tema 6: los enzimas y las vitaminas

TEMA 6: LOS ENZIMAS Y LAS VITAMINAS

Los enzimas

Los enzimas son los catalizadores biológicos. La catálisis es el proceso de aceleración de una reacción química gracias a la presencia de una sustancia llamada catalizador.

En el interior de los seres vivos ocurre gran cantidad de reacciones químicas, las cuales, en su totalidad, reciben el nombre de metabolismo.

Las enzimas son proteínas que controlan las reacciones químicas de nuestro cuerpo y, por tanto, regulan el metabolismo.

En las reacciones químicas en las que participan enzimas, las moléculas que reaccionan reciben el nombre de sustratos, y las sustancias formadas se llaman productos.

Los enzimas son específicos, lo cual significa que cada enzima está especializado en catalizar una reacción específica.

La naturaleza de los enzimas

Desde el punto de vista de su composición química, hay dos tipos de enzimas:

- Holoproteínas: formadas sólo por aminoácidos.

- Holoenzimas: tienen una parte proteica, llamada apoenzima, y una no proteica, llamada cofactor.

El cofactor puede ser:

- Un ión metálico: Fe++, Mg++, Cu++ y Zn++

- Un coenzima: molécula orgánica compleja que suele contener una vitamina.

El apoenzima determina la especificidad de la reacción, mientras que el cofactor permite que la reacción química tenga lugar.

Reacción de oxidación - reducción

La reacciones de oxidación-reducción (reacciones redox) son reacciones en las que hay transferencia de electrones. Ambos procesos, la oxidación y la reducción, ocurren simultáneamente.

- La oxidación se da cuando una molécula pierde electrones. Esta molécula queda oxidada y se denomina dador de electrones o agente reductor.

- La reducción se da cuando una molécula gana electrones. Dicha molécula se queda reducida y se denomina aceptor de electrones o agente oxidante.

Reacción de oxidación - reducción

Reacción de oxidación - reducción

E: enzima.

S: sustrato(s).

ES: complejo enzima-sustrato.

P:producto(s).

El mecanismo de acción de los enzimas

La energía de activación de una reacción química es la energía necesaria para que dicha reacción química tenga lugar.

Lo que hacen los enzimas es disminuir la energía de activación de las reacciones químicas, por eso las facilitan y aceleran. Cuando el sustrato(s) se acopla al enzima, se forma el complejo activado, en el cual algunos enlaces del sustrato(s) se estarán formando y otros estarán siendo destruidos.

Se alcanza un estado de transición, una molécula a medio camino entre el sustrato(s) y el producto(s) que es inestable, por eso hace falta energía para formarlo. Tras formarse, pasa a formar los productos inmediatamente.

El mecanismo de acción de los enzimas

Los enzimas se unen a sus sustratos en una zona concreta del enzima, llamada centro activo. El centro activo es un hueco en el enzima, hueco en el que encaja el sustrato o sustratos.

Algunos enzimas cambian su forma para acoplarse al sustrato

La cinética enzimática

La cinética enzimática estudia la velocidad con las que se forman complejos enzima-sustrato y la velocidad con que se desintegran para formar productos. Es decir, estudia la velocidad de la catálisis enzimática. Un enzima estará siendo más rápido en la medida en que forma una mayor cantidad de productos por segundo.

Esta velocidad depende de la temperatura, del pH, de la concentración de sustrato y de otros factores.

La velocidad del enzima crece si se aumenta la concentración de sustrato

La ecuación de Michaelis-Menten

[S] es la concentración de sustrato.

V0 es la velocidad inicial de la reacción ante una concentración de sustrato dada.

Vmax es la velocidad máxima de reacción que permite el enzima.

KM es la constante de Michaelis, que representa la concentración de sustrato a la cual la velocidad de la reacción es la mitad de la velocidad máxima.

La constante de Michaelis se utiliza para medir la afinidad de un enzima por su sustrato. Cuanto menor sea esta variable, más afín será el enzima al sustrato.

El enzima correspondiente a la línea roja tiene una Km menor, por tanto es más afín al sustrato

La inhibición enzimática

Los inhibidores son sustancias químicas que disminuyen o bloquean la actividad de los enzimas. Si la acción del inhibidor sobre el enzima es permanente, se dice que la inhibición es irreversible. Si la acción del inhibidor es temporal, la inhibición es reversible.

Tipos de inhibidores:

- Inhibidores competitivos: son inhibidores que se acoplan al centro activo del enzima, con lo cual impiden la formación de complejos enzima-sustrato.

- Inhibidores no competitivos: son aquellos que se acoplan al enzima en una zona que no es el centro activo. Provocan que la conformación espacial del enzima se altere, incluido el centro activo, que quedará deformado. Esto afectará a la afinidad del enzima por el sustrato.

Los inhibidores no competitivos reducen la Vmáx del enzima, ya que al deformarlo lo vuelven ineficiente.

Sin embargo, el efecto de los inhibidores competitivos se puede compensar aumentando mucho la concentración de sustrato, ya que si esta es muy grande apenas habrá acoplamientos entre el inhibidor y el enzima.

La regulación de la acción enzimática

En el metabolismo celular, los diversos enzimas actúan secuencialmente para llevar a cabo un proceso metabólico. Se llama “ruta metabólica” a una secuencia concreta de reacciones químicas que se suceden en el interior de la célula. En una ruta metabólica, el producto de una reacción se convierte en sustrato de la reacción siguiente.

En cada ruta metabólica existe un enzima regulador, que es el que marca la velocidad de la cadena de reacciones químicas. Suele ser el primer enzima de la secuencia, el resto seguirán su ritmo, que será el ritmo al que el primer enzima genere productos.

La regulación de la acción enzimática

La célula tiene dos maneras de regular la actividad enzimática:

- Sobre la síntesis del enzima: la célula sólo fabrica el enzima cuando lo necesita y en la cantidad en que lo necesita, después los enzimas son degradados.

- Sobre su actividad: hay enzimas que tienen dos conformaciones, activa e inactiva. Estos enzimas cambian de una forma a otra en función de si se les une una molécula concreta.

En este segundo caso, los enzimas pueden pasar de una conformación a otra por la unión covalente de un grupo fosfato, o bien por el acoplamiento no covalente de un llamado modulador o efector alostérico.

La regulación de la acción enzimática

Los enzimas que son activados o desactivados mediante la unión o separación de un efector alostérico se llaman enzimas alostéricos. Dichos efectores pueden ser negativos (inhibidores) o positivos (activadores).

Enzimas alostéricos

Enzimas alostéricos

Enzimas alostéricos (inhibición por producto)

Las vitaminas

Las vitaminas son un grupo de pequeñas moléculas orgánicas de composición variada y necesarias en cantidades muy pequeñas. Es por ello que se las considera micronutrientes.

Son compuestos esenciales y desempeñan funciones metabólicas, normalmente catalíticas.

Tipos de vitaminas:

Vitaminas hidrosolubles: son moléculas polares, y por lo tanto solubles en agua. Son la vitamina C (ácido ascórbico) y las vitaminas del grupo B (B1, B2, B3, B5, B6, B9, B12). Hay que tomarlas con regularidad, ya que son eliminadas por la orina.

Las vitaminas

Tipos de vitaminas:

Vitaminas liposolubles: son terpenos, que son insolubles en agua. Es por eso que no se eliminan en la orina, sino que se almacenan en el tejido adiposo. Eso hace que no haya que ingerirlas a diario, pero hace posible que puedan acumularse en exceso. Son las vitaminas A, D, E y K.

Tanto el defecto de vitaminas (hipovitaminosis o avitaminosis) como el exceso de las mismas (hipervitaminosis) produce diversos trastornos, y puede conducir a la muerte.

Las vitaminas

Funciones de cada vitamina y enfermedades que previenen:

- Vitaminas B: son fundamentales para la formación de las células sanguíneas, y su déficit provoca anemia. También contribuyen al desarrollo del sistema nervioso, de modo que su déficit provoca problemas neurológicos.

- Vitamina C: es fundamental para formar el colágeno, y su déficit provoca escorbuto.

- Vitamina D: sirve para absorber el calcio, y su déficit provoca raquitismo en niños y osteomalacia en adultos.

- Vitamina A: interviene en la síntesis de la rodopsina, pigmento esencial para la visión. Su carencia genera xeroftalmia (ceguera nocturna)