PREGUNTAS RESUELTAS. LOS ENZIMAS 1.- Explica cuáles son los principales factores que afectan a la actividad enzimática. 2.- Qué es un inhibidor y de cuántos tipos puede ser la acción que realizan? 3.- Diferencia entre cofactor y coenzima. 4.- Cómo se define la velocidad de un proceso enzimático? Qué efecto tiene sobre ella la cantidad de sustrato presente en el medio de reacción? 5.- Dónde actúan los enzimas alostéricos? 6.- Define centro activo y complejo enzima-sustrato. 7.- En los enzimas alostéricos, es lo mismo el centro activo que el centro alostérico? 1 / 7
8.- Cita tres propiedades por las que podamos considerar a los enzimas como catalizadores. Qué es el centro activo? 9.- Diferencias entre inhibición competitiva y no competitiva. 10.- Principales tipos de coenzimas. 11.- Explica qué es un catalizador y por qué es necesaria su existencia para que las células desarrollen su actividad. 12.- Qué características poseen los enzimas alostéricos? SOLUCIONES: 1.- Explica cuáles son los principales factores que afectan a la actividad enzimática. Solución: Los principales factores que afectan a la actividad enzimática son: Temperatura: Las reacciones controladas enzimáticamente tienen lugar dentro de un intervalo óptimo de temperaturas, fuera del cual o no suceden, o lo hacen lentamente. A temperaturas bajas, los 2 / 7
enzimas carecen de energía cinética suficiente para encontrarse y unirse. Por el contrario, temperaturas elevadas hacen que el enzima se desnaturalice. ph: Las reacciones metabólicas suceden, también, dentro de un intervalo óptimo de ph. Las variaciones de ph pueden influir de varias maneras: Si el centro activo contiene aminoácidos con grupos ionizados, varían con el ph. La ionización de aminoácidos que no estén en el centro activo puede provocar modificaciones en la conformación que también afecte a la actividad. El sustrato puede verse afectado por las variaciones del ph. 2.- Qué es un inhibidor y de cuántos tipos puede ser la acción que realizan? Solución: Los inhibidores son sustancias específicas de distinta naturaleza, que se unen con el enzima en distintos puntos de este y disminuyen parcial o totalmente su actividad. Los inhibidores pueden ser algún tipo de ion, algún compuesto orgánico, y, con frecuencia, suele ser el producto final de la reacción. En este caso, a la acción del inhibidor se la denomina retroinhibición. La acción que realizan los inhibidores se denomina inhibición, y puede ser de dos tipos: reversible e irreversible. Reversible: En este caso, el inhibidor se une con el enzima de forma temporal e impide su normal funcionamiento; no se destruye el centro activo del enzima y éste recupera su actividad una vez eliminado el inhibidor. En este tipo de inhibición, el inhibidor se une al enzima mediante enlaces débiles (puentes de hidrógeno, iónicos, etc.) que se rompen con facilidad, quedando libre el enzima, que recupera su actividad. Irreversible: En este caso, el inhibidor se une de forma permanente con el enzima mediante enlaces covalentes fuertes, alterando su estructura e inutilizándolo de forma indefinida; de ahí el nombre. A este tipo de inhibición también se la denomina envenenamiento del enzima. 3.- Diferencia entre cofactor y coenzima. Solución: Algunos enzimas llamados holoenzimas son proteínas conjugadas, en ellos se diferencian dos partes: una parte proteica denominada apoenzima, y una parte no proteica que recibe el nombre de cofactor. Ambos componentes (apoenzima y cofactor) son inactivos por sí mismos. Para ser activas, han de estar unidas, formando el holoenzima. Atendiendo a su naturaleza química, los cofactores pueden ser: Iones metálicos (Fe2+, Mn2+, Mg2+, Zn2+, etc.) o moléculas sencillas. Moléculas orgánicas más o menos complejas. En este caso se llaman coenzimas. Cuando el coenzima está unido a la apoenzima por enlaces covalentes, se denomina grupo prostético. Por lo tanto, podemos decir que, cofactores son la parte no proteica de las holoenzimas, mientras que los coenzimas solamente serán aquellos cofactores que son moléculas orgánicas y que se unen de forma temporal al apoenzima. 4.- Cómo se define la velocidad de un proceso enzimático? Qué efecto tiene sobre ella la cantidad de sustrato presente en el medio de reacción? 3 / 7
Solución: La velocidad de una reacción enzimática se mide por el número de moléculas de sustrato transformadas por unidad de tiempo. Esta velocidad depende de varios factores, entre los que destacan la eficacia del enzima y la concentración de moléculas de enzima y de sustrato. Manteniendo constante la concentración del enzima en una reacción catalizada, se observa que la velocidad de la reacción aumenta a medida que incrementamos la concentración de sustrato. Este aumento de la velocidad va haciéndose progresivamente más lento, hasta que, finalmente, grandes incrementos en la concentración de sustrato no aumentan de manera significativa la velocidad de la reacción. En este punto, decimos que se ha alcanzado la velocidad máxima (Vmáx). En estas condiciones las moléculas enzimáticas están saturadas por el sustrato, y, por ello, no puede aumentarse la velocidad de transformación de este. 5.- Dónde actúan los enzimas alostéricos? Solución: Los enzimas alostéricos desempeñan un papel muy importante en la regulación de las reacciones metabólicas. Suelen actuar en puntos estratégicos de las rutas metabólicas, como son la primera reacción de una ruta metabólica o los puntos de ramificación de una ruta metabólica. Frecuentemente, el sustrato de la primera reacción de la ruta metabólica actúa como modulador positivo o activador alostérico; al unirse con el enzima alostérico, provoca la aparición de la conformación activa de la enzima. En las rutas metabólicas no ramificadas, el producto final actúa como modulador negativo o inhibidor alostérico, se une al enzima alostérico y provoca la aparición de la conformación inactiva. Si la ruta metabólica se ramifica, el inhibidor del primer enzima alostérico es el metabolito del punto de ramificación, mientras que los productos finales de las ramificaciones serán los inhibidores de los enzimas alostéricos que actúan en la primera reacción después de la ramificación. A este proceso se le denomina inhibición feed-back o retroinhibición. Este proceso supone un ahorro energético para el organismo, ya que el exceso de producto final inhibe su propia síntesis en una etapa temprana de esta. Un ejemplo de retroinhibición alostérica lo constituye la síntesis de isoleucina, la cual se forma a partir de treonina mediante una secuencia de cinco etapas, la primera de las cuales está catalizada por el enzima treonina desaminasa. Cuando la concentración de isoleucina es elevada, esta se une al centro alostérico del enzima, provocando su inactivación. Cuando la concentración disminuye, el enzima recupera su actividad. 6.- Define centro activo y complejo enzima-sustrato. Solución: El centro activo del enzima es el lugar donde se localizan los grupos funcionales de las cadenas laterales de los aminoácidos que realizan la acción catalítica. El centro activo se une al sustrato y al grupo prostético, contribuyendo, mediante la acción de los grupos funcionales activos, a la formación o a la rotura de los enlaces. Para ejercer su acción, la molécula enzimática se une, de forma específica, a la molécula de sustrato, formando el complejo enzima-sustrato. Los enzimas, como catalizadores que son, actúan disminuyendo la energía de activación. El mecanismo de actuación es el siguiente: Las moléculas enzimáticas (E) se unen de forma específica a las 4 / 7
reaccionantes, que denominamos sustratos (S). En un primer paso, se forma un complejo enzima-sustrato (ES). Aquí, el enzima induce cambios en la molécula del sustrato (ruptura o redistribución de enlaces, cambios en los grupos funcionales, etc.) que hacen disminuir su energía de activación y conducen a la formación del producto final (P) y a la liberación del enzima (E), inalterado, que puede actuar de nuevo. 7.- En los enzimas alostéricos, es lo mismo el centro activo que el centro alostérico? Solución: Los enzimas alostéricos, a diferencia de lo que ocurre con los demás enzimas, poseen más de un centro de actividad: el centro activo y el centro alostérico o centro regulador; ambos centros son diferentes y realizan funciones distintas. El centro activo de un enzima alostérico es, al igual que en cualquier otro enzima, la zona de la superficie del enzima por donde este se une al sustrato. En este centro es donde se produce la acción catalítica. El centro alostérico o centro regulador es una zona del enzima alostérico, diferente del centro activo, por donde estos enzimas se unen de forma no covalente a unas moléculas denominadas moduladores o efectores. Estos moduladores o efectores, al unirse al centro alostérico, provocan un cambio en la conformación de este enzima alostérico, que adoptará una forma más o menos activa, dependiendo de cómo sea el modulador. Los moduladores pueden ser de dos tipos: moduladores positivos o activadores y moduladores negativos o inhibidores. Los moduladores positivos o activadores, al unirse al centro alostérico, provocan en el enzima alostérico el cambio de la conformación inactiva (T) a la activa (R), mientras que si es el modulador negativo o inhibidor el que se une al centro alostérico, ocurre al revés; es decir, el enzima alostérico pasa de la confomación activa a la inactiva. 8.- Cita tres propiedades por las que podamos considerar a los enzimas como catalizadores. Qué es el centro activo? Solución: Los enzimas son biocatalizadores que: Aceleran reacciones que sin su presencia no se desarrollarían o lo harían a velocidades incompatibles para la vida. Actúan a bajas concentraciones, ya que no se alteran en el transcurso de la reacción. Su acción es específica, ya que un determinado enzima tan solo cataliza un tipo de transformación (especificidad de acción) de un determinado tipo de sustrato (especificidad de sustrato). El centro activo del enzima es el lugar donde se localizan los grupos funcionales de las cadenas laterales de los aminoácidos que realizan la acción catalítica. El centro activo se une al sustrato y al grupo prostético, contribuyendo, mediante la acción de los grupos funcionales activos, a la formación o a la rotura de los enlaces. 9.- Diferencias entre inhibición competitiva y no competitiva. Solución: Ambos tipos de inhibición son reversibles; es decir, el enzima no se inutiliza de forma indefinida, sino que deja de realizar su actividad de forma temporal. En la inhibición competitiva, el inhibidor es similar al sustrato; se puede unir al centro activo del enzima e impide que lo haga el sustrato. Por consiguiente, en este tipo de inhibición, inhibidor y sustrato compiten por unirse al centro activo del enzima, de ahí su nombre. Esta inhibición puede superarse aumentando la concentración 5 / 7
de sustrato. En la inhibición no competitiva, el inhibidor no compite con el sustrato por el centro activo del enzima. En este tipo de inhibición, el inhibidor puede actuar de dos formas: Puede unirse con el enzima por una zona diferente de la del centro activo: al hacerlo modifica su conformación, y, con ello, dificulta que el enzima se pueda unir con el sustrato. Puede unirse con el complejo E-S una vez formado, y esto impide o dificulta la formación del producto. Este tipo de inhibición no se supera aumentando la concentración del sustrato. 10.- Principales tipos de coenzimas. Solución: Atendiendo a los grupos químicos que transfieren, podemos dividir los coenzimas en tres grupos: Coenzimas que intervienen en reacciones de transferencia de grupos fosfato. Estos coenzimas son importantes por la gran cantidad de energía que acumulan en los enlaces que unen a las moléculas de fosfato. Esta energía se libera cuando estos enlaces se rompen. Por lo tanto, actúan transfiriendo energía de unos procesos a otros. Estos coenzimas son ribonucleótidos, entre los cuales destacan, principalmente, los adenosín fosfatos: adenosín monofosfato: AMP = Adenina-ribosa-P adenosín monofosfato: ADP = Adenina-ribosa-P-P adenosín monofosfato: ATP = Adenina-ribosa-P-P-P Coenzimas que intervienen en las reacciones de óxido-reducción, transfiriendo hidrógenos (electrones) de unos sustratos a otros. Muchos de ellos son mono o dinucleótidos que en ocasiones tienen bases especiales. Aquí se incluyen: Piridín nucleótidos: Son dinucleótidos, formados por el ribonucleótido de la adenina y un nucleótido de la nicotinamida. Comprende: NAD (nicotinamida-adenina-dinucleótido) : Nicotinamida-ribosa-P-P-ribosa-adenina. NADP (nicotinamida-adenina-dinucleótido-fosfato) Nicotinamida-ribosa-P-P-ribosa(P)-adenina Flavín nucleótidos: Son mono o dinucleótidos que contienen como base riboflavina. Aquí se incluyen: FMN (flavín mononucleótido): Riboflavina-P FAD (flavín adenina dinucleótido): Riboflavina-P-P-ribosa-adenina Coenzimas que intervienen en la transferencia de otros grupos químicos. Aquí se incluyen, entre otros: El coenzima A, que interviene en la transferencia de grupos acetil de unos sustratos a otros. Fosfato de piridoxal, que transfiere grupos amino. 11.- Explica qué es un catalizador y por qué es necesaria su existencia para que las células desarrollen su actividad. Solución: Un catalizador es una sustancia que acelera una reacción química hasta hacerla instantánea o casi instantánea. Las células desarrollan su actividad por medio de una serie de reacciones químicas orgánicas. Si estas reacciones se produjeran sin catalizador, serían tan lentas que prácticamente no se llevarían a cabo. Los catalizadores aceleran las reacciones químicas al disminuir la energía de activación, necesaria para que las moléculas reaccionantes pasen al estado de transición que, posteriormente, dará lugar a la formación del producto. 12.- Qué características poseen los enzimas alostéricos? Solución: Las principales características que presentan los enzimas alostéricos son las siguientes: Están formados, generalmente, por más de una cadena polipeptídica (subunidad); por tanto, tienen estructura 6 / 7
cuaternaria. Poseen varios centros reguladores denominados centros alostéricos. En ellos se pueden fijar moduladores, que pueden ser positivos o activadores y negativos o inhibidores. Estos enzimas presentan dos conformaciones diferentes estables e interconvertibles, una, activa, llamada forma R o relajada, que tiene gran afinidad por el sustrato, y la otra inactiva, llamada forma T o tensa, que tiene baja afinidad por el sustrato. El paso de una conformación a otra se produce al fijarse en el centro regulador un modulador. El paso de la forma T (inactiva) a la forma R (activa) se produce al fijarse al centro regulador un modulador positivo o activador alostérico. El paso de la forma R a la forma T se produce al fijarse al centro regulador un modulador negativo o inhibidor alostérico. Presentan efecto cooperativo entre las subunidades que las forman; es decir que la activación o inhibición de una de ellas produce el mismo efecto en todas las demás. La cinética de los enzimas alostéricos es diferente de la de los demás enzimas. En los enzimas alostéricos, la gráfica de la velocidad de la reacción en función de la concentración del sustrato es una curva sigmoidea, mientras que en el resto de las enzimas es hiperbólica. 7 / 7