Enzimas, Estructura, Función, Tipos y Enfermedades

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). Actúan como catalizadores, que son capaces de acelerar las reacciones químicas, sin consumirse, ni formar parte de los productos de la reacción.Las actividades de las enzimas están determinadas por su estructura tridimensional.

Figura 1. Estructura Tridimensional de la Anhidrasa Carbónica, la esfera gris es el cofactor

FUNCIÓN BIOLÓGICA

Las enzimas presentan una amplia variedad de funciones en los organismos vivos. son indispensables en la transducción de señales y en procesos de regulación, normalmente por medio de quinasas y fosfatasas. También son capaces de producir movimientos de vesículas por medio del citoesqueleto. Otro tipo de ATPasa, en la membrana celular son las bombas de iones implicadas en procesos de transporte activo. Sin las enzimas, el metabolismo no se produciría a través de los mismos pasos,ni sería lo suficiente rápido para atender las necesidades de la célula.
La glucosa, por ejemplo, puede reaccionar directamente con el ATP de forma que quede fosforilada en uno o más carbonos. En ausencia de enzimas, esta reacción se produciría tan lentamente que sería insignificante. Sin embargo, si se añade hexoquinasa que fosforila el carbono 6 de la glucosa y se mide la concentración de la mezcla en un breve espacio de tiempo, luego se podrá encontrar únicamente glucosa-6-fosfato a niveles significativos. Por tanto, las redes de rutas metabólicas dentro de la células dependen del conjunto de enzimas funcionales que presenten.

Figura 2. Ciclo de Krebs, y las enzimas que participan en la formación de ATP.

CARACTERÍSTICAS

a) Son termolábiles y su actividad depende en ciertos casos del pH del medio.

b) El reconocimiento de la enzima con el reactivo a procesar (denominado  sustrato) es  altamente específico.

c) Tienen gran eficiencia, es decir, transforman un gran número de moléculas de sustrato por unidad de tiempo.

d) Están sujetas a una gran variedad de controles celulares, genéticos y alostéricos.

TIPOS DE ENZIMAS

1) Oxidorreductasas: Reacciones de oxido-reducción.

2) Transferasas: Transferencia de grupos funcionales.

3) Hidrolasas: Reacciones de hidrólisis.

4) Liasas: Adición a los dobles enlaces.

5) Isomerasas: Reacciones de isomerización.

6) Ligasas: Formación de enlaces, con aporte de ATP.

VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EQUILIBRIO

En un estado de equilibrio químico las velocidades de reacciones directa e inversa son exactamente iguales. Considerando una reacción de primer orden:

k1 [A] = k – 1 [B]

Este principio nos permite llegar fácilmente a una reacción entre las constantes de velocidad y  de equilibrio:

Figura 3. Ecuación de Michaelis y Menten

EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN: ENERGÍA DE ACTIVACIÓN

La clave llevó al descubrimiento del criterio más importante para las reacciones químicas, las velocidades de reacción son generalmente sensibles a la temperatura. En el caso de las reacciones biomoleculares, un aumento de 10º C incrementa su velocidad entre 1,5 y 5 veces. Para explicar  este hecho se postuló que al acrecentar la temperatura aumenta la fracción de moléculas capaces de  tener una energía suficiente para alcanzar un "estado activado" que luego se transforme en producto  de la reacción por formación o ruptura de enlaces químicos. Se admite que las únicas moléculas que reaccionan son aquellas que al chocar llevan consigo una energía mayor que un cierto valor mínimo. A este valor de energía necesaria se lo denomina energía de activación y es un factor de suma importancia para determinar la magnitud de la velocidad de reacción.

Figura 4. Energía de Activación.

ENFERMEDADES A CAUSA DE DEFICIENCIA DE ENZIMAS