enzimas
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Facultad de medicina
humana
BIOLOGIA CELULARTEMA:
DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES
DOCENTE:
Dr. Jaime Salazar ZuloetaDr. Nestor Rodrigues Alayo MSc Leoncio Pacherres MogollonDra. Ingrid Quezada Nepo
INTEGRANTES:
Burga Perez VidauroDe la Cruz Montalvan Díaz Delgado Luis Enrique Hinostrosa Huaman AlexMateo Pacora Jimmy DamianQuintana Cubas Jean Pando Sánchez Héctor C.Rioja Veja Marco AntonioRojas Sanchez DeiviSuclupe Chero Deivi H.
CICLO:
I Ciclo
Lambayeque, 21 de Julio del 2009
“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
INTRODUCCIÓN
Todas las reacciones metabólicas que ocurren en nuestro organismo se hayan
mediados por enzimas, estas en su mayoría son de naturaleza proteica
(algunas son ARN).
Puede definirse a las enzimas como catalizadores, capaces de acelerar las
reacciones químicas en ambos sentidos, sin consumirse en ella, ni formar parte
de los productos. La diferencia fundamental es que tienen gran especificidad de
reacción o sea por el sustrato sobre el cual actúan.
En la célula las enzimas pueden encontrarse en el líquido celular (citosol) o
bien pueden estar fijadas a determinadas organelas (ej. Adheridas a las
mitocondrias), es así que en la presente exposición se hablara de la
distribución de las enzimas en los compartimientos celulares.
INDICE
I. OBJETIVOS
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
II. GENERALIDADES
II.1. ENZIMAS
II.2. IMPORTANCIA BIOMÉDICA DE LAS ENZIMAS
II.3. CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS
II.4. PROPIEDADES ENZIMATICAS
II.4.1. Las enzimas tienen un enorme poder catalítico.II.4.2. Las enzimas poseen especificidad II.4.3. La actividad de algunas enzimas es regulableII.4.4. Las enzimas transforman diferentes clases de energíaII.4.5. La mayoría de enzimas requiere de cofactoresII.4.6. Sensibilidad de la actividad enzimática
II.5. MODELOS DE LA INTERACCIÓN SUSTRATO – ENZIMA
II.5.1. Modelo de la llave cerraduraII.5.2. Modelo del ajuste inducido
II.6. NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
2.6.1. Las oxido-reductasas 2.6.2. Las transferasas2.6.3. Las Hidrolasas2.6.4. Las Liasas2.6.5. Las Isomerasas2.6.6. Las Ligasas
II.7. MECANISMOS ENZIMATICOS
II.8. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA REGULACION DE LA
ACTIVIDAD ENZIMATICA
II.8.1. TemperaturaII.8.2. pHII.8.3. TiempoII.8.4. Concentración de la enzima ( pH y T se mantienen constante)II.8.5. Concentración del sustratoII.8.6. Activadores
III. DISTRIBUCION ENZIMÁTICA EN LOS COMPARTIMIENTOS
CELULARES
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
III.1. ENZIMAS EN MEMBRANA
III.1.1. Transferencia de información a través de la membrana plasmáticaIII.1.2. Principales enzimasIII.1.2.1. ADENILATOCICLASA III.1.2.2. FOSFODIERASASIII.1.2.3. Proteincinasas (protein kinasas)III.1.2.4. CINASAS (kinase)III.1.2.5. LA FOSFATASA ALCALINA (FAL)III.1.2.6. NADPH OXIDASA:
III.2. ENZIMAS E EL CITOPLASMA
III.2.1. ENZIMAS DEL ESPACIO SOLUBLE.
III.2.2. Deshidrogenasa de lactato:III.2.3. Malato DeshidrogenasaIII.2.4. Isocitrato DeshidrogenasaIII.2.5. La Aconitasa
III.3. ENZIMAS EN ORGANELOS
III.3.1. Enzimas en Peroxisomas
III.3.1.1. Catalasa –PeroxidasaIII.3.1.2. Oxidasas Flavinicas:III.3.1.3. Urato-OxidasaIII.3.1.4. Superóxidos Dismutasa:III.3.1.5. Nucleasas
III.3.2. Enzimas en Cloroplastos.
III.3.3. Enzimas en la mitocondria
III.3.3.1. Enzimas en la membrana externa de la mitocondriaIII.3.3.2. Enzimas en el espacio intramembranosoIII.3.3.3. Enzimas de la membrana interna III.3.3.4. Enzimas de la matriz mitocondrial
III.3.4. Enzimas en Lisosomas
III.3.5. Enzimas en Retículo Endoplasmático
III.3.6. Enzimas en el Aparato de Golgi
III.3.7. Enzimas en el Glioxisoma
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
III.4. ENZIMAS EN EL NÚCLEO
III.4.1. Enzimas enlazadas a CromatinaIII.4.2. Enzimas enlazadas al Nucléolo
IV. CONCLUSIONES
V. ANEXOS
VI. BIBLIOGRAFIA
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
I. OBJETIVOS
1. Reconocer la distribución de las enzimas en los compartimientos
celulares (citoplasma, organelos y núcleo).
2. Reconocer la clasificación de las enzimas de acuerdo a la reacción que
catalizan.
3. Entender la importancia biológica de la presencia de enzimas en las
células.
4. Conocer las características generales de las enzimas, así como su
mecanismo de acción.
II. GENERALIDADES:
II.1. LAS ENZIMAS
Derivan del vocablo griego enzyme, que significa fermento, término
propuesto por Kuhne en 1887.
Las enzimas son proteínas globulares producidas por el tejido vivo que
actúan como biocatalizadores, es decir, aceleran las reacciones químicas
en los seres vivos sin modificarse. Al acelerar las reacciones disminuyen la
energía de activación y tiempo de reacción.
Cada célula y cada tejido tienen su actividad propia, lo que comporta
continuos cambios en su estado bioquímico, en la base de la cual están las
enzimas.
Los propios genes son reguladores de la producción de las enzimas; por
tanto, genes y enzimas pueden ser considerados como las unidades
fundamentales de la vida.
Este concepto, se ha desarrollado y concretado cada vez más, y constituye
un componente esencial de diversas disciplinas: la microbiología, la
fisiología, la bioquímica, la inmunología y la taxonomía, formando además
parte del campo aplicado, en gran variedad de industrias.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
El conjunto de enzimas constituye el grupo de biomoléculas más extenso y
más especializado del organismo.
La vida es, en síntesis, una cadena de procesos enzimáticos, desde
aquellos que tienen por sustratos los materiales más simples, como el agua
(H20) y el anhídrido carbónico (C02), presentes en los vegetales para la
formación de hidratos de carbono, hasta los más complicados que utilizan
sustratos muy complejos.
La formación de las proteínas, los glúcidos y los lípidos es un ejemplo típico:
Son a la vez degradados y reconstruidos por otras reacciones enzimáticas,
produciendo energía a una velocidad adecuada para el organismo, sin el
gasto energético que exigen los métodos químicos de laboratorio.
II.2. IMPORTANCIA BIOMÉDICA DE LAS ENZIMAS
Sin enzimas, no sería posible la vida que conocemos.
Intervienen en la biocatálisis que regula la velocidad a la cual tienen lugar
los procesos fisiológicos.
Las enzimas llevan a cabo funciones relacionadas con salud y la
enfermedad. En tanto que, en la salud todos los procesos fisiológicos
ocurren de una manera ordenada y se conserva la homeostasis, durante los
estados patológicos.
Su importancia es tal que puede considerarse la vida como un "orden
sistemático de enzimas funcionales". Cuando este orden y su sistema
funcional son alterados de algún modo, cada organismo sufre más o menos
gravemente y el trastorno puede ser motivado tanto por la falta de acción
como por un exceso de actividad de enzima.
II.3. CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS
Se sintetizan a nivel intracelular.
Químicamente son proteínas, excepto los ribozimas que es un ARN.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
Se necesitan en ínfimas cantidades para su acción.
No son destruidas por la reacción que catalizan, son rehusables.
Pueden actuar a nivel intracelular, es decir, en la célula donde se formo o a
nivel extracelular.
Se denomina sustrato a toda molécula sobre la que actúa una enzima.
Esquema de una reacción enzimática:
Donde:
E: Enzima
S: Sustrato
ES: Complejo enzima sustrato
P: Productos
Son catalizadores de naturaleza proteínica con un peso molecular bastante
elevado y con propiedades catalíticas especificas.
Presentan gran difusibilidad en los medios líquidos, la mayoría solubles en
agua.
II.4. PROPIEDADES ENZIMATICAS:
II.4.1. Las enzimas tienen un enorme poder catalítico.
Las enzimas aceleran las reacciones multiplicando su velocidad por un
millón de veces o más. Gracias a la energía libre emitida al formar los
múltiples enlaces débiles e interacciones entre la enzima y su sustrato
Por ejemplo: el peróxido de hidrogeno (H2O2) se descompone con gran
lentitud si la reacción no es catalizada, pero una sola molécula de la
enzima catalasa ocasiona la descomposición de cinco millones de
moléculas de H2O2 por minuto a 0 ºC. La catalasa protege las células,
porque el peróxido de hidrogeno es un subproducto toxico de varias
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E + S ES E + P
“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
reacciones celulares.
II.4.2. Las enzimas poseen especificidad
Dado que existe una relación estrecha entre la forma del sitio activo y la
forma del sustrato, la mayoría de las enzimas son altamente específicas.
Casi todas son capaces de catalizar solo unas pocas reacciones
químicas estrechamente relacionadas o, en muchos casos, una sola
reacción. Por ejemplo, la enzima ureasas, que descompone la urea en
amoniaco y dióxido de carbono, no actúa en ningún otro sustrato. De
igual modo, la enzima sacarasa desdobla solo la sacarosa, sin actuar en
la maltosa ni la lactosa.
Unas cuantas enzimas son específicas solo en el sentido de requerir un
sustrato con determinado tipo de enlace químico. Por ejemplo, la lipasa
que secreta el páncreas rompe los enlaces éster que conectan el glicerol
y los ácidos grasos en una amplia variedad de grasas.
II.4.3. La actividad de algunas enzimas es regulable
La especificidad de las enzimas está bajo control fisiológico. La síntesis
de la lactosa es un ejemplo adecuado, lactato sintetasa, la enzima que
cataliza la síntesis de lactosa consta de una subunidad catalítica y otra
su unidad modificadora.
II.4.4. Las enzimas transforman diferentes clases de energía
En muchas reacciones de bioquímica la energía de las sustancias
reaccionantes se convierte en una energía diferente con una eficiencia
muy elevada, por ejemplo en la mitocondria en las moléculas pequeñas
derivadas de los alimentos se convierte en un tipo de energía diferente,
el adenosin trifosfato (ATP).
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
II.4.5. La mayoría de enzimas requiere de cofactores
Muchas enzimas requieren cofactores. Por ejemplo la pepsina, secretada por
el estomago, consisten solo en proteínas, en tanto que otras tienen dos
componentes, una proteína llamada apoenzima y otro componente químico
adicional, el cofactor. Ni la apoenzima ni el cofactor por si solos tiene capacidad
catalítica; sólo cuando ambos se combinan puede funcionar la enzima. El
cofactor puede ser una molécula inorgánica u orgánica.
Algunas enzimas requieren como cofactor un ion metálico específico. Dos
cofactores inorgánicos muy comunes son los iones Magnesio y los iones
Calcio. La mayoría de los oligoelementos (como hierro, cobre, zinc y
manganeso, necesarios en cantidades mínimas) funcionan como cofactores.
Un compuesto orgánico no polipeptídico que se une a la apoenzima y sirve
como cofactor se denomina coenzima. La mayoría de las coenzimas pueden
clasificarse como agentes de transferencia - esto es, agentes que transfieren
algún componente de una molécula a otra-. Algunos ejemplos de coenzimas
que transportan electrones son el NADH, NADPH y FADH2, el ATP actúa como
coenzima, ya que se encarga de transferir grupos fosfatos. Otra coenzima muy
conocida es la coenzima A, la cual participa en la transferencia de grupos
derivados de ácidos orgánicos. La mayoría de las vitaminas (compuestos
orgánicos que los organismos requieren en pequeñas cantidades pero no
pueden sintetizar por si mismos) son coenzimas o componentes de coenzimas.
Las vitaminas B hidrosolubles aportan componentes importantes de numerosas
coenzimas
Vitamina B1 o Tiamina: su derivado, el pirofosfato de tiamina es esencial
para el metabolismo energético de los glúcidos.
Vitamina B2 o Riboflavina: sus derivados son nucleótidos coenzima ticos
con gran poder reductor como el FAD y el FMN.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
Vitamina B3 o Niacina: sus derivados son nucleótidos coenzimáticos con
gran poder reductor como el NAD+ o el NADP+.
Vitamina B5 o ácido Pantoténico: su principal derivado es la coenzima A
(Co-A), con gran importancia en diversos procesos metabólicos.
Vitamina B6 o Piridoxina. Sus principales derivados son los coenzimas
PLP (fosfato de piridoxal) y PMP (fosfato de Piridoxamina), esenciales
en el metabolismo de los aminoácidos.
Vitamina B7 o Biotina (vitamina H). Su derivado, la Biocitina, es esencial
para el funcionamiento de numerosas carboxilasas (enzimas).
Vitamina B9 o Acido fólico (vitamina M). Su derivado, el FH4 es esencial
en la síntesis de purinas.
Vitamina B12 o Cianocobalamina: coenzima B12.
El mecanismo de acción de una coenzima es el siguiente:
1.-La coenzima se une a una enzima,
2.-La enzima capta su sustrato específico,
3.-La enzima ataca a su sustrato arrancándole algunos de sus átomos,
4.-La enzima cede a la coenzima dichos átomos,
5.-La coenzima acepta dichos átomos y se desprende de la enzima,
6.-La coenzima no es el aceptor final de estos átomos, sino que debe
liberarlos,
7.-La coenzima transporta dichos átomos y acaba cediéndolos,
recuperando así su capacidad para aceptar nuevos átomos.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
II.4.6. Sensibilidad de la actividad enzimática
Algunas sustancias química inhiben (disminuyen la actividad) a muchas
enzimas o incluso las destruyen. Esta inhibición puede ser reversible o
irreversible:
a) Inhibición reversible: esta inhibición ocurre cuando un inhibidor forma
enlaces químicos débiles con la enzima. Puede ser competitiva o no
competitiva.
En la inhibición competitiva, el inhibidor compite con el sustrato
normal por la unión con el sitio activo de la enzima. Dicho inhibidor suele
ser estructuralmente similar al sustrato normal, de modo que se ajusta al
sitio activo y se combina con la enzima. Sin embrago, tal similitud no
basta para sustituir por completo al sustrato en la reacción química, de
manera que la enzima no puede atacarlo para formar productos de
reacción. El inhibidor competitivo ocupa los sitios activos solo por un
tiempo y no produce daños permanentes en las enzimas. En la inhibición
competitiva, un sitio activo es ocupado por el inhibidor parte del tiempo y
por el sustrato normal otra parte.
Si la concentración del sustrato se eleva respecto a la del inhibidor, por
lo común el sitio activo será ocupado por el sustrato. Esta forma de
inhibición puede reconocerse experimentalmente por el hecho de que
puede revertirse incrementando la concentración de sustrato.
En la inhibición no competitiva, el inhibidor se une con la enzima en
un sitio que no es el activo, esto hace que se inactive la enzima por
modificación de su forma, debido a lo cual el sitio activo no puede unirse
con el sustrato. Muchos inhibidores no competitivos de importancia son
sustancias metabólicas que regulan la actividad enzimática al
combinarse con la enzima de manera reversible. La inhibición no
competitiva comparte algunas características con la inhibición alostérica.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
b) En la inhibición irreversible: el inhibidor se combina con un grupo
funcional de la enzima y la desactiva o destruye en manera permanente.
Muchos venenos son inhibidores irreversibles. Por ejemplo, los metales
pesados como mercurio y plomo se unen irreversiblemente a muchas
proteínas, incluso enzimas, y las desnaturalizan. Algunos gases
nerviosos atrofian la enzima acetilcolinesterasa, de importancia en el
funcionamiento de nervios y músculos. Diversos insecticidas y
medicamentos son inhibidores enzimáticos. También puede ocurrir
inhibición enzimática irreversible si una proteína es desnaturalizada
debido al calor o solventes orgánicos.
II.5. MODELOS DE LA INTERACCIÓN SUSTRATO – ENZIMA
II.5.1. Modelo de la llave cerradura:
Enunciado: “La enzima y el sustrato tienen una interacción semejante a la llave
con la cerradura, es decir la enzima tiene un sitio rígido para el sustrato”
Este modelo fue propuesto por Fisher en 1894. Llamado modelo rígido.
II.5.2. Modelo del ajuste inducido:
Enunciado: “El sustrato induce un cambio conformacional en la enzima, de esta
manera el o los sitios activos de la enzima es complementario del sustrato”.
Este modelo fue propuesto por Kosland. Llamado modelo ameboide. Es el
modelo aceptado actualmente.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
II.6. NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
Las enzimas reciben nombre y se clasifican de acuerdo a las reacciones que
catalizan. La mayor parte de las enzimas tienen un nombre que se forma
adicionando el sufijo “asa” al nombre del sustrato sobre el cual actúan o a un
término que describe las reacciones que cataliza. Así, la ureasa tiene la urea
como sustrato. La alcohol deshidrogenasa cataliza la remoción de hidrógenos
de los alcoholes (es decir, cataliza la oxidación de los alcoholes). A pesar de
ello, algunas enzimas como la tripsina o la quimiotripsina, aun se reconocen
por sus nombres históricos.
Un comité de la Unión Internacional de Bioquímica publico un esquema de
clasificación que asigna un número a cada enzima y clasifica a las enzimas en
seis grupos importantes de acuerdo a la clase general de reacciones químicas
que catalizan.
II.6.1. Las oxido-reductasas
Son las enzimas relacionadas con las oxidaciones y las reducciones biológicas
que intervienen de modo fundamental en los procesos de respiración y
fermentación. Las oxidorreductasas son importantes a nivel de algunas
cadenas metabólicas, como la escisión enzimática de la glucosa, fabricando
también ATP, verdadero almacén de energía. Extrayendo dos átomos de
hidrógeno, catalizan las oxidaciones de muchas moléculas orgánicas presentes
en el protoplasma; los átomos de hidrogeno tomados del sustrato son cedidos
a algun aceptor. La mayor parte de estas enzimas se conocen como
deshidrogenasas, pero algunas de ellas reciben el nombre de oxidasas,
peroxidasas, oxigenasas, o reductasas.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
II.6.2. Las transferasas
Catalizan reacciones de transferencia de grupos (obtenidos de la rotura de
ciertas moléculas) a otras sustancias receptoras. Muchas de ellas requieren de
la existencia de coenzimas. Estas enzimas o sus coenzimas son sustituidas en
forma covalente por una porción de la molécula del sustrato. Suelen actuar en
procesos de interconversión de azucares, de aminoácidos, etc. Ejemplo:
transaldolasas, Transcetolasas, Transaminasas.
II.6.3. Las Hidrolasas
Son una clase especial de transferasas, el agua les sirve como un receptor del
grupo transferido. Verifican reacciones de hidrólisis con la consiguiente
obtención de monómeros a partir de polímeros. Suelen ser de tipo digestivo,
por lo que normalmente actúan en primer lugar. Las más importantes son: las
Esterasas, carbohidrasas, protidasas, lipasas y fosfatasas.
II.6.4. Las Liasas
Son enzimas que regulan reacciones en las cuales se rompen enlaces con
pérdida de grupos y con la aparición generalmente de dobles enlaces. En la
dirección inversa, una liasa cataliza la adición de un sustrato a un doble enlace
de un segundo sustrato. Una liasa que cataliza una reacción de adición en las
células se denomina con frecuencia sintetasa. Entre algunos ejemplos de liasas
están las aldolasas, descarboxilasas.
II.6.5. Las Isomerasas
Transforman ciertas sustancias en otras isómeras, es decir, de idéntica formula
empírica pero con distinto desarrollo. Son las enzimas que catalizan diversos
tipos de isomerización, sea óptica, funcional, de posición, etc. Debido a que
estas reacciones tienen un solo sustrato y un producto, son lo por regular
reacciones enzimáticas más sencillas. Suelen actuar en procesos de
interconversión. Por ejemplo: Isomerasas de azúcar, epimerasas, multasas.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
II.6.6. Las Ligasas
Catalizan la ligadura o unión de dos sustratos en reacciones sintéticas que
requieren el ingreso de la energía química potencial de un nucleosido trifosfato,
como el ATP. La acción de estas enzimas se manifiesta con la formación de
enlaces entre átomos de carbono y oxigeno de diversas moléculas, o bien entre
carbono y azufre, carbono y nitrógeno y carbono y carbono. A este grupo
pertenecen enzimas de gran relevancia reciente, como las aminoácido –ARTt
ligasas conocidas habitualmente con el nombre de sintetasas de aminoácidos –
ARTt o enzimas activadoras de aminoácidos que representan el primer paso en
el proceso biosintético de las proteínas, y que forman uniones C-O, A-sintetasa,
que forma acetil coenzima. A las ligasas se les da el nombre de sintetasas.
Ejemplo: carboxilasas, péptidosintetasas.
II.7. MECANISMOS ENZIMATICOS
Los mecanismos son los eventos atómicos o moleculares que ocurren durante
las reacciones. Los mecanismos individuales de las enzimas se han deducido a
partir de experimentos y más recientemente a partir de estudios estructurales
de las enzimas, en particular por la cristalografía con rayos X. Se procede de la
siguiente manera:
Orienta a los sustratos: parte de la energía de activación se utiliza para
que los sustratos roten y se enfrenten con los átomos correctos para
formar los enlaces.
Agregan carga a los sustratos: las cadenas laterales de (R) de los
aminoácidos de las enzimas pueden participar directamente haciendo a
los sustratos químicamente mas reactivos.
Inducen la deformación del sustrato: cuando una sustancia se une al
sitio activo, la enzima puede causar que los enlaces se estiren,
poniéndolo en un estado de transición estable.
Cambio de forma de la enzima al unirse al sustrato: este cambio por la
unión al sustrato se denomina ajuste inducido.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
La actividad de la enzima depende en parte de la disposición o arreglos de los
aminoácidos y grupos prostéticos en determinada región de la proteína.
II.8. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA REGULACION DE LA
ACTIVIDAD ENZIMATICA
La actividad de una enzima depende de un cierto número de factores, entre los
cuales están la temperatura, el pH, la concentración de sustratos, los
activadores y los inhibidores.
II.8.1. Temperatura
Si se suministra a una reacción enzimática energía en forma de calor, al ser
captada por las moléculas es transformado en energía cinetica. Ello favorece la
actividad de la enzima, pero si la temperatura es excesiva la enzima se
desnaturaliza por tanto la actividad enzimática cesa.
II.8.2. pH
Todas las enzimas tienen dos valores límites de pH entre los cuales son
efectivas. Traspasados estos valores, la enzima se desnaturaliza y deja de
actuar. Entre estos dos valores extremos se sitúa un pH en el cual la enzima
alcanza una efectividad máxima: es el llamado pH óptimo.
Cada reacción tendrá su pH optimo, por ejemplo, la pepsina es mas efectiva
sobre la hemoglobina a pH=2.2 y sobre la albumina a pH=1.5.
II.8.3. Tiempo
A medida que se consume el sustrato y la reacción se acerca al equilibrio, la
velocidad de la reacción misma disminuye hasta cero.
II.8.4. Concentración de la enzima ( pH y T se mantienen constante)
En presencia de exceso de sustrato la velocidad de la reacción es directamente
proporcional a la concentración de la enzima.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
II.8.5. Concentración del sustrato
En toda reacción enzimática, si se incrementa la concentración del sustrato se
produce un aumento de la velocidad de formación del producto. En este
proceso la enzima no varía. Si la concentración del sustrato es excesiva, la
velocidad de reacción no aumentará, debido a que todas las enzimas están en
forma de complejo E-S.
II.8.6. Activadores
Algunos iones favorecen la unión de la enzima con el sustrato, por ejemplo: la
enzima fosfolirasa, que regula la formación de ATP a partir de ADP y el grupo
fosfato (Pi), se ve activa por la presencia de iones Mg++.
III. DISTRIBUCION ENZIMÁTICA EN LOS COMPARTIMIENTOS
CELULARES
III.1. ENZIMAS EN MEMBRANA
III.1.1. Transferencia de información a través de la membrana
plasmática
¿Cómo puede una hormona extracelular u otra molécula regulatoria transmitir
información al interior de la célula sin cruzar físicamente la membrana
plasmática?
Casi todas las moléculas señalizadoras dependen de la interacción del sistema
de proteínas integrales de membrana para transmitir información por traducción
de señales. Luego que el ligando (una hormona señal, como una hormona u
otra molécula regulatoria) se une al receptor de membrana, la señal es
transmitida a través de una serie de proteínas. La molécula sintetizadora a
veces se denomina primer mensajero. A menudo, en la vía participan cinasas
de proteína, enzimas que transfieren grupos fosfatos del ATP a determinadas
proteínas integrales de membrana, llamadas proteínas G, así llamadas porque
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
su forma activa se une a un trifosfato de guanosina (GTP) una molécula similar
al ATP pero que contiene la base nitrogenada guanina en lugar de adenina. La
proteínas G catalizan la hidrólisis de GTP a GDP, un proceso exotérmico.
En una serie compleja de sucesos, una proteína G transfiere el mensaje del
receptor a una enzima como la ciclasa del adenililo, que cataliza la
producción de un segundo mensajero, a menudo a AMPc (adenosin
monofosfato cíclico). Típicamente el segundo mensajero activa cinasas de
proteínas, enzimas que a su vez, activan a determinadas proteínas
fosforilándolas. Esta secuencia de reacciones, que comienza con el enlace de
la molécula señalizadora con el receptor, ocasiona un cambio en alguna
función celular. Las proteínas G participan en varias traducciones de señales
importantes, que incluyen la acción de muchas hormonas. Algunas proteínas G
regulan conductos que permiten que los iones crucen la membrana plasmática
y otras más tienen funciones importantes en los sentidos de la vista, el olfato y
el gusto.
Se piensa que las proteínas Ras, un grupo de proteínas de unión a GTP que
actúan de modo un tanto similar a como lo hacen las proteínas G, son
importantes en la traducción de señales necesarias para muchas actividades
celulares. Los fibroblastos (un tipo de célula del tejido conectivo) requieren de
la presencia de dos factores de crecimiento (factor de crecimiento derivado de
las plaquetas) para la síntesis de ADN sin embargo, cuando los investigadores
desactivaron proteínas Ras inyectando en los fibroblastos anticuerpos dirigidos
contra ellas, el factor de crecimiento dejo de ser eficaz. Los resultados de estos
experimentos y otros similares llevaron a concluir que la proteína Ras es
importante en la traducción de señales en que participan factores de
crecimiento con una clase de enzimas llamadas cinasas de serina.
Los biólogos celulares han demostrado que cuando determinados ligamentos
se unen a integrinas (proteínas transmembranosas que conectaban las células
con la matriz extracelular) en la membrana plasmática, se activan vías de
señalización de dentro hacia fuera, influyen en que tan selectivas son las
integrinas respecto de las moléculas a las cuales se unen y que tan
fuertemente se une a ellas.
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III.1.2. Principales enzimas
III.1.2.1. ADENILATOCICLASA
Se encuentra en la cara interna de la membrana plasmática. Es una
enzima que cataliza la síntesis de adenosin monofosfato cíclico (AMPC),
que es un segundo mensajero que se encuentra también dentro de la
célula, a partir del ATP.
Es un compuesto que se activa en el mecanismo de acción de una
hormona hidrosoluble cuya secuencia es la siguiente:
La hormona hidrosoluble difunde desde la sangre, por el líquido
intersticial y se une a su receptor en la membrana plasmática de las
células blanco. Esto activa otra proteína membranosa, la proteína G,
que a su vez activa a la adenilato ciclasa.
La adenilato ciclasa convierte el ATP en adenosin monofosfato cíclico
(AMPC), en el citosol.
El AMPC o segundo mensajero activa una o más proteíncinasas
(enzimas), que pueden estar libres en el citosol o unidos a la membrana
plasmática.
Una única hormona unida al receptor supone la síntesis de muchas
moléculas de AMPC. Se encuentran también las proteínas G
inhibidoras, dependientes de receptores inhibidores, en este caso la
señal interacciona con el Pi (fósforo inorgánico) y éste actúa sobre la
proteína G, mecanismo semejante al anterior solo que en este caso con
tendencia inhibitoria.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
III.1.2.2. FOSFODIERASAS
Las fosfodiesterasas o nucleasas son enzima hidrolizas que catalizan la
ruptura de los enlaces fosfodiester como por ejemplo los que se establecen en
los ácidos nucleicos entre la pentosa de un nucleótido y el grupo fosfato de
otro. Su acción regula la concentración dentro de las células del AMP cíclico y
del GMP cíclico. Están descitas 5 isoenzimas. En la actualidad hay fármacos
usados como inhibidores de las fosfodiesterasas.
Estas enzimas se clasifican según el tipo de acido nucleico y el tipo de enlace
hidrolizan.
III.1.2.3. PROTEINCINASAS (PROTEIN KINASAS)
Enzima de la clase tranferasa que cataliza la reacción:
ATP + proteína =ATP + fosfoproteínas
La reacción fosforiliza grupos de serina, treonina y tirosina en enzimas y otras
proteínas. Proteincinasas específicas regulan enzimas que catalizan
reacciones claves en procesos tales como la renovación del glicógeno,
biosíntesis del colesterol y transformaciones de aminoácidos. Otras producen la
caseína secretadas en la leche.
La proteincinasa A, una enzima dependiente del AMP-c, fosforila las proteínas
intracelulares a través de su activación y realiza una importante labor
mediadora en diversas funciones fisiológicas cerebrales.
III.1.2.4. CINASAS (kinasa)
Subclase de transferasas que comprende a las enzimas que catalizan la
transferencia de un grupo de alta energía desde un donador, por lo general
trifosfato de adenosina, hacia algún receptor, y de los nombres diversos según
este último (por ejemplo: cinasa de la creatina, fructosinasa, galactosinasa,
exocinasa, etc.).
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
III.1.2.5. LA FOSFATASA ALCALINA (FAL)
Es una enzima hidrolasa responsable de eliminar grupos de fosfatos de varios
tipos de moléculas como nucleótidos, proteínas y alcaloides. El proceso de
eliminar el grupo fosfático se denomina desfosforilación. Como sugiere su
nombre, las fosfatasas alcalinas son más efectivas en un entorno alcalino.
La fosfatasa alcalina recibe el nombre de orto-fosfórico-monoéster hidrolasa.
Estas enzimas proceden de la ruptura normal de las células sanguíneas y de
otros tejidos, muchas de ellas no tienen un papel metabólico en el plasma
excepto las enzimas relacionadas con la coagulación y con el sistema del
complemento. Las fosfatasas alcalinas son enzimas que se encuentran
presentes en casi todos los tejidos del organismo, siendo particularmente alta
en huesos, hígado, placenta, intestinos y riñón. Tanto el aumento, así como su
disminución en plasma tienen significado clínico.
Las causas de un aumento de FAL:
Enfermedad ósea de Paget, obstrucciones hepáticas, hepatitis,
hepatoxicidad por medicamentos y osteomalacia.
Las causas de una disminución de FAL:
Cretinismo y déficit de vitamina C
III.1.2.6. NADPH OXIDASA:
Enzima flavoproteína que cataliza la reducción monovalente del oxígeno
utilizando NADPH como fuente de Electrones para formar un anión superóxido
(SUPERÓXIDOS).
Enzima de la clase oxido-reductasa que cataliza la reacción:
NADPH + O2 = NADPH+ + 2 O2−
La reacción forma parte del aumento brusco y repentino del consumo de
oxigeno de los fagocitos neutrófilos, eosinófilos y mononucleares .Produce
22
“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
aniones superóxidos como oxidantes en el sistema fagocítico microbicida.
La enzima depende de distintos citocromos. Defectos en la producción de iones
superóxidos por Enzimas como la NADPH Oxidasa dan lugar a Enfermedad
Granulomatosa Crónica.
III.2. ENZIMAS EN EL CITOPLASMA
III.2.1. ENZIMAS DEL ESPACIO SOLUBLE.
Enzimas glicolíticas:
Glicólisis: La glucólisis o glicólisis (del griego glycos: azúcar y lysis: ruptura), es
la vía metabólica encargada de oxidar o fermentar la glucosa y así obtener
energía para la célula. Ésta consiste de 10 reacciones enzimáticas que
convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato la cual es capaz de seguir
otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo.
Reacción global de la glucólisis
La vía principal de degradaciones del catabolismo tiene tres funciones
principales:
1. La generación de moléculas de alta energía (ATP y NADH) como fuente
de energía celular en procesos de respiración aeróbica (presencia de
oxígeno) y anaeróbica (ausencia de oxígeno).
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
2. La generación de piruvato que pasará al Ciclo de krebs, como parte de
la respiración aeróbica.
3. La producción de intermediarios de 6 y 3 carbonos que pueden ser
ocupados por otros procesos celulares.
III.2.1.1. Deshidrogenasa de lactato:
Enzima tetrámero que se encuentra en corazón, hígado, músculo,
eritrocitos, plaquetas y nódulos linfáticos. Se sintetiza desde dos genes
individuales distintos, que originan polipéptidos estructuralmente diferentes
pero con la misma actividad catalítica.
Corresponde a la categoría de las oxidorreductasas dado que cataliza una
reacción redox, en la que el piruvato es reducido a lactato gracias a la
oxidación de NADH a NAD+. Dado que la enzima también puede catalizar la
oxidación de hidroxibutirato, ocasionalmente es conocida como Hidroxibutirato
Deshidrogenasa (HBD).
Participa en el metabolismo energético anaerobio, reduciendo el piruvato
(procedente de la glucólisis) para regenerar el NAD+, que en presencia de
glucosa es el sustrato limitante de la vía glucolítica.
Hay cinco forma isoenzimáticas distintas codificadas por genes distintos. Su
función es la de reducir reversiblemente el piruvato a lactato. Está relacionada
con el infarto de miocardio, hemólisis y enfermedades del parénquima hepático.
III.2.1.2. Malato Deshidrogenasa
La enzima Malato deshidrogenasa cataliza la reacción de oxidación del (S)-
malato a oxaloacetato utilizando NAD+ como aceptor de electrones.
S-malato + NAD+ oxaloacetato + NADH
Esta enzima también oxida otros ácidos 2-hidrocarboxílicos.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
La malato deshidrogenasa (MDH) participa en el ciclo del ácido cítrico y existe
en todos los organismos aerobios. Mientras que los organismos procariotas
tienen una sola forma de MDH, en las células eucariotas hay dos isozimas: una
de ellas localizada en la matriz mitocondrial y otra en el citoplasma. Los hongos
y las plantas también tienen una forma glioxisomal que es usada en la ruta del
glioxilato. En los cloroplastos de las plantas hay una forma adicional de MDH
dependiente del NADP, malato deshidrogenasa (NADP+), que es esencial para
la fotosíntesis universal C3, ciclo de Calvin, y para la ruta C4 más
especializada.
III.2.1.3. Isocitrato Deshidrogenasa
Enzima alostérica, de PM 380 kD, formada 8 subunidades. Requiere de Mn2+ y
Mg2+.
La enzima cataliza la descarboxilación oxidativa del isocitrato a α -
cetoglutarato. En un primer paso cataliza la oxidación del isocitrato a una
cetona (oxalsuccinato), y posteriormente, la descarboxilación del carboxilato en
posición b con respecto a la cetona. En esta reacción sale el primer CO2 del
ciclo.
En los eucariotas existen al menos tres isozimas de la IDH:
a) IDH1 - Isocitrato deshidrogenasa dependiente del NADP+ citoplasmática
b) IDH2 - Isocitrato deshidrogenasa dependiente del NADP+ mitocondrial,
c) IDH3 - Isocitrato deshidrogenasa dependiente del NAD+, en los
humanos formada por las subunidades alfa, beta y gamma.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
III.2.1.4. La Aconitasa
Posee en su centro activo un centro de (4Fe-4S) encargado de coordinar el
OH del citrato, para facilitar su eliminación .Convierte al citrato en isocitrato a
través de una reacción de isomerización. La aconitasa es una enzima que se
llama enzima de tres puntos tiene tres sitios activos que se unen al CH, COO,
y la Acetil CoA queda muy lejos ósea queda en una posición en que no podría
formar el complejo enzima-sustrato y por lo tanto no se puede transformar.
Entonces la enzima lo que hace es que va a quitar ese oxidrilo por un H y
forma una molécula de HO pero la enzima se queda con ella y luego deja un
doble enlace y se llama cis-aconiato.
La aconitasa tiene fierro ferroso que es el que sostiene a la molécula de HO y
también tiene como cofactor al glutatión.
Llegamos al Isocitrato y tenemos la primera reacción oxidativa del ciclo.
CITRATO ISOCITRATO
Aconitasa
III.3. ENZIMAS EN ORGANELOS
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
III.3.1. Enzimas en Peroxisomas
Los peroxisomas son orgánulos citoplasmáticos muy comunes en forma de
vesículas que contienen oxidasas y catalasas. Estas enzimas cumplen
funciones de detoxificación celular. Como todos los orgánulos, los peroxisomas
solo se encuentran en células eucariontes.
Los peroxisomas son pequeñas vesículas provistas de membrana plasmática
semipermeable, que contienen varias enzimas que producen o utilizan peróxido
de hidrógeno (agua oxigenada, H2O2); se ha identificado más de 50 enzimas en
los peroxisomas de diferentes tejidos. Se forman por gemación al desprenderse
del retículo endoplasmático liso, aunque por sí mismos pueden abulatar cierta
porción de su membrana produciendo nuevos peroxisomas sin derramar su
contenido en el citoplasma. Dicha membrana protege la célula de los efectos
dañinos del interior del peroxisoma. Las partículas de su interior suelen estar
cristalizadas.
Los peroxisomas tienen un papel esencial en el metabolismo lipídico, en
especial en el acortamiento de los ácidos grasos de cadena muy larga, para su
completa oxidación en las mitocondrias, y en la oxidación de la cadena lateral
del colesterol, necesaria para la síntesis de ácidos biliares; también interviene
en la síntesis de glicerolípidos, ésteres lipídicos del glicerol (plasmógenos) e
isoprenoides; también contienen enzimas que oxidan aminoácidos, ácido úrico
y otros sustratos utilizando oxígeno molecular con formación de agua
oxigenada:
RH2 + O2 → R + H2O2
El agua oxigenada es un producto tóxico, que se degrada rápidamente dentro
del propio peroxisoma por la enzima oxidativa catalasa en agua y oxígeno
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
usando como intermediarios de ciertas sustancias orgánicas (en la ecuación la
variable R').
H2O2 + R'H2 → R' + 2H2O
III.3.1.1. Catalasa –Peroxidasa
En animales, el peróxido de hidrógeno sé destoxifica mediante las actividades
de la catalasa y la glutatión peroxidasa. Aunque la catalasa no es esencial para
algunos tipos de células en condiciones normales, tiene un importante papel en
la adquisición de tolerancia al estrés oxidativo en la respuesta adaptativa de las
células. La catalasa captura el H2O2 antes de que pueda escapar de la célula y
lo convierte en oxígeno molecular.
La catalasa es la enzima encargada de neutralizar el agua oxigenada, puede
también neutralizar el peróxido de hidrogeno generado en mitocondrias, en el
retículo endoplasmatico y en el citosol. La presencia de catalasa y peroxidasa
son las que usan los peroxisomas en el hígado para descomponer las
moléculas de alcohol en sustancias que puedan ser eliminadas del organismo.
III.3.1.2. Oxidasas Flavinicas:
Oxidan sustratos formando agua oxigenada.
El 25% de los ácidos grasos se degradan en los peroxisoma por un proceso de
beta oxidación que va a dar lugar a la Acetil CoA. La diferencia con la
mitocondria es que la primera reacción de oxidación en el peroxisoma produce
agua oxigenada, pues es catalizada por una oxidasa flavínica.
Las oxidas participan en reacciones metabólicas de oxidación utilizando el
oxigeno molecular y produciendo peróxido de hidrogeno.
III.3.1.3. Urato-Oxidasa
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
El urato oxidasa es una enzima homotetramérica que contiene cuatro sitios
activos idénticos situados en la interfacia entre sus cuatro subunidades. Está
compuesto de un número variable de aminoácidos (según la especie) siendo
alrededor de 300 residuos de los mismos, con un peso molecular 33438 Dalton.
El urato oxidasa es una enzima de la clase de las oxidoreductasas, que está
presente en varios organismos tanto unicelulares como multicelulares,
notándose sin embargo su ausencia en los seres humanos y algunos primates,
presentándose activa en el catabolismo de la purina. Esta enzima cataliza la
oxidación del ácido úrico a 5-hidroxiisourato, siendo el producto de la reacción
inestable transformándose espontáneamente en alantoína.
Ácido Úrico + O2 + H2O → 5-hidroxiisourato + H2O2→ alantoína + CO2
III.3.1.4. Superóxidos Dismutasa:
Enzima antioxidante natural del cuerpo que tiene la capacidad de neutralizar
un destructivo radical libre, el anión superóxidos producidas en las reacciones
de oxidación de las mitocondrias, retículo endoplasmatico y citosol. Es la
primera línea de defensa contra los radicales libres en el cuerpo humano.
III.3.1.5. Nucleasas
Las nucleasas son enzimas que producen la rotura de los enlaces fosfodiester
de la cadena polinucleotídica de los ácidos nucleicos.
Los ácidos nucleicos son degradados en sus constituyentes por medio de las
nucleasas especificas, primero en nucleótidos y luego en bases nitrogenadas.
Las nucleasas se pueden emplear en el tratamiento de enfermedades
producidas por virus, hongos, bacterias y algunos tipos de cáncer. Si el grupo
catalítico está unido a un oligonucleótido anti sentido pueden producir la rotura
del ARNm lo cual impide la síntesis de la proteína codificada por el gen
respectivo.
III.3.2. Enzimas en Cloroplastos.
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Ácido Úrico + O2 + H2O → 5-hidroxiisourato + H2O2→ alantoína +CO2Ácido Úrico + O2 + H2O → 5-hidroxiisourato + H2O2→ alantoína +CO2
“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
Los cloroplastos son orgánulos con forma de disco. Aparecen en mayor
cantidad en las células de las hojas, lugar en el cual parece que pueden
orientarse hacia la luz. Es posible que en una célula haya entre cuarenta y
cincuenta cloroplastos, y en cada milímetro cuadrado de la superficie de la hoja
hay 500.000 cloroplastos. Cada cloroplasto está recubierto por una membrana
doble. El cloroplasto contiene en su interior una sustancia básica denominada
estroma, la cual está atravesada por una red compleja de discos conectados
entre sí, llamados lamelas. Muchas de las lamelas se encuentran apiladas
como si fueran platillos; a estas pilas se les llama grana.
Los cloroplastos desempeñan una función aún más esencial que la de las
mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consiste en utilizar la
energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono
pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Los
cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que
utilizan las mitocondrias.
Principales enzimas
Enzima Característica
ATP – SINTETASA
El complejo ATP sintetasa es una enzima situada en la membrana de los tilacoides de los cloroplastos , encargada de sintetizar ATP a partir de ADP y un grupo fosfato y la energía suministrada por un chorro de protones (H+). Responde a la síntesis de ATP de Mitchell. La síntesis de ATP gracias a esta enzima se denomina fosfoliración oxidativa del ADP.Esta enzima está compuesta de dos subunidades. Una anclada a la mitocondria o al tilacoide llamada FO (CFO en el caso de los tilacoides) y otras que sobresalen por la cara interna de la estructura llamada F1(CF1 en el caso de los tilacoides).
FERRODOXINA – NADP
+ REDUCTASAS A
Es un enzima que contiene como centro
redox una molecula de FAD (Dinucleotido de
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
(FRN) FOTOSINTETICA
nicotinamida y adenina) y, cuya función es
catalizar la transferencia de electrones de
forma secuencial desde dos moléculas de
Ferrodoxina (transportador de un electrón) a
una molecula de NADP+, con objeto de
almacenar la energía luminosa captada
durante la fotosíntesis en poder reductor en
forma de NADPH.
RUBISCO
Rubisco es la forma abreviada con que
normalmente se designa a la enzima cuyo
nombre completo es ribulosa 1,5 difosfato
carboxilasa oxigenasa. Esta enzima tiene un
doble comportamiento que justifica su
nombre, catalizando dos procesos opuestos.
Primero la fijación del CO2 a una forma
orgánica, lo que justifica su clasificación como
carboxilasa. Segundo la fotorrespiracion, en
la que actúa como oxigenasa del mismo
sustrato. Rubisco es la proteína mas
abúndate de la atmosfera.
III.3.3. Enzimas en la mitocondria
Mitocondria, diminuta estructura celular de doble membrana responsable de la
conversión de nutrientes en el compuesto rico en energía trifosfato de
adenosina (ATP), que actúa como combustible celular. Por esta función que
desempeñan, llamada respiración, se dice que las mitocondrias son el motor de
la célula.
Se encuentran mitocondrias en las células eucariotas (células con el núcleo
delimitado por membrana). El número de mitocondrias de una célula depende
de la función de ésta. Las células con demandas de energía particularmente
elevadas, como las musculares, tienen muchas más mitocondrias que otras.
31
“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
Por su acusado parecido con las bacterias aeróbicas (es decir, que necesitan
oxígeno), los científicos creen que las mitocondrias han evolucionado a partir
de una relación simbiótica o de cooperación entre una bacteria aeróbica y una
célula eucariota ancestral.
La mayoría de las enzimas mitocondriales guardan relación con la producción
de energía, con las reacciones oxidativas que proporcionan la fuerza de
inducción necesaria para muchas funciones celulares.
III.3.3.1. Enzimas en la membrana externa de la mitocondria
La membrana externa posee enzimas capaces de modificar a los acidos grasos
para que estos puedan atravesar la membrana interna e ingresar en la matriz
mitocondrial donde son degradados.
En la membrana externa encontramos pocas enzimas entre las que más
destacan:
Reductasas de citocromos b5
Amina oxidasa
Sintetaza de acil CoA
Aceltransferrasa de colina
Fosfotransferrasa de colina
Quinasa de adenilato
Hexoquinasa
Fosfolipasa A2
III.3.3.2. Enzimas en el espacio intramembranoso
Dada la presencia de la porina en la membrana externa su contenido de
solutos es similar al del citosol.
Las principales enzimas son:
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
Quinasa de adenilato
Quinasa de adenilato
Quinasa de nucleósido difosfatado
Quinasa de nucleósido monofosfatado
Reductasa de xilulosa
III.3.3.3. Enzimas de la membrana interna
La membrana interna contiene más proteínas, carece de poros y es altamente
selectiva; contiene muchos complejos enzimáticos y sistemas de transporte
transmembrana, que están implicados en la translocación de moléculas. Esta
membrana forma invaginaciones o pliegues llamadas crestas mitocondriales,
que aumentan mucho la superficie para el asentamiento de dichas enzimas. En
la mayoría de los eucariontes, las crestas forman tabiques aplanados
perpendiculares al eje de la mitocondria, pero en algunos protistas tienen forma
tubular o discoidal. En la composición de la membrana interna hay una gran
abundancia de proteínas (un 80%), que son además exclusivas de esta
organela. Las principales enzimas son:
Dehidrogenasa de succinato
Dehidrogenasa de NADH
Sintasa de ATP
Dehidrogenasa de 3-hidroxibutarato
Palmitoiltransferasa de carnitina
Dehidrogenasa de glicerol-3-fosfato
Hexoquinasa
Oxidasa de citocromo c
III.3.3.4. Enzimas de la matriz mitocondrial
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
En la matriz mitocondrial tienen lugar diversas rutas metabólicas clave para la
vida, como el ciclo de Krebs y la beta-oxidación de los ácidos grasos; también
se oxidan los aminoácidos y se localizan algunas reacciones de la síntesis de
urea y grupos hemo.
Molécula EnzimaTipo de
reacción
Reactivos
/
Coenzima
s
Productos/
Coenzima
I. Citrato 1. Aconitasa Deshidratación H2O
II. cis-Aconitato 2. Aconitasa Hidratación H2O
III. Isocitrato3.Isocitrato
deshidrogenasaOxidación NAD+ NADH + H+
IV. Oxalosuccinato4.Isocitrato
deshidrogenasa
Descarboxilaci
ón
V. α-cetoglutarato5.α-cetoglutarato
deshidrogenasa
Descarboxilaci
ón oxidativa
NAD+ +
CoA-SH
NADH + H+
+ CO2
VI. Succinil-CoA6.Succinil-CoA
sintetasaHidrólisis
GDP
+ Pi
GTP +
CoA-SH
VII. Succinato7.Succinato
deshidrogenasaOxidación FAD FADH2
VIII. Fumarato8.Fumarato
HidratasaAdición (H2O) H2O
IX. L-Malato9.Malato
deshidrogenasaOxidación NAD+ NADH + H+
X. Oxaloacetato10. Citrato
sintasaCondensación
III.3.4. Enzimas en Lisosomas
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
Saco delimitado por una membrana que se encuentra en las células con núcleo
(eucariotas) y contiene enzimas digestivas que degradan moléculas complejas.
Los lisosomas abundan en las células encargadas de combatir las
enfermedades, como los leucocitos, que destruyen invasores nocivos y restos
celulares.
El tamaño de los lisosomas es muy variable, pero suele oscilar entre 0,05 y 0,5
micrómetros de diámetro. Cada uno está rodeado por una membrana que
protege la célula de las enzimas digestivas del lisosoma. Las proteínas de la
membrana protegen la actividad de las enzimas manteniendo la acidez interna
adecuada; también transportan los productos digeridos fuera del lisosoma.
Las enzimas lisosómicas se fabrican en el retículo endoplasmático rugoso y se
procesan en el aparato de Golgi. Se distribuyen englobadas en sacos llamados
vesículas de transporte que se funden con tres tipos de estructuras envueltas
por membranas: endosomas, fagosomas y autofagosomas. En todos los casos,
las enzimas digestivas suministradas por los lisosomas digieren los objetos
envueltos en membranas y los reducen a compuestos sencillos que se envían
al citoplasma como nuevos materiales de construcción celular.
Las alteraciones de las enzimas lisosómicas pueden causar enfermedades. Los
niños nacidos con la enfermedad de Tay-Sachs carecen de una enzima que
degrada un lípido complejo llamado gangliósido. Cuando se acumula en el
organismo, daña el sistema nervioso central, provoca retraso mental y causa la
muerte a los cinco años. La inflamación y el dolor asociados con la artritis
reumatoide y la gota tienen relación con la fuga de enzimas lisosómicas.
a) Enzimas proteolíticas:
Catepsinas B, D, G, L
Elastasa
Colagenasa
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
b) Hidrólisis de esteres:
Deoxiribonucleasa II
Ribonucleasa II
c) Hidrólisis de glucósidos:
Glucoronidasa
Acetil hexosaminidasa
Hialuronoglucosaminidasa
Lisosima
Neuraminidasa
d) Hidrólisis de lípidos:
Fosfolipasa A1 y A2
Esterasa de colesterol
FOSFATASA ACIDA
La enzima fosfatasa ácida pertenece a la clase hidrolasa. Las fuentes
principales de la fosfatasa ácida son la glándula prostática, plaquetas, el baso,
los riñones y los glóbulos rojos. Estas fosfatasas tienen actividad óptima por
debajo de un PH 7,0.
La fosfatasa ácida prostática es de mayor interés clínico ya que puede
encontrarse en concentraciones séricas elevadas de enzimas que produce en
pacientes con carcinoma prostático con metástasis.
La fosfatasa ácida es considerada un marcador lisosómico. Esta enzima se
encuentra en polimorfo nucleares, neutrófilos, macrófagos, fibroblastos y
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
linfocitos. También fue relacionada con procesos de lisis celular,
queratinización, metabolismo de huesos, inflamación y en la síntesis y
degradación de colágeno.
III.3.5. Enzimas en Retículo Endoplasmático
También llamado retículo endoplásmico, sistema de membranas que fabrica y
transporta materiales dentro de las células con núcleo (células eucariotas). El
RE está formado por túbulos ramificados limitados por membrana y sacos
aplanados que se extienden por todo el citoplasma (contenido celular externo al
núcleo) y se conectan con la doble membrana que envuelve al núcleo. Hay dos
tipos de Retículo Endoplasmático: liso y rugoso.
a) Enzimas en Retículo Endoplasmático Liso
El RE liso (REL) desempeña varias funciones
Interviene en la síntesis de casi todos los lípidos que forman la
membrana celular y las otras membranas que rodean las demás
estructuras celulares, como las mitocondrias. Las células especializadas
en el metabolismo de lípidos, como las hepáticas, suelen tener más RE
liso.
Liberación de glucosa a partir de Glucosa 6-fosfato vía Glucosa 6-
fosfatasa.
El RE liso también interviene en la absorción y liberación de calcio para
mediar en algunos tipos de actividad celular. En las células del músculo
esquelético, por ejemplo, la liberación de calcio por parte del RE activa
la contracción muscular.
Además el RE liso participa en los procesos de detoxificación celular,
siendo el lugar donde son metabolizadas una gran cantidad de drogas
como fenobarbital, alcaloides, hidrocarburos aromáticos. La
detoxificación tiene lugar por una serie de enzimas oxigenasas entre las
que se encuentra el citocromo P450 que dada su inespecificidad son
37
“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
capaces de detoxificar miles de compuestos hidrófobos
transformándolos en hidrófilos, más fáciles de excretar.
Enzimas principales:
ENZIMA FUNCIÓN
CITOCROMO P -450
Realizan la desintoxicación en el hígado de diversos compuestos orgánicos. Estas enzimas se caracterizan por su falta de especificidad de sustrato y pueden oxidar miles de compuestos hidrófobos distintos y convertirlos en sustancias mas hidrofílicas y más fáciles de excretar. Los efectos no siempre son positivos. Por ejemplo, el compuesto relativamente inocuo venzo pireno que se forma cuando se requema la carne en una parrilla se convierte en un carcinogenopotente por efecto de las enzimas desintoxicantes del REL. Las enzimas del citocromoP-450 metabolizan muchos medicamentos prescritos y la variación genética en estas enzimas en los seres humanos explican la diferencia en la efectividad y acciones colaterales de muchos fármacos entre unas personas y otras.
GLUCOSA 6-
FOSFATASA
Cuando se requiere energía esta enzima convierte elglucógeno en glucosa 6-fosfato luego retiran el grupoFosfato, lo que genera moléculas de glucosa en la sangre, que las lleva a los tejidos del cuerpo.Esta enzima activada por el Mg+2 se encuentra en la cara luminar del (RE) de los hepatocitos y células renales ésta enzima no se encuentra en el músculo ni en el cerebro por lo que la gluconeogénesis no se da en estos tejidos.La glucosa 6 fosfatasa es una enzima de membrana y está localizado en su centro activo dentro del retículo endoplasmatico (RE). La glucosa-6fosfato se transporta hacia el interior del RE por una proteína T1, allí eshidroglucosa más Pi por la glucosa – 6 - fosfatasa, y entonces la glucosa pasan de nuevo al citosol por las proteínas T3 la glucosa 6 – fosfatasa está estabilizada por una proteína asociada unida a Ca2 La relación catalizada por la glucosa 6 fosfatasa no requiere de síntesis de ATP si no que es una simple hidrólisis de un éster fosfato.Glucosa 6 fosfato + agua glucosa Pi - 138 K/ mol
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
La deficiencia de la enzima glucosa 6 fosfatasa se denomina enfermedad de von Gienke o glucogenosis de tipo I.
b) Enzimas del Retículo Endoplasmático Rugoso
Presentan ribosomas en su superficie externa adheridos a proteínas
denominadas riboforinas. Se ubica cerca del núcleo, el retículo endoplasmático
rugoso es el punto inicial de la vía biocinética: es el punto donde se sintetizan
las proteínas, cadenas de carbohidratos y fosfolípidos que viajan
por los compartimientos membranosos de la célula.
Funciones:
Es responsable de la síntesis y segregación de proteínas no citosólicas.
Síntesis de proteínas en ribosomas unidos con la membrana o con
ribosomas libres.
Síntesis de proteínas secretoras, lisosómicas o vacuolares vegetales en
los ribosomas unidos a membranas.
Procesamiento de proteínas recién sintetizadas en el Retículo
Endoplasmático.
Síntesis de proteínas integrales de membrana en los ribosomas unidos a
la membrana.
Principales enzimas en el Retículo Endoplasmático rugoso:
Enzima Función
OLIGOSACARIL
TRANSFERRASAS
Agrega los carbohidratos a las proteínas nacientes y junto con la peptidasa de señal son proteínas integrales de la membrana que están próximas a la translocación y actúan sobre las proteínas nacientes conforme entra la luz
39
“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
del retículo Endoplasmático, trasfiere unos monosacáridos específicos de un donador de azúcar apropiado a un aceptor de azúcar apropiado. La molécula donadora siempre es el azúcar de nucleótido y la receptora es el extremo creciente del carbohidrato.
PEPTIDASAS DE SEÑAL
Retira la porción N-terminal de la mayoría
de los polipeptidos nacientes que
contiene el péptido de señal.
ISOMERASAS DE
FOSFOSFOMANOSA
Cataliza la conversión de la fructuosa 6-
fosfato en manosa 6 fosfato, una reacción
crucial en la vía que hace que la manosa
este disponible para incorporarla a los
oligosacaridos. La afeccion puede
tratarse con complementos orales de
manosa. Al principio el tratamiento se
probo que sufria de hemorragias
gastrointestinal intolerable, una de las
complicaciones frecuentes de la
enfermedad. Unos meses después de
iniciar el complemento de manosa el niño
lleva una vida normal.
ISOMERASA DE
DISULFURO DE
PROTEINA (PDI)
Cataliza la unión entre los enlaces de
disulfuro y los residuos de cisterna de las
cadenas polipeptidicas. Los enlaces de
disulfuro tienen una función esencial en el
mantenimiento de la estabilidad de las
proteínas.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
III.3.6. Enzimas en el Aparato de Golgi
La principal función del aparato de Golgi es la secreción de las proteínas
producidas en los polisomas del RE rugoso, las cuales se incorporan por la
cara ‘cis’ procedentes de las vesículas de transición. A continuación atraviesan
la zona media y emigran a la cara ‘trans’; desde aquí pasan a las vesículas
secretoras para ser eliminadas por un proceso de exocitosis al medio
extracelular.
En este proceso, las membranas de las vesículas se fusionan con la membrana
plasmática, de tal forma que esta se regenera.
Algunas vesículas secretoras que contienen enzimas hidrolíticas se
transforman en lisosomas. Además, en este orgánulo ocurre la glucosilación de
proteínas y lípidos para producir glicoproteínas y glicoesfingolípidos. Los
azúcares, oligosacáridos que ya se habían unido a proteínas y lípidos en el RE,
son eliminados y sustituidos por otros nuevos en el aparato de Golgi. Algunos
de los productos que se secretan intervienen en la formación de la pared
celular de las células vegetales.
Principales enzimas
ENZIMA FUNCIÓN EN EL APARATO DE GOLGI
GLUCOSIL
TRANSFERASAS
Participan en el proceso de glucosilación. Y dentro de
estas está la transferasa de sialilo (que coloca un acido
siálico en la posición terminal de la cadena en células
animales. Se localiza en extremo trans de la pila de
Golgi. Entre otras tenemos a: sialiltransferasa,
galactosiltransferasa, N-acetilglucosaminiltransferasa,
galactosiI-N-acetilglucosamina transferasa, etc. (estas
últimas enzimas están involucradas en la transferencia
de ácido CMP-neuramínico (CMP-NANA), UDP-
galactosa y UDP-acetilglucosamina a los oligosacáridos
precursores, las cuales están altamente concentradas
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
en la fracción de Golgi de hígado de rata)
MANOSIDASA II
Una enzima residente de las cisternas mediales del
aparato de Golgi. La enzima aparece en una vesícula y
las cisternas. Se presume que la vesícula marcada
transporta la enzima en sentido retrógrado para
compensar el movimiento de avance de la enzima como
resultado de la maduración de las cisternas.
El Aparato de Golgi también presenta enzimas que se hallan en el Retículo
endoplasmático, como NADH citocromo b5 reductasa, NADH citocromo c
reductasa y 5-nucleotidasa.
Además el Aparato de Golgi se encarga de ensamblar las enzimas que se van
encontrar presentes en el lisosoma.
GLUCOSIL
TRANFERASAS
Dentro de estas tenemos:
Participan en el proceso de
glucosilación
Involucradas en la transferencia de
GALACTOSIL-N
Lipasa
Fosfolipasa A1, A2
Fosfatasa ácida (varios tipos)
Fosfoproteína - fosfatasa
Fosfodiesterasa
Fosfolipasa e
Antisulfatasa A y B
Hidrolasas que actúan sobre
compuestos glucósidos
Lisozima (Muramidasa)
Neuraminidasa
Glucosidasa
Glucosidasa
Galactosidasa
Glucoronidasa
Hialuronidasa
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
Hidrolasas que actúan sobre uniones
peptídicas
Carboxipeptidasa
Catepsina A
Carboxipeptidasa ácida
Dipeptidasa
Catepsina Bl, B2, C, D, E
Colagenasa
Enzimas que actúan sobre uniones
anhidrido - ácido en anhidridos que
tienen fosforilo
Pirofosfatasa
Arilfosfatasa
Enzimas que actúan sobre las uniones P
- NFosfamidasa
III.3.7. Enzimas en el Glioxisoma
Son organelos que se encuentran en las células eucariota, particularmente en
los tejidos de almacenaje de lípidos de las semillas, y también en los hongos
filamentosos. Los glioxisomas son peroxisomas especializados que convierten
los lípidos en carbohidratos durante la germinación de las semillas.
En los glioxisomas, los ácidos grasos se hidrolizan a acetil-CoA mediante las
enzimas β-oxidación peroxisomiales. Además, contienen las enzimas clave del
ciclo del glioxilato (isocitrato liasa y malato sintasa). Así realizan la ruptura de
los ácidos grasos y producen los productos intermedios para la síntesis de
azúcares por gluconeogénesis.
Principales enzimas del Glioxisoma
ENZIMA FUNCIÓN
Isocitrato liasa. Enzima clave del ciclo del glioxilato.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
Malato sintasa. Enzima clave del ciclo del glioxilato.
III.4. ENZIMAS EN EL NÚCLEO
III.4.1. Enzimas enlazadas a Cromatina
Enzima Función
ARN POLlMERASA II ARN polimerasa II, localizada en el núcleoplasma
Sintetiza precursores de ARN mensajero. Esta
polimerasa es el tipo más estudiado, y se
requieren factores de trascripción para que se
una a los promotores del ADN.
Produce ARN heterogéneo nuclear (ARN-hn) que
tras el procesamiento da lugar a los ARN
mensajeros (ARN-m) que se traducen a
proteínas.
Las ARN polimerasas o transcriptasas, a
diferencia de lo que ocurre con las ADN
polimerasas, carecen de función "correctora de
pruebas". Esta diferencia se debe en primer lugar
a que los transcritos son cortos y la probabilidad
de que uno de los ARN posea una alteración es
baja, y en segundo lugar a que la vida media de
los ARN es corta y pronto se vuelve a sintetizar
otro ARN nuevo. Por consiguiente el que exista
un ARN con una alteración no es grave ya que
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
durará poco y será remplazado pronto por otro
nuevo sin la alteración. Sin embargo, un error en
la replicación del ADN puede transmitirse a todas
las células que deriven por división de la célula
afectada.
ARN POLlMERASA
III
Las ARN polimerasas III sintetizan ARN de transferencia, ARN ribosómico de 5S y otros pequeños ARN encontrados en el núcleo celular y en el citoplasma.
Las ARN polimerasas están constituidas de al menos 10 subunidades, ciertas de entre ellas son comunes a las 3 enzimas mencionadas. Las más grandes subunidades de cada polimerasa son homólogas entre ellas y entre sus sub-unidades a, b y b' al ARN polimerasa de la E.coli.
Los complejos enzimáticos de las polimerasas eucariontes son separables en columnas de intercambio iónico y sus actividades catalíticas de polimerización son distinguibles unas de otras por su sensibilidad relativa a la droga alfa amanitina.Así se tiene que el tipo enzimático más sensible es la ARN polimerasa II (que transcribe ARN mensajeros) y la enzima menos sensible, o relativamente resistente, es la ARN polimerasa I (que transcribe ARN ribosomal). La ARN polimerasa III presenta una sensibilidad intermedia a la droga.
TRIFOSFATASA DE
NUCLEOSIDO
Una enzima que cata liza la hidrólisis de
nucleósidos trifosfatos a nucleósidos difosfatos.
También puede catalizar la hidrólisis de
nucleótidos trifosfatos, difosfatos, tiamina
difosfatos y FAD. El nucleósido trifosfato
fosfohidrolasas I y II son subtipos de la enzima y
se encuentran principalmente en virus.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
También cumple otra función, tal como
transportar Ca2+a través de la membrana. Estas
enzimas pueden ser dependientes de Ca2+, Mg2+,
aniones, H+, o ADN.
ADN POLIMERASA La ADN polimerasa es una enzima que cataliza la síntesis de ADN a partir de desoxirribonucleótidos y de una molécula de ADN plantilla o molde que es la que será "copiada".Tras la acción de la ADN polimerasa I y una vez que se han eliminado y añadido alrededor de unas 10 bases, interviene la enzima ADN ligasa, que une los extremo libres del fragmento recién formado con el resto de la cadena, recuperando así el ADN su estructura normal.Esta enzima interviene en dos procesos:Por un lado, en la duplicación del ADN en forma de cromatina para dar a cada célula hija una copia del ADN original en el proceso de la mitosis. En este caso, la enzima copia la cadena de nucleótidos de forma complementaria (A por T, C por G).Por otro lado, en el proceso de transcripción del ADN, copiando el ADN de de una de las cadenas de nucleótidos, pero esta vez, la copia se realiza en forma de ARN, también de forma complementaria (A por U, C por G).La propiedad de las ADN polimerasas para replicar hebras de ADN se utiliza para la reacción en cadena de la polimerasa, conocida como PCR por sus siglas en inglés, para obtener un gran número de copias de un fragmento de ADN particular, amplificándolo para propósitos de investigación.En cada horquilla de replicación, la ADN polimerasa y otras enzimas sintetizan dos nuevas cadenas de ADN que son complementarias respecto a las 2 cadenas originales. Durante este proceso, la ADN polimerasa reconoce una base
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
nucleotídica no apareada de la cadena original y la combina con un nucleótido libre que tiene la base complementaria correcta.Luego, la ADN polimerasa cataliza la formación de nuevos enlaces covalentes que ligan el fosfato del nucleótido libre entrante con el azúcar del nucleótido previamente.
III.4.2. Enzimas enlazadas al Nucleolo
Enzima Función
METILASAS DEL RNA
Es una enzima que cataliza la metilación de
bases o ribosa en las moléculas de ARN.
Otros tipos de metilasas:
DAM
La metilasa dam pone un metilo sobre el
nitrógeno 6 (m6N) del adénine en la
secuencia GATC. El ADN listo a partir de
células dam + contendrá Gm6ATC y no será
cortando por enzimas bloqueadas por este
modo de metilación (Mbo I y Bam HI).
DCM
Las metilasas dcm ponen un metilo sobre el
carbono 5 del citosina (m5C) en la secuencia
CCAGG o CCTGG. El ADN listo a partir de
células dcm + contendrá Cm5(A/T)GG y no
será cortando por enzimas bloqueadas por
este modelo de metilación (Bst OI).
QUINASA DE
La función de la quinasa en la célula
Las quinasas incluyen en un gran número de enzimas que regulan la actividad de otras proteínas y, más indirectamente, las actividades de las células. Todas las quinasas añaden grupos de fosfato a otras moléculas, a menudo otras proteínas, en la célula. La fosforilación de las
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
PROTEÍNAS
QUINASA DE
PROTEÍNAS
proteínas, la adición de un grupo de fosfato a una cadena del aminoácido, es una acción regulatoria muy importante. Por la razón de que cada grupo de fosfato lleva consigo dos cargas negativas, la adición de un fosfato puede alterar la forma de la proteína. La forma alterada de una proteína es a menudo relacionada con la actividad alterada de la proteína. La habilidad de cambiar la conformación de una proteína entre dos formas diferentes permite un control regulatorio sobre la actividad de la proteína. La fosforilación (la adición de un grupo de fosfato a una proteína) por las quinasas es un proceso reversible, y las proteínas pueden ser desfosforiladas (removimiento de un grupo de fosfato) por enzimas que se conocen proteína-fosfatasa. Estos dos grupos de enzimas a menudo trabajan juntas para "apagar" y "encender" las señales celulares. Las quinasas juegan un papel muy importante en varios procesos de señalización intracelular, incluyendo aquellos que controlan el crecimiento y la división celular.
Las quinasas y el cáncer
El crecimiento celular y los procesos del ciclo celular se encuentran activados constitutivamente en las células cancerosas. Las funciones normales ejercidas por las quinasas y las fosfatasas ya no sirven. Una característica clave de las células cancerosas es su habilidad de reproducirse en la ausencia de señales externas tales como los factores de crecimiento. En el proceso normal, los factores de crecimiento que son emitidos por otras células se ligan a los receptores en la superficie celular, estimulando a que la célula se divida. Las células cancerosas encienden estos procesos en la ausencia de un factor de crecimiento. Esto puede ocurrir por una mutación en un gen de una quinasa o de una fosfatasa. En un ejemplo,
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
la leucemia crónica mieloide, una translocación cromosomal en particular (llamado el cromosoma Philadelphia) ha sido identificada que crea una quinasa nueva que se encuentra "encendida" todo el tiempo. Los procesos que esta quinasa controla permanecen, efectivamente, siempre activos. Esto resulta en la proliferación de células cancerosas. GHGKGHJJ
FOSFATASA DE LA
FOSFOPROTEINA
Ha sido implicada en diferentes facetas de la función celular.
En mamíferos, es una de las principales fosfatasas de serina/treonina y modula muchas proteínas involucradas en transducción de señales, incluyendo moléculas de superficie que funcionan como receptores, PQ citosólicas y factores de transcripción. Además, modifica proteínas de importancia en la regulación del ciclo celular y en la transformación, crecimiento y división celular.
RIBONUCLEASAS Las ribonucleasas (RNasas), pertenecientes a la superfamilia Ribonucleasa A, son enzimas que participan en varios procesos fisiológicos, que van desde el procesamiento alternativo del RNA hasta la angiogénesis.
Estas enzimas son expresadas por diferentes tejidos y exhiben especificidades variables contra diferentes sustratos de RNA. El potencial terapéutico de las RNasas se ha sugerido en procesos oncogénicos; adicionalmente, se ha descrito que tienen actividad antiviral directa y el potencial de activar células del sistema inmune innato induciendo su maduración y la producción de citoquinas proinflamatorias. Nuestro grupo de investigación ha realizado estudios que señalan la capacidad de cuatro RNasas recombinantes: EDN, -4EDN, RNasa A y angiogenina de inhibir la replicación del virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 en linfocitos T de sangre periférica
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
activados. En este artículo se revisará la clasificación de las ribonucleasas que constituyen la superfamilia RNasa A y se describirá, en forma detallada, lo que se conoce de la función biológica, acción antiviral y mecanismo de acción de las RNasas a las que se les ha reportado actividad antiviral.
IV. CONCLUSIONES
Prácticamente todas las reacciones químicas dentro de las células son
catalizadas por las enzima.
Las enzimas incrementan la velocidad de las reacciones uniendo
sustratos en la posición adecuada, alterando la conformación de los
sustratos para aproximarlos al estado de transición y participando
directamente en las reacciones químicas.
Las enzimas son muy importante a que serían la clave de todos los
procesos vitales y fisiológicos que rigen los fenómenos de la vida.
Todas las actividades de las enzimas son reguladas para cubrir las
necesidades esenciales de la célula.
La actividad enzimática puede ser controlada a través de la unión de
moléculas pequeñas, de interacción con otras proteínas y de
modificaciones covalentes.
Las coenzimas trabajan junto con las enzimas para transportar grupo
bioquímicos entre sustratos.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
V. ANEXO
ENZIMAS Y MANIPULACIÓN GENÉTICA
La investigación genética necesita la manipulación de ADN para poder
construir teorías sobre los mecanismos que suceden en las células in vivo y
elucidar la estructura del genoma y su organización (intrones, exones,
elementos de regulación), también para poder desarrollar técnicas nuevas de
curación y terapia mediante la caracterización de los genes terapéuticamente
interesantes, y para la fabricación de plantas y animales de las características
deseadas, con un mayor rendimiento agrícola y ganadero. Es importante
mantener siempre en el pensamiento que la manipulación genética sirve un fin
muy determinado, que a veces se difumina cuando se entra en profundidades
técnicas.
Técnicas básicas:
Hay que tener en cuenta que toda la manipulación genética implica un
aislamiento del medio celular, por lo que las condiciones de experimentación
son todas in vitro, y no tienen nada que ver con el metabolismo de las ácidos
nucleicos. Con esta premisa en mente, los resultados que se pudieran obtener
mediante estas técnicas siempre deberán ser contrastados y verificados antes
de extrapolarlos a la situación de un organismo vivo. Estas técnicas utilizan las
enzimas presentes en las células como herramientas para poder cortar,
empalmar, duplicar, amplificar y recombinar los fragmentos de ADN con los que
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
se trabaja; en suma, las enzimas efectúan las mismas funciones que en el
medio fisiológico, pero libres de todo factor de regulación, para hacer su
actividad más predecible y permitir una manipulación al antojo del
experimentador. Ésta es la principal diferencia entre los sistemas in vivo e in
vitro.
Métodos enzimáticos.
Las técnicas de manipulación enzimática de los ácidos nucleicos son mucho
más finas y específicas que las anteriores, por lo que se puede hablar de
disección génica. Las enzimas, llamadas nucleasas, se extraen de diversos
organismos, generalmente microscópicos, y hay de todos los tipos: endo- y
exonucleasas, ADN o ARNasas, específicas de secuencia o no, específicas de
hebra sencilla o de doble hebra, y todas las combinaciones entre ellas. En la
siguiente lista se detallan algunas de las más utilizadas.
ADNasa I.
Es una endonucleasa de E. coli que corta ADNds y ADNss, sin especificidad de
secuencia, pero preferentemente detrás de pirimidinas. El corte al azar sobre
ADNds se realiza en distintos sitios en cada hebra si el medio tiene Mg2+, pero
si el catión es Mn2+ los dos cortes están generalmente en el mismo sitio. El
uso indiscriminado (al azar) de esta enzima permite determinar zonas de
actividad de la cromatina mediante la mayor abundancia de cortes, lo que
significaría que el ADN está más expuesto al corte.
Exonucleasa III.
Otra enzima de E. coli que elimina nucleótidos uno por uno desde los extremos
3'-OH. Actúa sobre todos los tipos de ADNds que tengan esos extremos (lineal
y circular con una muesca), y en los ADNds se utiliza para fabricar extremos
cohesivos (extremos de una molécula de ADNds en los que una de las hebras
sobresale un poco sobre la otra).
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
ADN polimerasa I.
Es la reina de la fiesta por excelencia. Se obtiene de E. coli y fue una de las
primeras en estudiarse y caracterizarse. Como todas las ADN polimerasas
conocidas, tiene tres actividades diferenciadas: ADN polimerasa 5'-3' (necesita
empezar por un extremo 3'-OH libre), exonucleasa 5'-3' (para eliminar
cebadores in vivo), y ADN exonucleasa 3'-5' (Actividad correctora de errores).
La actividad exo5'-3' se utiliza para sustituir una hebra en un ADNds con una
muesca (producida por la ADNasa I) por otra exactamente igual, pero marcada,
en lo que se llama marcaje por desplazamiento de la mella. Sin embargo, esta
actividad es tan potente que puede significar un problema, al eliminar cualquier
hebra con un extremo 5'-fosfato, por lo que se ha diseñado una ADN
polimerasa especial, llamada ADN polimerasa Klenow (que sólo consta de la
subunidad con ese mismo nombre, el núcleo), en la que falta la actividad
exonucleasa 5'-3'. Estas ADN polimerasa especiales no pueden hacer traslado
de la mella, sino sólo rellenar huecos o eliminar extremos cohesivos al alargar
el extremo más corto sobre el más largo (rellenar los huecos generados con
Bal31). Otra función de esta polimerasa es la técnica de polimerización con
iniciación al azar (random priming), en la que un oligo pequeño (4 ó 6 nt) se
une más o menos inespecíficamente a un fragmento de ADN desnaturalizado
(la unión inespecífica se obtiene suavizando las condiciones de hibridación). El
oligo presenta el extremo 3'-OH necesario para comenzar la síntesis, que ha de
hacerse a un pH ligeramente ácido (6,6) para minimizar el efecto de la actividad
correctora de errores, que evitaría la polimerización sobre el oligo, al no
aparear exactamente éste con el ADN molde.
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“DISTRIBUCIÓN DE ENZIMAS EN LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES”
VI. BIBLIOGRAFÍA
DE ROBERTIR E.H. Biología Celular y Molecular 12º Edición. Buenos
Aires El Ateneo 2005.
H. ROBERT HORTON. “Bioquímica”. Editorial Prentice Hall. México.
C. A. SMITH & E. J. WOOD. “Moléculas Biológicas”. Editorial Addison
Wesley Iberoamericana. México.
Bioquímica, Capitulo 6: ENZIMAS CONCEPTOS BÁSICOS Y
CINÉTICA-Pag 103-116
MONTGOMERY Célula 3º Edic.Editorial Harcourt Brace – PAG-69-72
HARPER bioquímica ilustrada 16º edic.
54