CatalizadoresBiologicos Ribozimas

CATALIZADORES BIOLÓGICOS

-Enzimas

- Ribozimas

- Abzimas

ENZIMAS: INTERROGANTES

¿Qué son químicamente las enzimas? Proteínas

¿Qué funciones cumplen? Actúan como catalizadores biológicos

¿Qué hacen los catalizadores? Aceleran la velocidad de las reacciones químicas

¿Cómo actúan los catalizadores? Bajan la Ea de las reacciones químicas

¿Porqué decimos que las enzimas son catalizadores biológicos?

Porque provienen de seres vivos

ΔG

Curso de la Reacción

A

B

Reacción exergónica: la energía libre del producto es menor que la del reactante

ΔG Rn

Esto significa que la Rn procede espontáneamente.

ΔG


AB

Reacción endergónica: la energía del producto es mayor que la del reactante

ΔG Rn

Esto significa que para que la Rn proceda hay que entregarle energía.

ΔGa

ΔG Rn

Independientemente que la Rn sea endergónica o exergónica, hay que entregarle una cierta cantidad de energía, llamada de activación (ΔGa) para que proceda.

Toda reacción química pasa por un estado previo de transición:

ΔG


AB

ΔGa

Independientemente que la Rn sea endergónica o exergónica, hay que entregarle la llamada energía de activación ΔGa para que proceda.

ΔG Rn

ΔGa

ΔG Rn

ΔGa +ΔG Rn

Observe el gráfico ¿ha cambiado la espontaneidad de la reacción por acción del catalizador?

¿Qué pasaría si la reacción no fuese espontánea?

ΔG


AB

a)

b)

a) Reacción no catalizada

b) Reacción catalizada

ΔGa a)ΔGa b)

La catálisis no cambia la espontaneidad de la Rn., lo cual se ve claramente en el gráfico: se arriba a un producto con igual energía

libre tanto en la reacción normal como catalizada.








¿En qué se diferencian los catalizadores biológicos de los otros?En la especificidad

“Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores biológicos. Como tales, aceleran la velocidad de las reacciones químicas al disminuir su energía de activación (Ea). Pero además, lo hacen en forma específica. Esto es, no indiscriminadamente”

Por convención, a las enzimas se las designa de acuerdo al sustrato o producto de la reacción seguido de la función específica y de la terminación asa. Por ejemplo, ATP sintetasa, anhidrasa carbónica, etc.

No obstante, cada enzima está catalogada de acuerdo a la IUPAC (Unión Internacional de Bioquímica) con cuatro números, cada uno de ellos seguido por un punto más un nombre complejo.

¿En qué orden de magnitud las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones químicas?


-Enzimas

- Ribozimas

Ribozimas: Moléculas de ácido ribonucleico con capacidad catalítica. No son proteínas pero son catalizadores biológicos.

Si bien la Ribonucleasa P es una riboproteína, la porción de ARN por sí sola cataliza la escisión indicada en rojo, actuando entonces como un catalizador biológico no proteico, del tipo de las ribozimas.


-Enzimas

- Ribozimas

- Abzimas

Abzimas: Son anticuerpos que actúan como catalizadores. Han sido creados por el hombre con fines terapéuticos. Como anticuerpos que son, una vez inyectados se unirán específicamente al agente invasor, donde no sólo cumplirán las funciones de señalizar el blanco a los macrófagos, sino también en virtud de su capacidad catalítica, de combatir por sí mismos al organismo extraño.

Las enzimas se necesitan en muy pequeñas cantidades con respecto al/los

sustrato/s ¿Porqué?Las siguientes ecuaciones lo explican:

E + S ES y luego:

ES E + P y sumando las dos:

E + S + ES ES + E + P, con lo que finalmente se tiene:

S P

De modo que las enzimas participan de las reacciones, pero no se alteran en las mismas, reciclándose en cada paso. ESTO ES VÁLIDO PARA TODOS LOS CATALIZADORES BIOLÓGICOS.

¿Cómo actúan los catalizadores biológicos?

MECANISMOS MEDIANTE LOS CUALES LAS ENZIMAS FAVORECEN LA FORMACION DEL ESTADO DE TRANSICION

DE UNA REACCION QUIMICA

a) Aproximando y/ú orientando el/los sustratos intervinientes entre sí o sus porciones reactivas.

Caso a)

Aproximación y/u

orientación de los

sustratos





b) Distorsionando enlaces del sustrato, haciéndolos más susceptibles a su escisión.

Caso b) Distorsión de enlaces del sustrato, haciéndolos mas susceptibles a la hidrólisis o ruptura:






c) Proporcionando al sustrato algo de los grupos funcionales que estén presentes en el R o en la coenzima. Por ej. protones, electrones.

Para tener actividad catalítica numerosas enzimas necesitan contar, además de la parte proteica, con cofactores inorgánicos y/u orgánicos.

En estos casos la enzima incompleta (no catalítica) se conoce como apoenzima o apoproteína, mientras que vinculada con el cofactor recibe el nombre de holoenzima (catalítica).

Algunos cofactores inorgánicos:

Para tener actividad catalítica numerosas enzimas necesitan contar, además de la parte proteica, con cofactores inorgánicos y/u orgánicos.

Los cofactores orgánicos son llamados coenzimas o grupos prostéticos, y normalmente poseen una vitamina en su constitución:

Teniendo por un lado en cuenta que las enzimas participan de las reacciones, pero no se alteran en las mismas, reciclándose

en cada paso.

Y por el otro, que las coenzimas están unidas equimolecularmente a las enzimas.

Y además, que la mayoría de las vitaminas son o forman parte de coenzimas;

se puede explicar el porqué una vitamina se necesita en muy pequeñas cantidades, dado que se recicla junto con la enzima.






c) Proporcionando al sustrato algo de los grupos funcionales que estén presentes en el R o en la coenzima. Por ej. protones, electrones.

d) Modificando el microentorno. Por ej., creando un medio hidrofóbico en el corazón de la proteína aún cuando el ambiente sea netamente hidrofílico.

La interacción proteína-ligando es un fenómeno superficie-superficie:

La interacción proteína-ligando es un fenómeno superficie-superficie:

Sitio de unión

Unión de una proteina con su ligando (rojo

claro). En rojo oscuro: Rs del sitio activo.

Unión de una proteina con su ligando (rojo

claro). En rojo oscuro: Rs del sitio activo.

Sitio activo de la quimotripsina

Esta enzima consta de 245 aminoácidos, de los que solamente los indicados y el Asp 102 producen el centro activo

Las enzimas son macromoléculas que al adoptar una configuración espacial particular determinan que ciertos aács. conformen con sus Rs una especie de caja o centro con similitud total o parcial al /los sustrato/s. La unión de la enzima con el/los sustrato/s es el primer paso de la catálisis enzimática.

La concepción “cerradura-llave” para comparar la unión específica de una enzima con su sustrato es antigüa.

Se ha comprobado que en realidad el sustrato guarda una similitud estructural con el sitio activo, con lo cual se establece una primera unión superficie-superficie. Pero luego la enzima modifica su estructura tridimensional de manera tal de ajustar perfectamente el sustrato al sitio activo. A esta nueva concepción de la interacción entre ambos se la conoce como “encaje inducido”.

La hexoquinasa en su

conformacion nativa

La hexoquinasa en su

conformacion nativa

Encaje inducido: la hexoquinasa con su sustrato

(D-glucosa)

Encaje inducido: la hexoquinasa con su sustrato

(D-glucosa)

PREENZIMAS o PROENZIMAS

Algunas enzimas no tienen actividad en el sitio en que han sido sintetizadas, pero una vez excretadas fuera del órgano en cuestión ejercen su acción catalítica. De allí que se las llamen preenzimas o proenzimas (o también zimógenos) en su versión inactiva.

En numerosas ocasiones la transformación consiste en remover parte de la secuencia proteica de la preenzima y el resto adquirir la forma espacial que finalmente configura el sitio activo.

Quimotripsinógeno

Quimotripsina

Tripsina

Tripsinógeno

EJEMPLOS DE PROENZIMAS

La quimotripsina es una proteína sulfurada, constando de un total de 245 aminoácidos, de los cuales 10 son de cisteínas formando puentes disulfuro entre sí.

Los dos puentes más largos son los que permiten unir entre sí las cadenas que han quedado cortadas al transformar el quimotripsinógeno en la forma activa:

ISOENZIMAS

Son distintas formas moleculares de una misma enzima. De modo que todas catalizan la misma reacción química, pero a distintas velocidades y/o en un sentido u otro de la reacción.

Normalmente se encuentran en diferentes tejidos, determinando así distintas funciones según su locación. El ejemplo más representativo lo constituyen las distintas isoenzimas de la lactato deshidrogenasa (LDH).

Su denominación (alostéricas) proviene del griego: otros sitios, porque además del centro activo, tienen otros lugares de unión a ligandos.

Los compuestos que se unen a estos sitios cambian la conformación de la proteína, alterando en forma positiva o negativa la capacidad catalítica y se llaman efectores o moduladores positivos ó negativos.

ENZIMAS ALOSTÉRICAS o REGULADORAS

M +

M −

Forma T Forma R

Las enzimas alostéricas tienen dos estados conformacionales extremos, uno inactivo donde la enzima tiene la mínima

actividad catalítica (forma T, tensa) y otro activo (forma R, relajada) donde la actividad catalítica es máxima:

(Más activa)(Menos activa)

Los efectores (o moduladores) alostéricos negativos estabilizan la estructura tensa, mientras que los positivos

estabilizan la forma relajada de la enzima reguladora:

Modulación negativa:

Generalmente las enzimas reguladoras están presentes al inicio de una ruta metabólica o en puntos de bifurcación de la misma.

Esto permite que toda una vía se acelere o frene, o bien que una parte de la misma se desvíe o no.

(pizarrón)

Casi todas las enzimas reguladoras conocidas son oligoméricas. Las hay de tres tipos:

1. Homotrópicas: el sustrato o el producto son los moduladores.

2. Heterotrópicas: el efector no es el sustrato ni el producto.

3. Mixtas: el sustrato y/o el producto es uno de los dos o más efectores.

TRANSPORTADORESSon proteínas NO ENZIMÁTICAS. Por lo tanto, no están relacionadas a ninguna reacción química en particular.

Sin embargo y como su nombre lo indica, pueden transportar moléculas de un sitio a otro. Por ejemplo, disminuir la energía necesaria para que una sustancia hidrofílica pase a través de las membranas –que son hidrofóbicas-.

No confundir con la Ea, característica inherente a las enzimas.

Esquema de introducción de la glucosa al citoplasma, facilitada por GLUT-1 (glucose transportar).

Con la participación de GLUT-1, el pasaje transmembrana es unas 50 000 veces más rápida que con la difusión simple.

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