TEMA 7 ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Y APLICACIONES CLÍNICAS DE LAS ENZIMAS -Actividad enzimática Es la velocidad de una reacción catalizada por una enzima. E +S K1/K2= ES Velocidad de la reacción es la cantidad de sustrato que desaparece por unidad de tiempo, o la cantidad de producto que va apareciendo. La concentración de enzimas se expresa mediante la velocidad de reacción. Se expresa en unidades internacionales. Una unidad internacional es un micromol partido por minuto. Es la cantidad de sustrato que cataliza un micromol de enzima en un minuto. La medida del sistema internacional es la cantidad de enzima que transforma un mol de sustrato por minuto, es el Katal (mol/seg). Hay que tener en cuenta que esta unidad es mucho más grande. La actividad específica de un preparado es la actividad. Otra magnitud importante es el número de recambio de una enzima, es el número de moles de sustrato transformados por unidad de tiempo y mol de enzima a mayor eficiencia de la enzima, mayor es la velocidad de reacción. Un ejemplo de eficiencia es la anidrasa carbónica, que se dedica a la transformación de CO2 y bicarbonato en los pulmones. En un segundo transforma 600,000 moléculas de CO2. Cinética enzimática. Estudia el comportamiento de las enzimas, el científico pionero en esta rama fue Leonor Michaelis. Este creo un grupo de enzimas, dentro de las cuales se engloban la amplia mayoría de las enzimas del organismo. Este grupo son las enzimas michaelianas. Todas ellas se comportan de la misma manera. Aumenta muy rápido la velocidad de la reacción, pero llega un momento en el que todas las enzimas tienen su centro activo saturado y por muchos sustratos que haya la velocidad de la reacción no va a ser mayor ya que todos los centros activos están ocupados. La ecuación de Michaelis Menten describe esta gráfica. A grandes concentraciones de sustrato, la v 0 es igual a la v max.. K m es igual a la constante de Michaelis. Es una magnitud constante para cada enzima. También es la cantidad de sustrato con la cual la velocidad de la reacción enzimática es la mitad de la velocidad máxima. La K m se mide en unidades de concentración de sustrato. Nos indica la afinidad que tiene la enzima de que venga el sustrato a reaccionar. A más K m menos afinidad y viceversa. Si la concentración de sustrato está entorno a la K m, un pequeño cambio produce un gran cambio en
la velocidad. El número de recambios es proporcional a la velocidad máxima. Entra cada enzima, incluso entre isozimas, cambia la K m Inhibición enzimática Es el proceso por el cual una molécula disminuye la actividad de la enzima. Puede ser una inhibición reversible o irreversible. La primera es la base de muchos fármacos, el segundo tipo es el que predomina en el organismo. Un ejemplo de inhibición irreversible es la acetilcolinesterinasa ( que rompe la acetil colina) la función de esta acetil colina es la de contraer el músculo cuando recibe la orden. Este inhibidor evita que el músculo esté continuamente contraído, rompe esta enzima tras su uso. La mayoría de las encimas dependen de un compuesto fosfatado, por eso se les llama compuestos organofosforados. La totalidad de los inhibidores se usan para fines farmacológicos, aunque también se han utilizado en el terrorismo biológico, un ejemplo es el gas sarin. También la penicilina es un inhibidor irreversible, inhibe el glicopeptidotranspeptidasa (bloquea su centro activo). Esta enzima es la responsable de la síntesis de la pared bacteriana. El problema es que las bacterias mutan y se adaptan a las circunstancias por lo que llega un momento en el cual las enzimas se hacen resistentes a la penicilina, lo que se hace es enviarles un cebo, una enzima suicida, que suele ser el ácido clavulánico, se encuentra por ejemplo en el augmentine. Lo que hace es bloquear la enzima que degrada la penicilina y la destruye. Inhibición reversible Es la que aparece de forma natural en el metabolismo. Se clasifican en tres tipos, pueden ser competitivas, no competitivas o acompetitivas. La gran mayoría de las enzimas que hay en el cuerpo son competitivas, es decir, compiten con el sustrato por acoplarse al centro activo. Tiene una configuración estructural muy parecida al sustrato. Cuando aumenta la K m se puede sospechar la presencia de un inhibidor competitivo. Aunque haya o no inhibidores, la velocidad máxima de la reacción no se va a ver afectada, la única diferencia puede ser que la reacción tarde un poco más en llegar al punto de velocidad máxima, pero esta llegará igual. Regulación enzimática Hay varios tipos de regulación enzimática. 1. PH y temperatura 2. concentración de enzimas 3. concentración de sustrato 4. tipo de isoenzima que esté actuando 5. presencia o no de cofactores 6. inhibidores 7. activadores 8. interacción enzimas con las proteínas. Alosterismo Son todas aquellas enzimas que no pertenecen al grupo de las enzimas de Michaelis. Son enzimas reguladoras la gran mayoría de ellas. Aparecen en etapas claves del metabolismo, tales como las bifurcaciones que toman las moléculas durante sus divisiones. Tienen una cinética sigmoidea, al contrario que las michaelianas.
Además estas enzimas tienen carácter cooperativo, cambia la afinidad conforme aumenta el sustrato. Es decir, el primer sustrato tiene una afinidad determinada, el siguiente sustrato tendrá más afinidad, y así sucesivamente, hasta que tenga un máximo de afinidad. Son proteínas oligoméricas (tienen más de una cadena). Por tanto se puede decir que tiene estructura cuaternaria. Se les pueden unir ligandos, efectores o moduladores. Se unen al sitio alostérico, una abertura diferente al centro activo. Inhibición por el producto final (FEED-BACK) Consiste en que el producto de una ruta metabólica se une a la enzima que produce el ciclo, por eso la enzima es alostérica. Cuando no hay producto, la enzima no continúa trabajando. Un ejemplo de este tipo de inhibición son todas las rutas metabólicas como la glucolísis o el ciclo de de Krebs. Modificación covalente Consiste en la modificación de una enzima por la unión de un grupo químico. Puede aumentar o disminuir su actividad. El grupo fosfato (fosforilación) es la unión más común. Gracias a la intervención de una quimasa se acepta el grupo fosfato, este proceso requiere el uso de ATP. Esto sólo ocurre en aquellas proteínas que tienen en sus radicales grupos OH, ya que son los únicos que permiten este tipo de uniones. Son la serina, la treonina y a tirosina. Esta unión no es irreversible, se puede romper y de hecho lo hace bastante, ya que muchas veces el grupo fosfato se rompe y se libera Activación de zimógenos Un zimógeno es una forma inactiva de una enzima, que es necesario activar para que sea funcional. Son elementos muy importantes en el organismo. La mayoría se sintetizan en el páncreas y si se activaran allí, provocarían daños bastantes graves. El organismo lo que hace es activarlos en el lugar en el cual van a desempeñar su función. Se les llama también proenzimas. La activación consiste en eliminar un fragmento de la proteína, se elimina un trozo de péptido, este trozo estaba ocultando el centro activo, por lo que al eliminarlo este queda al descubierto y la proteína pasa a ser funcional. Un defecto de esta activación en el lugar correspondiente es la pacreatitis. Es muy curioso el proceso el proceso por el cual se activan, ya que la enteropeptidasa activa a la pepsina y este activa a todas las demás enzimas. Aplicaciones clínicas. Se pueden ver desde dos perspectivas, la perspectiva diagnóstica y la terapeútica.. Diagnóstica
Un claro ejemplo de la utilización de las enzimas en la actividad diagnóstica son las bioquímicas que se piden para analizar los componentes de la sangre de un paciente, la concentración de enzimas nos puede reveler una gran cantidad de cosas. Las enzimas se vierten a la sangre, por lo tanto, cuando estas están elevadas, se puede decir que el órgano que las vierte está dañado. También pueden estar disminuidas, aunque esto es muy poco probable. Algunos ejemplo de enzimas de la sangre son las transaminasas, que en el caso de estar elevadas indican que hay una lesión hepática. La enzima gamma gt revela un alcoholismo en el paciente. La creatina quinasa es una marcadora del infarto de miocardio. Tiene varias isozimas típicas del corazón (cuya concentración aumenta tras el infarto de miocardio) y otras que son típicas del cerebro. Son las CK 2 y la CK 3. Lo más importante para ver los problemas relacionados con las enzimas son los cambios en la concentración y las isozimas. Para calcular la concentración de otro sustrato se utilizan reacciones enzimáticas acopladas. Terapeútica. No se pueden añadir enzimas a una persona como tratamiento, ya que al ser proteínas extrañas, el organismo las disolvería como si fueran agentes patógenos. Se podrían introducir por vía endovenosa, pero aparece el problema a la hora de dirigirlas, que es casi imposible. Cuando existe un coagulo si que es posible introducir enzimas que lo que van a hacer es disolver el coagulo. Algunas enfermedades debidas a un problema en las proteína, como la leucemia linfocítica aguda, se puede tratar con una enzima, con asparragina, ya que es un material necesario para el desarrollo de las células cancerígenas, y si se les corta el suministro de este material indispensable, mueren, el problema está en que las células cancerígenas son muy mutables, y lo que van a hacer es buscar otra vía para obtener su alimento. Es una solución temporal. La forma de tratar algo relacionado con las enzimas suele ser mediante la inhibición, que realizan gran cantidad de fármacos, entre los que destaca la penicilina. El inhibidor de la MAO (monoaminoxidasa) es una enzima que aparece en la vía de síntesis de las catecolaminas (dopamina, adrenalina, noradrenalina). La MAO tiene la función de catalizar las reacciones que convierten la dopamina en otras moléculas, si este proceso se detiene, las concentraciones de dopamina aumenta, y al ser considerada como una de las moléculas de la felicidad, combate la depresión. Ahora también se usa la inhibición que aumente las concentraciones de serotonina. También se utilizan muchos inhibidores competitivos que impiden la formación del colesterol (componente necesario para gran cantidad de actividades de la vida, pero que en exceso produce placas de ateroma que si se acumulan en los vasos pueden provocar obstrucciones que pueden incluso llegar a dar lugar a un infarto de miocardio). La HMG CoA reductasa es la enzima que inhibe la formación de colesterol. También para la detoxificación del alcohol se utilizan las enzimas, mediante el sistema MEOS del cti P 450 (mecanismo usado también en bastantes fármacos). El etanol se degrada por la ADH, que lo hace pasar a acetaldehído, y entonces es cuando actúa la acetildeshidrogenasa, que elimina el acetaldehído a ácido acético, que posteriormente va a la sangre y es eliminado. Esta enzima tiene dos isozimas, cada una actúa en un lugar diferente, una es mitocondrial con una K m menor, y otra citosólica con una K m, por tanto la mitocondrial es más efectiva. En la raza asiática, esta enzima está menos desarrollada, por lo que toleran menos el alcohol. También es este método el que se usa
en el tratamiento del alcoholismo, ya que hace que la reacción al alcohol sea horrible. El fármaco usado para este tratamiento es el Antabús.