une a una región alostérica (otra) de la enzima, diferente de su sitio activo. La unión a los inhibidores causa un cambio conformacional en el sitio activo de la enzima, resultando en una disminución en la capacidad de la enzima para catalizar la reacción. A diferencia de la inhibición competitiva, un aumento en la concentración de sustrato no mitiga los efectos inhibitorios de la inhibición no competitiva.

Parte de este texto está adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 12.7: Catálisis.