Enzimas y su Función

Enzimas

• Las enzimas son moléculas proteicas que catalizan reacciones químicas, siempre que sea termodinámicamente posible. No hacen los procesos más favorables desde un punto de vista termodinámico.
• Actúan sobre moléculas llamadas sustratos, convirtiéndolos en diferentes moléculas llamadas productos.
• Casi todos los procesos celulares necesitan enzimas para que ocurran a tasas significativas.
• Las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos, y aceleran la velocidad de reacciones específicas. El conjunto de enzimas producidas en una célula define su metabolismo celular.
• Como catalizadores, las enzimas disminuyen la energía de activación para acelerar las reacciones hasta millones de veces.
• No alteran el equilibrio de la reacción.

Enzimas en solventes orgánicos

• Pueden ser utilizadas en solventes orgánicos.

Evolución Dirigida/Directed Evolution

• Técnicas para mejorar la función de las enzimas.

PCR

• Reacción en cadena de la polimerasa.
• Técnica para amplificar secciones de ADN.

Genes

• Unidades de información que codifican para proteínas.

Resolución Cinética

• Separación de mezclas de estereoisómeros por reacciones mediadas por enzimas.
• Separación en mezclas con compuestos quirales.

Enzimas

• Moléculas que catalizan reacciones químicas en los seres vivos.

Inmovilización de Enzimas

• Fijación de las enzimas en una matriz sólida; las enzimas permanecen fijas para reutilizarlas.

Abzymes

• Anticuerpos con actividad catalítica.

Combinatoria Biocatalítica

• Diseño de enzimas para catalizar reacciones químicas específicas.

Biocatálisis Combinatoria

• Se combinan las funciones catalíticas de las biomoléculas.

Estructura de la trifosfato isomerasa

• Descripción de la formación y estructura de dicho producto.
• Descripción de su isomerización.
• Descripción de los sustratos y productos de la reacción.

Cofactores

• Moléculas no proteicas necesarias para la actividad enzimática.
• Iones metálicos, vitaminas o nucleótidos.
• Ejemplos de cofactores: Co2+, coenzimas NAD+ y NADP+.
• Cofactores impiden o mejoran la actividad enzimática.

Usos comerciales de las enzimas

• En la producción de antibióticos, productos de limpieza, alimentos,
• En la producción de biocombustibles, y para la producción de tejidos.

Características generales de las enzimas

• No se modifican al final de la reacción.
• No alteran la constante de equilibrio de la reacción.
• Son muy específicas.
• Aceleran las reacciones varias magnitudes.
• Funcionan en condiciones de temperatura y presión moderadas.
• Producen aumentos en la velocidad de la reacción.
• ejemplos: Anhidrasa carbónica(10^7), carboxipeptidasa A (10^11), Fosfoglucomutasa(10^12), Ureasa(10^14).

Cinética Enzimática

• Es el estudio de cómo las enzimas se unen a sus sustratos y los transforman en productos. La velocidad de reacción depende de la concentración de sustrato.
• Las enzimas catalizan hasta varios millones de reacciones por segundo
• Vida media de la descarboxilación de la orotidina 5'-monofosfato en comparación con la presencia de la orotidina 5'-fosfato descarboxilasa
• Velocidad de reacción depende de la concentración de sustrato.
• Desnaturalización de la proteína por altas temperaturas, pH extremos o altas concentraciones de sal. Las enzimas trabajan con diferentes condiciones (concentración de sustrato, temperatura y pH)

Saturación

• Ocurre cuando la concentración de sustrato aumenta, disminuyendo la concentración de enzima libre.
• La velocidad máxima (Vmax) ocurre cuando todos los sitios activos de la enzima están ocupados por sustrato. La constante de Michaelis-Menten (Km) es la concentración de sustrato necesaria para alcanzar la mitad de la velocidad máxima.
• Las velocidades de reacción enzimáticas dependen de condiciones de solución y concentración de sustrato.

Eficiencia Enzimática

• Expresada como Kcat/Km. Considera tanto la afinidad (Km) como la capacidad catalítica (Vmax).
• Este tipo de eficiencia proporciona un parámetro útil para comparar diferentes enzimas o la misma enzima con diferentes sustratos.
• El valor máximo teórico de Kcat/Km se denomina límite de difusión, que tiene valores entre 10⁸ y 10⁹ M⁻¹ s⁻¹. Para tener este tipo de velocidad, las enzimas son consideradas catalíticamente perfectas.

Factores que afectan la actividad enzimática

• Fuerza osmótica: las enzimas no toleran altas concentraciones de sal, los iones interfieren con los enlaces débiles de las proteínas.
• Temperatura: Los aumentos de temperatura generalmente incrementan la velocidad de reacción hasta una temperatura óptima (entre 35-40°C)
• Las enzimas de arqueas termófilas toleran temperaturas de hasta 100 °C.

pH

• La mayoría de las enzimas son sensibles al pH; tienen un rango específico donde la actividad es óptima.
• pH afecta la estructura proteica rompiendo enlaces iónicos y puentes de hidrógeno.

Clasificación Enzimática

• Los números EC (Enzyme Commission) categorizan a las enzimas basadas en su mecanismo de acción.
• Hay seis clases principales: Oxidorreductasas, Transferasas, Hidrolasas, Liasas, Isomerasas y Ligasas.
• Los nombres de las enzimas suelen derivarse de sus sustratos o de la reacción que catalizan (terminando en -asa).

Oxidorreductasas

• Catalizan reacciones de oxidorreducción. Necesitan coenzimas como NAD+, NADP+ o FAD.

Transferasas

• Transfieren grupos funcionales (como grupos metilo o fosfato).

Hidrolasas

• Catalizan reacciones de hidrólisis.
• Rompen enlaces con la adición de una molécula de agua. Son fundamentales en la digestión de alimentos.

Liasas

• Rompen enlaces formando dobles enlaces o anillos.

Isomerasas

• Catalizan cambios de posición de grupos funcionales en moléculas o diferentes isómeros.

Ligasas

• Catalizan la unión de dos moléculas.
• Necesitan energía (ATP). Son usadas en la replicación y reparación del ADN