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Composición Química y Clasifcación
(as proteínas son biopolímeros%macromoléculas org!nicas), de elevado pesomolecular, constituidas b!sicamente porcarbono %5), $idrógeno %6), oxígeno %3) ynitrógeno %7); aunque pueden contenertambién a8ufre %S) y fósforo %2) y, en menorproporción, $ierro %9e), cobre %5u), magnesio%#g), yodo %), etc
&stos elementos químicos se agrupan para
formar unidades estructurales %monómeros)llamados #cios macromoleculares seconstruyen y desmoronan con granfacilidad dentro de las células, y a ellodebe precisamente la materia viva sucapacidad de crecimiento, reparación yregulación
(as proteínas son, en resumen,biopolímeros de amino!cidos y supresencia en los seres vivos esindispensable para el desarrollo de los
m'ltiples procesos vitales
Se clasi>can, de forma general, en 6oloproteinas y 6eteroproteinas seg'nesten formadas respectivamente sólo por amino!cidos o bien por amino!cidosm!s otras moléculas o elementos adicionales no aminoacídicos
&n la ilustración podemos apreciar el grupo por>rínico hemo de la$emoglobina, una $eteroproteína
2.- Los aminoácidos.
Son las unidades b!sicas que forman las proteinas Su denominación respondea la composición química general que presentan, en la que un grupo amino %?76@) y otro carboxilo o !cido %?5336) se unen a un carbono %?5?) (as otrasdos valencias de ese carbono quedan saturadas con un !tomo de $idrógeno %?6) y con un grupo químico variable al que se denomina radical %?A)
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LAS PROTEINAS SE CREAN Y SE DESTRUYEN
(a renovación continua de las proteínas en el organismo supone quedestruyamos diariamente de @.. a 0.. gramos de ellas y que elaboremosotras tantas &stos procesos requieren un importante aporte de energía
Bridimensionalmente el carbono presenta una con>guración tetraédrica en laque el carbono se dispone en el centro y los cuatro elementos que se unen a élocupan los vértices 5uando en el vértice superior se dispone el ?5336 y semira por la cara opuesta al grupo A, seg'n la disposición del grupo amino %?76@) a la i8quierda o a la derec$a del carbono se $abla de " ?(?amino!cidoso de " ?=?amino!cidos respectivamente &n las proteinas sólo se encuentranamino!cidos de con>guración (
&n la naturale8a existen unos *. amino!cidos diferentes, pero de todos ellos
sólo unos @. forman parte de las proteinas
5omo vemos en la tabla tenemos amino!cidos apolares, polares sin
carga y polares con carga
(os amino!cidos que un organismo no puede sinteti8ar y, por tanto, tienen queser suministrados con la dieta se denominan a!no"#!$os esen#!a%es& yaquellos que el organismo puede sinteti8ar se llaman a!no"#!$os noesen#!a%es.
2ara la especie $umana son esenciales oc$o amino!cidos: treon!na'et!on!na' %!s!na' (a%!na' tr!)t*+ano' %e,#!na' !so%e,#!na - +en!%a%an!naadem!s puede a4adirse la /!st!$!na como esencial durante el crecimiento,pero no para el adulto)
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Propiedades de los aminoácidos.
(os amino!cidos son compuestos sólidos; incoloros; cristali8ables; de elevadopunto de fusión %$abitualmente por encima de los @.. C5); solubles en agua;con actividad óptica y con un comportamiento anfótero
(a actividad óptica se mani>esta por la capacidad de desviar el plano de lu8polari8ada que atraviesa una disolución de amino!cidos, y es debida a laasimetría del carbono , ya que se $alla unido %excepto en la glicina) a cuatroradicales diferentes &sta propiedad $ace clasi>car a los amino!cidos en
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=extrogiros %D) si desvian el plano de lu8 polari8ada $acia la derec$a, y(evógiros %?) si lo desvian $acia la i8quierda
&l comportamiento anfótero se re>ere a que, en disolución acuosa, losamino!cidos son capaces de ioni8arse, dependiendo del p6, como un !cido%cuando el p6 es b!sico), como una base %cuando el p6 es !cido) o como un!cido y una base a la ve8 %cuando el p6 es neutro) &n este 'ltimo casoadoptan un estado dipolar iónico conocido como 8Eitterión
&l p6 en el cual un amino!cido tiende a adoptar una forma dipolar neutra%igual n'mero de cargas positivas que negativas) se denomina 2untoos convencionales como:
a)3ligopéptidos? si el nC de amino!cidos es menor .
¿CUANTO M0S PROTEINAS' ME1OR?
(as dietas $iperprotéicas %exceso de carnes,
pescados, $uevos, lec$e, etc) pueden llegar a ser
tóxicas por dos motivos:
) 2or una parte, las proteínas digeridas suministran
amino!cidos, pero cuando $ay exceso setransaminan y los restos ceto!cidos se almacenan en
forma de grasas (a vía metabólica es:
!cido oxalacético ?F !cido pir'vico ?F !cido acético
?F !cidos grasos ?Fgrasas
G) 2or otra parte, el exceso de grupos amino procedentes de las
transaminaciones y los nucleótidos procedentes de los !cidos nucléicos no
se eliminan en forma de urea, sino en forma de !cido 'rico, que puede
cristali8ar en las articulaciones, en la piel o en los ri4ones y originar un
trastorno muy doloroso denominado "gota"
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• =ipéptidos? si el nC de amino!cidos es @
• Bripéptidos? si el nC de amino!cidos es 0
• Betrapéptidos? si el nC de amino!cidos es H
• etc
b) 2olipéptidos o cadenas polipeptídicas? si el nC de amino!cidos es mayor .
(os péptidos son cadenas lineales de amino!cidos enla8ados por enlacesquímicos de tipo amídico a los que se denomina &nlace 2eptídico sí pues,para formar péptidos los amino!cidos se van enla8ando entre sí formandocadenas de longitud y secuencia variable 2ara denominar a estas cadenas seutili8an pre>os convencionales como:
a)3ligopéptidos? si el nC de amino!cidos es menor .
• =ipéptidos? si el nC de amino!cidos es @
• Bripéptidos? si el nC de amino!cidos es 0
• Betrapéptidos? si el nC de amino!cidos es HIetc
b) 2olipéptidos o cadenas polipeptídicas? si el nC de amino!cidos es mayor .
5ada péptido o polipéptido se suele escribir, convencionalmente, de i8quierdaa derec$a, empe8ando por el extremo 7?terminal que posee un grupo amino
libre y >nali8ando por el extremo 5?terminal en el que se encuentra un grupocarboxilo libre, de tal manera que el ee o esqueleto del péptido, formado poruna unidad de seis !tomos %?76?56?53?), es idéntico a todos ellos (o quevaría de unos péptidos a otros, y por extensión, de unas proteinas a otras, es eln'mero, la naturale8a y el orden o secuencia de sus amino!cidos
ALGUNOS P2PTIDOS NATURALES
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a) 3xitocina? es un péptido con función
$ormonal que produce la $ipó>sis para
provocar las contracciones uterinas durante
el parto
b) &ncefalina? es un péptido de Jamino!cidos producido por las células
nerviosas %neuronas) para in$ibir el dolor; es
decir, act'a como la mor>na
c) Keneno de escorpiones y algunas serpientes Son péptidos con acción
neurotóxica y por tanto producen irritaciones, parali8aciones e incluso la
muerte de las presas
&l enlace peptídico es un enlace covalente y se establece entre el grupo
carboxilo %?5336) de un amino!cido y el grupo amino %?76@) del amino!cidocontiguo inmediato, con el consiguiente desprendimiento de una molécula deagua
2or otra parte, el car!cter parcial de doble enlace del enlace peptídico %?5?7?)determina la disposición espacial de éste en un mismo plano, con distancias y!ngulos >os 5omo consecuencia, el enlace peptídico presenta cierta rigide8 einmovili8a en el plano a los !tomos que lo forman
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Estructura tridimensional.
(a estructura tridimensional de una proteina es un factor determinante en suactividad biológica Biene un car!cter erarqui8ado, es decir, implica unosniveles de compleidad creciente que dan lugar a H tipos de estructuras:primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria
5ada uno de estos niveles se construye a partir del anterior
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(a ESTRUCTURA PRIMARIA est! representada por la sucesión lineal deamino!cidos que forman la cadena peptídica y por lo tanto indica quéamino!cidos componen la cadena y el orden en que se encuentran &lordenamiento de los amino!cidos en cada cadena peptídica, no es arbitrariosino que obedece a un plan predeterminado en el =7
&sta estructura de>ne la especi>cidad de cada proteína
(a ESTRUCTURA SECUNDARIA est! representada por la disposición espacialque adopta la cadena peptídica %estructura primaria) a medida que se sinteti8aen los ribosomas &s debida a los giros y plegamientos que sufre comoconsecuencia de la capacidad de rotación del carbono L, y de la formación deenlaces débiles %puentes de $idrógeno)
(as formas que pueden adoptar son:
a) =isposición espacial estable determina formas en espiral %con>guración ?
$elicoidal y las $élices de col!geno)
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(as L?$élice aparecen en roo
b) 9ormas plegadas %con>guración M o de $oa plegada)
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c) Bambién existen secuencias en el polipéptido que no alcan8an unaestructura secundaria bien de>nida y se dice que forman enroscamientos
aleatorios 2or eemplo, ver en las >guras anteriores los la8os que unen entresí ?$oas plegadas
(a ESTRUCTURA TERCIARIA esta representada por los superplegamientos yenrrollamientos de la estructura secundaria, constituyendo formastridimensionales geométricas muy complicadas que se mantienen por enlacesfuertes %puentes disulfuro entre dos cisteinas) y otros débiles %puentes de$idrógeno; fuer8as de Kan der Naals; interacciones iónicas e interacciones$idrofóbicas)
=esde el punto de vista funcional, esta estructura es la m!s importante pues,al alcan8arla es cuando la mayoría de las proteinas adquieren su actividadbiológica o función
#uc$as proteínas tienen estructura terciaria globular caracteri8adas por
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ser solubles en disoluciones acuosas, como la mioglobina o muc$os
en8imas
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CA3ELLO LISO 4 CA3ELLO RI5ADO
(a forma del cabello, liso o ri8ado, depende
de la manera en que se estable8can lospuentes disulfuro entre las moléculas de
queratina &n los cabellos lacios los puentes
disulfuro entre las alfa?$élices de la
queratina se establecen al mismo nivel,
mientras que en los cabellos ri8ados los
puentes establecen uniones entre regiones
que se sit'an en diferente nivel, como
cuando abroc$amos mal los botones de una c$aqueta
(a "permanente" es una técnica de peluquería que ri8a el cabello mediante
unos reactivos que rompen los puentes disulfuro del cabello lacio natural y
establecen otros nuevos en diferentes regiones
ESPECI6ICIDAD
&s una de las propiedades m!s características y se re>ere a que cada una de
las especies de seres vivos es capa8 de fabricar sus propias proteinas
%diferentes de las de otras especies) y, a'n, dentro de una misma especie $ay
diferencias protéicas entre los distintos individuos &sto no ocurre con los
gl'cidos y lípidos, que son comunes a todos los seres vivos
(a enorme diversidad protéica interespecí>ca e intraespecí>ca es la
consecuencia de las m'ltiples combinaciones entre los amino!cidos, lo cual
est! determinado por el =7 de cada individuo
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(a especi>cidad de
las proteinas explica
algunos fenómenos
biológicos como: la
compatibilidad o no
de transplantes deórg!nos; inertos
biológicos; sueros
sanguíneos; etc o
los procesos
alérgicos e incluso
algunas infecciones
.- !unciones de las proteínas
(as proteinas determinan la forma yla estructura de las células y dirigencasi todos los procesos vitales (asfunciones de las proteinas sonespecí>cas de cada una de ellas ypermiten a las células mantener suintegridad, defenderse de agentesexternos, reparar da4os, controlar yregular funciones, etcBodas lasproteinas reali8an su función de lamisma manera: por unión selectivaa moléculas (as proteinasestructurales se agregan a otras moléculas de la misma proteina para originaruna estructura mayor Sin embargo,otras proteinas se unen a moléculasdistintas: los anticuerpos a los antígenos especí>cos, la $emoglobina aloxígeno, las en8imas a sus sustratos, los reguladores de la expresión génica al=7, las $ormonas a sus receptores especí>cos, etc
continuación se exponen algunos eemplos de proteinas y las funciones quedesempe4an:
9unción &SBAO5BOA(
?lgunas proteinas constituyen estructuras celulares:
• 5iertas glucoproteinas forman parte de las membranas celulares yactuan como receptores o facilitan el transporte de sustancias
• (as $istonas, forman parte de los cromosomas que regulan la expresiónde los genes
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?3tras proteinas con>eren elasticidad y resistencia a órganos y teidos:
•
• &l col!geno del teido conuntivo >broso
• (a elastina del teido conuntivo el!stico
• (a queratina de la epidermis
?(as ara4as y los gusanos de seda segregan >broina para fabricar las telas deara4a y los capullos de seda, respectivamente
9unción &7P
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• lgunas toxinas bacterianas, como la del botulismo, o venenos deserpientes, son proteinas fabricadas con funciones defensivas
9unción de BA7S23AB&
• (a $emoglobina transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados
• (a $emocianina transporta oxígeno en la sangre de los invertebrados
• (a mioglobina transporta oxígeno en los m'sculos
• (as lipoproteinas transportan lípidos por la sangre
• (os citocromos transportan electrones
9unción 537BA5Bbrillas responsables de lacontracción muscular
• (a dineina est! relacionada con el movimiento de cilios y Ragelos
9unción =& A&S&AK
• (a ovoalb'mina de la clara de $uevo, la gliadina del grano de trigo y la$ordeina de la cebada, constituyen la reserva de amino!cidos para eldesarrollo del embrión
• (a lactoalb'mina de la lec$e
LA PROTEÍNA ASESINA
Stanley G 2rusiner, profesor de bioquímica de la Oniversidad de 5alifornia
%&&OO) descubrió el "prión", nombre derivado de "proteinaceus infectious
particle" %partícula proteínica infecciosa), que es un nuevo principio biológico
de infección, como los virus o las bacterias, pero muc$o m!s peque4os que
ellos &ste investigador, por cuyo descubrimiento recibió el premio 7obel de#edicina en ++-, $a demostrado que los priones existen normalmente en el
organismo como proteínas celulares inócuas, pero poseen la capacidad de
convertir sus estructuras en formaciones muy inestables y da4inas que causan
enfermedades mortales en seres $umanos y animales
Seg'n descubrió 2rusiner, las enfermedades causadas por priones pueden ser
$ereditarias, contagiosas u ocurrir de forma espont!nea, y en todos los casos,
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producen un efecto esponoso por la muerte de las células nerviosas
Su labor empe8ó $ace a4os, tr!s la muerte de uno de sus pacientes causada
por la enfermedad de 5reut8feldt?a/ob, llamada "de las Kacas (ocas", de la
que se sabía que podía transmitirse a través de extractos cerebrales de
animales infectados
Bodos los an!lisis apuntaban a que el agente infeccioso estaba incluido en una
sola proteina, pero la comunidad internacional acogió con excepticismo este
descubrimiento y 2rusiner siguió su labor para de>nir la exacta naturale8a de
este agente infeccioso
unto con sus colegas, en +*H consiguió aislar una prueba genética que
demostró que los priones se encontraban en todos los animales anali8ados,
incluido el $ombre
&l sistema inmunológico del cuerpo no reacciona ante la presencia de los
priones porque est!n presentes desde el nacimiento en forma de proteínas
naturales
COSM2TICOS' ¿EL ELI7IR CONTRA EL EN8E1ECIMIENTO DE LA PIEL?
=e todos los órganos del cuerpo $umano, la piel es el de mayor tama4o Biene
una estructura complea formada por dos estratos distintos, que descansan
sobre una capa de grasa &l estrato exterior: la &pidermis, est! formada por
varias capas; las células m!s exteriores adquieren uniformemente un relleno
de la proteina T?queratina y forman la capa protectora exterior de células
muertas %capa córnea) &l estrato inferior: la =ermis es una densa capa celular
que contiene >bras proteínicas de col!geno, el!sticas y reticulínicas, que son
las que determinan la >rme8a y elasticidad de la piel
&l enveecimiento supone la reducción del ritmo de producción de célulasdérmicas y epidérmicas y deteriora, especialmente, las >bras proteínicas de la
dermis
#uc$os cosméticos tratan de evitar el enveecimiento de la piel, manteniendo
la $umedad de la misma lgunos incluyen variadas formas de col!geno, pero,
aunque puede que $aga el producto m!s atractivo comercialmente, desde el
punto de vista cientí>co, su e>cacia se pone en duda ya que las moléculas de
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col!geno que incluyen son demasiado grandes para pasar a través de la
epidermis
2or otra parte, las cremas $idratantes tradicionales estan, en la actualidad,
"atrapadas en el interior de unos contenedores químicos" denominados
(iposomas, de modo que el agente $idratante permanece en el lugar en quese $a aplicado y no es arrastrado por el sudor o la $umedad (os compuestos
basados en liposomas se encuentran entre las meores cremas $idratantes,
pero, a pesar de su coste y de su so>sticación, la mayoría de los dermatólogos
cree que todavía no son m!s efectivos que la vaselina
lgunas empresas fabricantes de
cosméticos $an dado un paso m!s
adelante y $an cargado los liposomas con
col!geno y elastina, con la esperan8a de
que estas proteínas reparen los da4os
producidos por la edad Sin embargo,
aportar los bloques de construcción para
la reparación de la piel sería como vaciar
una carga de ladrillos en una obra y
esperar que se coloquen solos
&s sabido también que las
microinyecciones de col!geno en surcos y arrugas locali8adas de la piel no son
del todo de>nitivas porque el col!geno "inertado" es, generalmente,
reabsorbido por el organismo al cabo de un tiempo %entre oc$o meses y un
a4o) y, a veces, éstos "a4adidos" pueden producir alergias
"est de conocimientos so#re proteínas
9: Las )rote!nas son a#roo%;#,%as
a) 5, 6, 3, 2b) 5, 6, 3, 7c) 5, 6, 3, 9e: Los @L@a!no"#!$os se #ara#ter!an )or>
a) la disposición del grupo carboxilo %?5336) a la i8quierda del carbono b) la disposición del grupo amino %?76@) a la derec$a del carbono c) la disposición del grupo amino %?76@) a la i8quierda del carbono B: E% #o)orta!ento an+*tero $e %os a!no"#!$os se reere a ,e>
a) &l p6 que exista en una disolución acuosa determina su ioni8aciónb) &l p6 que exista en una disolución acuosa determina su actividad óptica
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c) &l p6 impide que se solubilicen en una disolución acuosa: Un eFe)%o $e )o%!);)t!$o es %a ,n!*n $e>
a) la ? Qlu ? Byr ? #et ? 2rob) 5ys ? 2ro ? 6is ? la ?
? 5omente las propiedades de los amino!cidos VWué son y cómo se formanlos péptidosT
@? =escriba las características de los niveles de organi8ación estructural de lasproteinas VWué diferencias $ay entre las alfa?$élice y las l!minas plegadas dela estructura secundaria de las proteínasT
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0? &xplique la desnaturali8ación de las proteínas, contestando ra8onadamentea las siguientes cuestiones: concepto; factores que pueden desnaturali8ar a lasproteínas; tipos de enlaces que se rompen durante el proceso; posibilidades deser reversible
H? &xplique a qué se re>ere la especi>cidad de las proteínas y por qué puede
plantear problemas en los transplantes de órganos
J? 9unciones de las proteínas 5ite eemplos de proteínas y funcionesconcretas que desempe4en en el organismo
Síntes!s $e A!no"#!$os
mino!cidos &senciales y no esenciales
(os amino!cidos no esenciales son aquellos que son sinteti8ados por los
mamíferos, mientras que los amino!cidos esenciales deben obtenerse a partir
de fuentes dietéticas V2or qué un organismo evolucionó en una forma tal que
no podría existir en la ausencia de ciertos amino!cidosT (o m!s probable, fue
que no $abía disponibilidad de estos amino!cidos en organismos inferiores
%plantas y microorganismos), y obviaba la necesidad de que el organismo
superior los produera para sobrevivir (as vías para su síntesis fueron
seleccionadas &ntonces no tener que sinteti8ar otros die8 amino!cidos %y
regular su síntesis) representa una economía importante 7o obstante, sigue
siendo importante para nosotros entender que las rutas sintéticas para estos
amino!cidos esenciales en las plantas y los microorganismos, por lo general
son m!s complicadas que las vías para la síntesis de amino!cidos noesenciales y que también son especí>cas para cada especie
(os veinte amino!cidos se pueden dividir en dos grupos de . amino!cidos
=ie8 son esenciales y . no esenciales Sin embargo, esto no es realmente una
dicotomía precisa, ya que no $ay superposición entre los dos grupos, tal y
como se indica en el texto que acompa4a a los dos gr!>cos siguientes:
(os =ie8 mino!cidos "no esenciales"
alanina
sparagina
spartato
5isteína %requiere grupo sulf$idrilo de la
metionina)
glutamina
glicina
2roline
Serina
Birosina %sinteti8ado a partir de
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glutamato fenilalanina)
Benga en cuenta que la tirosina es realmente un amino!cido esencial, ya que
es sinteti8ada por la $idroxilación de la fenilalanina, un amino!cido esencial
dem!s, en los animales, el grupo sulf$idrilo de la cisteína se deriva de la
metionina, que es un amino!cido esencial, por lo cisteína también se puede
considerar esencial
(os die8 amino!cidos "esenciales" son los siguientes:
(os =ie8 mino!cidos "&senciales"
rginina %ver m!s abao)
(a $istidina
ciente para satisfacer las necesidades
metabólicas de los lactantes y los ni4os, se clasi>ca como un amino!cido
esencial
Síntes!s $e A!no"#!$os no esen#!a%es
6aciendo caso omiso de la tirosina %ya que es precursor inmediato es
fenilalanina, un amino!cido esencial), todos los amino!cidos no esenciales %y
vamos a incluir arginina aquí) se sinteti8an a partir de intermediarios de las
principales vías metabólicas dem!s, los esqueletos de carbono de estos
amino!cidos son tra8ables a su L?ceto!cidos correspondientes 2or lo tanto,
podría ser posible sinteti8ar cualquiera de los amino!cidos no esenciales
directamente por transaminación de su correspondiente L?ceto!cido, si existe
dic$o ceto!cido como un intermediario com'n Ona "reacción detransaminación", es la que un grupo amino se trans>ere de un amino!cido al
carbono L de un ceto!cido, reacción catali8ada por una aminotransferasa
Bres L?ceto!cidos muy comunes pueden ser transaminado en un solo paso a su
amino!cido c
orrespondiente:
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2iruvato %producto >nal glucolítica) ?F alanina
&l oxaloacetato %ciclo del !cido cítrico bueno) ?F aspartato
a?cetoglutarato %ciclo del !cido cítrico bueno) ?F glutamato
(as reacciones individuales son:
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(a asparagina y la glutamina son los productos de amidaciones de aspartato y
glutamato, respectivamente 2or lo tanto, asparagina y glutamina, y los
amino!cidos no esenciales restantes no son directamente el resultado de la
transaminación de L?ceto!cidos debido a que estos no son productos
intermedios comunes de las otras vías 'n así, podemos ser capaces derastrear los esqueletos de carbono de todos los éstos a un L?ceto!cido =igo
esto no por las profundas implicaciones in$erentes a ella, sino m!s bien como
una forma de simpli>car el aprendi8ae de las vías de síntesis de los
amino!cidos no esenciales
spartato es transaminado a asparagina en una reacción dependiente de B2
catali8ada por la sintetasa de asparagina, y glutamina es el donante de grupo
amino:
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(a síntesis de la glutamina consiste de dos pasos, primero el glutamato se
"activa" a un Q?glutamylp$osp$ate intermedio, seguido por una reacción en laque el 760 despla8a el grupo fosfato:
sí, la síntesis de asparagina est! intrínsecamente ligada a la de glutamina, y
resulta que en la glutamina, el grupo donante amino en responsable de la
formación de numerosos productos biosintéticos, adem!s de ser una forma de
almacenamiento de 760 2or lo tanto, sería de esperar que la glutamina
sintetasa, la en8ima responsable de la amidación de glutamato, desempe4a un
papel central en la regulación del metabolismo del nitrógeno
Pro%!ne' orn!t!na - ar=!n!na son $er!(a$os $e =%,taato.
&l primer paso implica la fosforilación de glutamato por el B2 con la en8ima g?glutamil cinasa, seguido por reducción al glutamato?J?semialde$ído, que se
cicla de forma espont!nea %sin en8ima requerida) a una base interna de Sc$iX
(a formación del semialde$ído también requiere la presencia de 7=2 o
7=26
Sin embargo, el semialde$ído es un punto de rami>cación Ona rama conduce
a la prolina, mientras que la otra rama conduce a ornitina y arginina &l
glutamato?J?semialde$ído es transaminado a ornitina y glutamato, siendo el
donante de grupo amino (a ornitina, un intermediario del ciclo de la urea, se
convierte a la arginina a través del ciclo de la urea
2ara resaltar a'n m!s la importancia de glutamato, este se convierte en el
!cido amino γ ?aminobutírico >siológicamente activo %QG), el principal
neurotransmisor in$ibitorio en el cerebro:
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(a glicólisis intermedia, del 0?
fosfoglicerato, se convierte en
serina, cisteína y glicina
Se considera la
participación del
glutamato como
donante de
grupo amino (a
serina se
convierte en
glicina en la
siguiente
reacción:
serina D B69 ?F glicina D 7J, 7.?metileno?B69 %en8ima: serina
$idroximetiltransferasa)
(a glicina también se forma en una reacción de condensación de la siguiente
manera:
7J, 7.?metileno?B69 D 53@ D 76H D ?F glicina %en8ima: la sintasa de
glicina; requiere 7=6)
(a cisteína se sinteti8a a partir de serina y la $omocisteína %producto de la
descomposición de metionina):
servicio D $omocisteína ?F cistationina D 6@3
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cistationina D 6@3 ?F a?cetobutirato D cisteína D 760
Síntes!s $e A!no"#!$os Esen#!a%es
(as características de las vías de síntesis para los amino!cidos esenciales son:
%) &st!n presentes sólo en microorgansimos
%@) Son considerablemente m!s compleas que para los amino!cidos no
esenciales
%0) Otili8an precursores metabólicos conocidos
%H) Karian para cada especie
2ara efectos de la clasi>cación, considere las siguientes H "familias" que se
basan en los precursores comunes:
%) (a familia del aspartato: lisina, metionina, treonina
%@) (a familia del piruvato: leucina, isoleucina, valina
%0) (a familia rom!ticoa: fenilalanina, tirosina, triptófano
%H) 6istidina
(a familia del aspartato
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&l primer paso
clave para la
síntesis de (ys,#et y B$r es la
primera etapa, en
la que el
aspartato es
fosforilado a
aspartil?b?fosfato,
catali8ada por la
aspartoquinasa:
& coli tiene 0
isoen8imas de
aspartoquinasa
que responden de
manera diferente
a cada uno de los
0 amino!cidos,
con respecto a la
in$ibición
en8im!tica y la
in$ibición de
retroalimentación(a biosíntesis de lisina, metionina y treonina son no, entonces, controlada
como un grupo
(a vía de aspartato a la lisina tiene . pasos
(a vía de aspartato de treonina tiene J pasos
(a vía de aspartato de metionina tiene - pasos
Bambién se produce la regulación de las tres vías en los dos puntos de
rami>cación:
spartato M?semialde$ído %$omoserina y lisina)
6omoserina %treonina y metionina)
(os resultados de regulación de la in$ibición por retroalimentación por los
amino!cidos producidos en las ramas, se indican en la >gura anterior
-
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Kamos a considerar un paso importante en la síntesis de este grupo de 0
amino!cidos, a saber, la etapa en la que se convierte la $omocisteína a
metionina, catali8ada por la en8ima metionina sintasa:
&n esta reacción, la $omocisteína en metionina es metilada, y el 5donante es
7J?metil?B69 Bener en cuenta que la en8ima es una "sintasa" en lugar de una
sintetasa, debido a que la reacción es una reacción de condensación en la que
el B2 %u otro nucleósido trifosfato) no se utili8a como fuente de energía &stoes para ser comparado con un "sintetasa" en el que se requiere una 7B2 como
fuente de la reacción B$is de energía también puede ser considerado como la
transferencia de un grupo metilo de 7J?metil?B69 para la $omocisteína, por lo
que otro nombre para la en8ima es $omocisteína metiltransferasa
(a familia de piruvato
&stos son los amino!cidos de "cadena rami>cada", y es 'til recordar que, se
agrupan así, no sólo porque todos ellos se originan en el esqueleto de carbono
del piruvato, sino también porque la enfermedad "&nfermedad de la orina de
arabe de arce" %#SO=) es el resultado de de>ciencia de cadena rami>cada deL?ceto!cido des$idrogenasa, lo que resulta en una acumulación de L?ceto
!cidos de cadena rami>cada
Solo anali8aremos el principio y al >nal de las vías:
(a primera etapa es com'n a todos los 0 amino!cidos:
2iruvato D 22B ?F $idroxietil?B22 %catali8ada por la acetolactato
sintasa)
Benga en cuenta que el !tomo central de carbono en $idroxietil?B22 es un
carbanión y que se estabili8a mediante formas de resonancia
6idroxietil?B22 puede reaccionar con otro piruvato para formar una
acetolactato?, en cuyo caso la vía dirige $acia valina e isoleucina, o puede
reaccionar con un?cetobutirato, en cuyo caso la vía conduce a isoleucina
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6ay un punto de rami>cación en una cetoisovalerato que, en una dirección
conduce a la valina y, en el otro, a la leucina
&l paso >nal en la formación de cada uno de estos amino!cidos implica la
transferencia de un grupo amino a partir del glutamato al correspondiente L?
ceto!cido de cada
uno de los 0?aminos
acidos de cadena
rami>cada 6ere
vemos otro eemplo
de la importancia de
un amino!cido en
particular !cido, a
saber, el glutamato, a
las vías anabólicas
para los
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amino!cidos
(os mino!cidos rom!ticos:
&l fosfoenolpiruvato %2&2), un intermediario
de la glucólisis, se condensa con eritrosa?H?
fosfato, un camino pentosa?fosfato
intermedio, para formar @?ceto?0?
deoxyarabino$eptulosonate?-?fosfato y fosfato inorg!nico
(a en8ima implicada es una sintasa &ste producto de
condensación eventualmente se cicla a corismato
=esde aquí, la via se rami>ca, terminando en la producción de triptófano en unextremo de la rama, y tirosina y fenilalanina en el otro extremo
Onos pocos puntos merecen mención &n primer lugar, la glutamina uega el
papel de donante de un grupo amino al corismato para formar antranilato en la
rama &l precursor inmediato de triptófano es el indol:
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&l "anillo de indol" es el rasgo característico de la
estructura de triptófano Benga en cuenta que la serina
es el donante del grupo amino de indol para formar
triptófano
(a rama que conduce $acia la tirosina y fenilalanina
tiene otro punto de rami>cación en prefenato (a
'nica diferencia entre los @ amino!cidos resultantes es
que el carbono para del anillo de benceno de la tirosina se $idroxila =e $ec$o,
en los mamíferos, fenilalanina es $idroxilado directamente a la tirosina,
catali8ada por la en8ima fenilalanina $idroxilasa
9enilcetonuria
(os Aesultados por la ausencia de fenilalanina $idroxilasa, o que este defectuosa,
origina la acumulación de fenilalanina, que es transaminada posteriormente a
fenilpiruvato y luego excretada en la orina (a enfermedad "fenilcetonuria"
conduce r!pidamente a un severo retraso mental si no se trata pronto, después
del nacimiento con una dieta baa en fenilalanina (a detección universal de
recién nacidos en los &&OO para esta condición mediante an!lisis de sangre $a
reducido considerablemente la morbilidad por la enfermedad no tratada
lgunas aminas muy importantes >siológicamente activas se derivan de la
tirosina, y estas son la (?=32, dopamina, norepinefrina y epinefrina (a vía de
la tirosina a la norepinefrina se muestra a continuación:
-
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(a formación de
epinefrina de
norepinefrina
implica la
transferencia del
grupo metilo
altamente reactivode la S?
adenosilmetionina a
la norepinefrina:
&structura de la S?adenosil metionina mostrando su reactiva #etil Qrupo:
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Giosíntesis de 6istidina:
Keremos esta vía en detalle un poco m!s,porque se trata de la molécula de J?fosforribosil?
a?pirofosfato %al que nos referiremos como
"2A22" de a$ora en adelante) 2A22 también
participa en la síntesis de purinas y pirimidinas,
como pronto veremos &n la primera etapa de la
síntesis de $istidina, 2A22 condensa con B2
para formar una purina, B2 7?JY?fosforibosil,
en una reacción que es impulsada por la
posterior $idrólisis del pirofosfato que se condensa (a Qlutamina de nuevo
uega un papel como un donante de grupo amino, esta ve8 resulta en la
formación de la ribonucleótido J?aminoamida8ole?H?carboximida %5lo y un buen catali8ador !cido Z base
$ora sabemos que el A7 puede tener propiedades catalíticas, y se $a
especulado que la vida era originalmente A7?basado Bal ve8 la transición a la
cat!lisis de proteínas a partir de A7 cat!lisis se produo en el origen de la
biosíntesis de $istidina
(a amina >siológicamente activa, la $istamina, se forma a partir de $istidina:
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EN5IMAS
Los en!as son )roteínas ,e #ata%!an rea##!ones ,í!#as en los seresvivos (os en8imas son catali8adores, es decir, sustancias que, sin consumirse en
una reacción, aumentan notablemente su velocidad 7o $acen factibles lasreacciones imposibles, sino que sólamente aceleran las que espont!neamentepodrían producirse &llo $ace posible que en condiciones >siológicas tengan lugarreacciones que sin catali8ador requerirían condiciones extremas de presión,temperatura o p6
PROPIEDADES DE LOS EN5IMAS
(as propiedades de los en8imas derivan del $ec$o de ser proteínas y de actuar como
catali8adores 5omo proteínas, poseen una conformación natural m!s estable que las dem!sconformaciones posibles sí, #a
CLASI6ICACIÓN DE LAS EN5IMAS
&n función de su acción catalítica especí>ca, las en8imas se clasi>can en U grandes grupos o clases
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• 5lase : 3[
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On eemplo es la glucoquinasa, que catali8a lareacción representada en la 9igura de la derec$a:
glucosa DB2
=2 D glucosa?U?fosfato
C%ase B> HIDROLASAS
5atali8an las reacciones de $idrólisis:
?G D 6@3 6 D G?36
On eemplo es la lactasa, que catali8a la reacción:
lactosa D agua glucosa D galactosa
C%ase > LIASAS
5atali8an reacciones de ruptura o soldadura de sustratos:
?G D G
On eemplo es la acetacetato descarboxilasa, que catali8a la reacción:
!cido acetacético 53@ D acetona
C%ase > ISOMERASAS
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5atali8an la interconversión de isómeros:
G
Son eemplos la fosfotriosa isomerasa y la fosfoglucosa isomerasa, que catali8an las reaccionesrepresentadas en la tabla inferior:
fosfotriosa isomerasa fosfoglucosa isomerasa
gliceralde$ído?0?fosfato di$idroxiacetona?fosfatoglucosa?U?fosfato
fructosa?U?fosfato
C%ase > LIGASAS
5atali8an la unión de dos sustratos con $idrólisis simult!nea de un nucleótido trifosfato %B2, QB2,etc):
D G D [B2 ?G D [=2 D 2i
On eemplo es la piruvato carboxilasa, que catali8a la reacción:
piruvato D 53@ D B2 oxaloacetato D =2 D 2i
MODO DE ACCIÓN DE LAS EN5IMAS
&n las reacciones espont!neas, los productos >nales tienen menos energía libre de Qibbs %=Q) que
los reactantes %9igura inferior i8quierda) 2or tanto, en las reacciones espont!neas se libera energía
de Qibbs %=Q\.) Sin embargo, el comien8o de la reacción requiere un aporte inicial de energía &s
energía inicial que $ay que suministrar a los reactantes para que la reacción transcurra se
llama ener=ía $e a#t!(a#!*n %&a) 5uanto menor es la &a m!s f!cilmente transcurre la reacción
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Per% ener=;t!#o $e,na rea##!*nes)ont"nea
Per% ener=;t!#o $e,na rea##!*n #ata%!a$a
La a##!*n $e %os #ata%!a$ores #ons!ste' )re#!saente' en $!s!n,!r %a Ea %9igura superiorderec$a) (os en8imas son catali8adores especialmente e>caces, ya que disminuyen la &a a'n m!s
que los catali8adores inorg!nicos 2or eemplo, la descomposición del agua oxigenada %6@3@) para
dar 6@3 y 3@ puede ocurrir sin catali8ador, con un catali8ador inorg!nico %platino), o con un en8ima
especí>co %catalasa) (as respectivas &a para cada proceso son *, @ y U ]calZmol sí, se puede
calcular que el platino acelera la reacción @.... veces, mientras que la catalasa la acelera 0-...
veces
2ara que una reacción química tenga lugar, las moléculas de los reactantes deben c$ocar con una
energía y una orientación adecuadas (a actuación del en8ima %) permite que los reactantes
%sustratos) se unan a su centro activo con una orientación óptima para que la reacción se produ8ca
%@) modi>ca las propiedades químicas del sustrato unido a su centro activo, debilitando los enlaces
existentes y facilitando la formación de otros nuevos %9iguras inferiores):
6ay dos modelos sobre la forma en que el sustrato se une al centro activo del en8ima:
• el modelo %%a(e@#erra$,ra
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• el modelo del aF,ste !n$,#!$o
MODELO LLA8E@CERRADURA
&l o$e%o %%a(e@#erra$,ra supone que la estructura del sustrato y la del centro activo soncomplementarias, de la misma forma que una llave encaa en una cerradura &ste modelo es v!lidoen muc$os casos, pero no es siempre correcto
MODELO DEL A1USTE INDUCIDO
&n algunos casos, el centro activo adopta la conformación idónea sólo en presencia del sustrato (aunión del sustrato al centro activo del en8ima desencadena un cambio conformacional que da lugaa la formación del producto &ste es el o$e%o $e% aF,ste !n$,#!$o Sería algo así como uncascanueces, que se adapta al contorno de la nue8
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REGULACIÓN DE LA ACTI8IDAD EN5IM0TICA
Ona molécula de en8ima no tiene por qué actuar siempre a la misma velocidad Su actividad puede
estar modulada por:
• cambios en el )H
• cambios en la te)erat,ra
• presencia de #o+a#tores
• las #on#entra#!ones $e% s,strato - $e %os )ro$,#tos na%es
• presencia de !n/!
• o$,%a#!*n a%ost;r!#a
• o$!#a#!*n #o(a%ente
• activación por )rote*%!s!s
• !soen!as
E6ECTO DEL )H SO3RE LA ACTI8IDAD EN5IM0TICA
(os en8imas poseen grupos químicos ioni8ables %carboxilos ?5336; amino ?76@; tiol ?S6; imida8ol,
etc) en las cadenas laterales de sus amino!cidos Seg'n el p6 del medio, estos grupos puedentener carga eléctrica positiva, negativa o neutra 5omo la conformación de las proteínas depende, eparte, de sus cargas eléctricas, $abr! un p6 en el cual la conformación ser! la m!s adecuada para actividad catalítica %9igura de la derec$a) &ste es el llamado )H*)t!o
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(a mayoría de los en8imas son muy sensibles a los cambios de p6 =esviaciones de pocas décimaspor encima o por debao del p6 óptimo pueden afectar dr!sticamente su actividad sí, la pepsinag!strica tiene un p6 óptimo de @, la ureasa lo tiene a p6 - y la arginasa lo tiene a p6 . %9igura de i8quierda) 5omo ligeros cambios del p6 pueden provocar la desnaturali8ación de la proteína, losseres vivos $an desarrollado sistemas m!s o menos compleos para mantener estable el p6
intracelular: (osaort!=,a$ores s!o%*=!#os
E6ECTO DE LA TEMPERATURA SO3RE LA ACTI8IDAD EN5IM0TICA
&n general, los aumentos de temperatura aceleran las reacciones químicas: por cada .C5 deincremento, la velocidad de reacción se duplica (as reacciones catali8adas por en8imas siguen estaley general Sin embargo, al ser proteínas, a partir de cierta temperatura, se empie8an adesnaturali8ar por el calor (a temperatura a la cual la actividad catalítica es m!xima sellama te)erat,ra *)t!a %9igura de la derec$a) 2or encima de esta temperatura, el aumento dvelocidad de la reacción debido a la temperatura es contrarrestado por la pérdida de actividadcatalítica debida a la desnaturali8acióntérmica, y la actividad en8im!tica decrecer!pidamente $asta anularse
E6ECTO DE LOS CO6ACTORES SO3RE LAACTI8IDAD EN5IM0TICA
veces, un en8ima requiere para su funciónla presencia de sustancias no proteicas que
colaboran en la cat!lisis: los #o+a#tores (oscofactores pueden ser iones inorg!nicoscomo el 9eDD, #gDD, #nDD, PnDD etc 5asi untercio de los en8imas conocidos requierencofactores 5uando el cofactor es unamolécula org!nica se llama #oen!a#uc$os de estos coen8imas se sinteti8an apartir de vitaminas &n la >gura inferiorpodemos observar una molécula
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de /eo=%o
a)oen!a =r,)o )rost;t!#o /o%oen!a
E6ECTO DE LAS CONCENTRACIONES SO3RE LA ACTI8IDAD EN5IM0TICA
(a velocidad de una reacción en8im!tica depende de la concentración de sustrato (a 9igura de laderec$a muestra la velocidad de una reacción en8im!tica a Uconcentraciones distintas de sustrato
dem!s, la )resen#!a $e %os )ro$,#tos na%es puede $acer que lareacción sea m!s lenta, o incluso invertir su sentido %9igura inferior)
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E6ECTO DE LOS INHI3IDORES SO3RE LA ACTI8IDAD EN5IM0TICA
5iertas moléculas pueden in$ibir la acción catalítica de un en8ima: son los !n/!
In/!
MODULACIÓN ALOST2RICA DE LA ACTI8IDAD EN5IM0TICA
6ay en8imas que pueden adoptar @ conformaciones interconvertibles llamadas A %relaada) y B%tensa) A es la forma m!s activa porque se une al sustrato con m!s a>nidad (as formas A y B seencuentran en equilibrio A \11F B %9igura inferior):
5iertas sustancias tienden a estabili8ar la forma A Son los llamados o$,%a$ores )os!t!(os &lpropio sustrato es a menudo un modulador positivo (as moléculas que favorecen la forma A peroque act'an sobre una región del en8ima distinta del centro activo son los a#t!(a$oresa%ost;r!#os %9igura inferior i8quierda)
A#t!(a$or a%ost;r!#o> +a(ore#e %a,n!*n $e% s,strato
In/! !)!$e %a,n!*n $e% s,strato
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(as sustancias que favorecen la forma B y disminuyen la actividad en8im!tica son los o$,%a$orene=at!(os Si estos moduladores act'an en lugares distintos del centro activo del en8ima sellaman!n/!
E6ECTO DE LA MODI6ICACIÓN CO8ALENTE SO3RE LA ACTI8IDADEN5IM0TICA
3tros en8imas pasan de una forma menos activa a otra m!s activa uniéndose covalentemente a ungrupo químico de peque4o tama4o como el 2 i o el #2 Bambién se da el caso inverso, en el que unen8ima muy activo se desactiva al liberar alg'n grupo químico &n las en8imas de las víasdegradativas del metabolismo, la forma fosforilada es m!s activa que la no fosforilada, mientras quen las vías biosintéticas ocurre lo contrario &n las >guras inferiores se ilustra la activación de una
proteína por fosforilación
E%eentos $e %area##!*n
E% en!a no +os+or!%a$o es!na#t!(o
E% en!a +os+or!%a$o esa#t!(o
ACTI8ACIÓN PROTEOLÍTICA DE LA ACTI8IDAD EN5IM0TICA
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lgunos en8imas no se sinteti8an como tales, sino como proteínas precursoras sin actividaden8im!tica &stas proteínas se llaman )roen!as o !*=enos 2ara activarse, los8imógenos sufren un ataque $idrolítico que origina la liberación de uno o varios péptidos &lresto de la molécula proteica adopta la conformación y las propiedades del en8ima activo#uc$os en8imas digestivos se secretan en forma de 8imógenos y en el tubo digestivo seconvierten en la forma activa &s el caso de la a@,!otr!)s!na, que se sinteti8a en forma
de quimotripsinógeno %9igura superior) Si estos en8imas se sinteti8asen directamente enforma activa destruirían la propia célula que las produce sí, la tripsina pancre!tica %unaproteasa) se sinteti8a como tripsinógeno %inactivo) Si por alguna ra8ón se activa en elpropio p!ncreas, la gl!ndula sufre un proceso de autodestrucción %pancreatitis aguda), a
menudo mortal
REGULACIÓN DE LA ACTI8IDAD EN5IM0TICA POR MEDIO DEISOEN5IMAS
lgunos en8imas tienen distinta estructura molecular aunque su función biológica es similarSe llaman!so!as o !soen!as &stas diferencias de estructura se traducen en ligeroscambios en sus propiedades, de forma que cada iso8ima se adapta perfectamente a lafunción que debe reali8ar sí, podemos observar la existencia de isoen8imas en función de:
• e% t!)o $e teF!$o: 2or eemplo, la lactato des$idrogenasa presenta iso8imas distintosen m'sculo y cora8ón
• el #o)art!ento #e%,%ar donde act'a: 2or eemplo, la malato des$idrogenasa del
citoplasma es distinta de la de la mitocondria
• el oento #on#reto $e% $esarro%%o del individuo: 2or eemplo, algunos en8imas dela glicolisis del feto son diferentes de los mismos en8imas en el adulto
CIN2TICA EN5IM0TICA
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Los principios generales de las reacciones químicas se aplican también a las reacciones en8im!tica2or este motivo, antes de empe8ar con la cinética química, se van a repasar algunos conceptos
b!sicos de cinética química
continuación, se describir!n los siguientes conceptos:
• 5inética en8im!tica
• #odelo cinético de #ic$aelis?#enten
• 5!lculo de la ] # y la Kmax de un en8ima
• ctividad en8im!tica
CONCEPTOS 30SICOS DE CIN2TICA UÍMICA
&n una reacción de or$en #ero, la velocidad de formación del producto es independientede la concentración de sustrato: ( Q
&n una reacción de )r!er or$en la velocidad de formación de los productos esdirectamente proporcional a la concentración del sustrato: ( Q A. sí, en la reacción:
sacarosa D agua glucosa D fructosa
(a velocidad de $idrólisis de la sacarosa es, en todo momento, proporcional a laconcentración de sacarosa =ic$o matem!ticamente, donde ^_ es la concentración desacarosa a cada tiempo %t) y / es la constante de proporcionalidad Se dice que ésta es unareacción de primer orden
Ona reacción de se=,n$o or$en es aquella en la que la velocidad de formación delproducto depende
• de la concentración de dos sustratos %como en una reacción de condensación): v 1 /^_ ^@_
• del cuadrado de la concentración de un 'nico sustrato %reacción de dimeri8ación): v1 / ^_@
&n la tabla siguiente se resumen los distintos tipos de reacción, y la +ora $e #a%#,%ar s,s)ar"etros #!n;t!#os
CIN2TICA EN5IM0TICA
http://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#qhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#qhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#ehttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#mmhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#kvhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#kvhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#kvhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#kvhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#kvhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#aehttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#qhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#qhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#ehttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#mmhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#kvhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#kvhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#ae
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(a cinética en8im!tica est,$!a %a (e%o#!$a$ $e %as rea##!ones #ata%!a$as )or en!as &stosestudios proporcionan información directa acerca del mecanismo de la reacción catalítica y de laespeci>dad del en8ima (a velocidad de una reacción catali8ada por un en8ima puede medirse conrelativa facilidad, ya que en muc$os casos no es ne#esar!o ),r!#ar o a!s%ar e% en!a (amedida se reali8a siempre en las #on$!#!ones *)t!as de p6, temperatura, presencia decofactores, etc, y se utili8an concentraciones saturantes de sustrato &n estas condiciones, lavelocidad de reacción observada es la velocidad m!xima %Kmax) (a velocidad puede determinarse
bien midiendo la aparición de los productos o ldesaparición de los reactivos
l seguir la velocidad de aparición de producto %o de desaparición del sustrato) en función deltiempo se obtiene la llamada #,r(a $e a(an#e $e %a rea##!*n, o simplemente, la cinética de lareacción medida que la reacción transcurre, la velocidad de acumulación del producto vadisminuyendo porque se va consumiendo el sustrato de la reacción %9igura de la derec$a) 2araevitar esta complicación se procede a e$!r %a (e%o#!$a$ !n!#!a% $e %a rea##!*n %v.) (a velocidainicial de la reacción es igual a la pendiente de la curva de avance a tiempo cero %9igura de laderec$a) =e esta forma, la medida de v. se reali8a antes de que se consuma el . del total delsustrato, de forma que pueda #ons!$erarse %a S #oo esen#!a%ente #onstante a lo largo deexperimento dem!s, en estas condiciones no es ne#esar!o #ons!$erar %a rea##!*n !n(ersa, yque la cantidad de producto formada es tan peque4a que lareacción inversa apenas ocurre =e esta forma se simpli>canenormemente las ecuaciones de velocidad
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2ara estudiar la cinética en8im!tica se mide el e+e#to $e %a #on#entra#!*n !n!#!a% $e s,stratosoca como la de la 9igura de la derec$a C,an$oS es )e,ea, la velocidad inicial es directamente proporcional a la concentración de sustrato, por tanto, %a rea##!*n es $e )r!er or$en A a%tas S, el en8ima se encuentra saturada por elsustrato, y la velocidad ya no depende de ^S_. &n este
punto, %a rea##!*n es $e or$en #ero y la velocidad esm!xima %Kmax)
MODELO CIN2TICO DE MICHAELIS@MENTEN
(os estudios sistem!ticos del efecto de la concentración inical del sustrato sobre la actividad
en8im!tica comen8aron a reali8arse a >nales del siglo [
-
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&n este esquema, /, /@ y /0 son las constantes cinéticas individuales de cada proceso y también
reciben el nombre de #onstantes !#ros#*)!#as $e (e%o#!$a$ Seg'n esto, podemos a>rmar qu
• v 1 / ^&_ ^S_
• v@ 1 /@ ^&S_
• v0 1 /0 ^&S_
Se puede distinguir entre en!a %!
-
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/^S_ ^& B_ ? / ^S_ ^&S_ 1 /@ ^&S_ D /0 ^&S_
=espeando ^&S_, queda que: ' siendo , en donde la
expresión %/@D/0)Z/ se $a sustituído por M, o #onstante $e M!#/ae%!s@Menten &ste enlace nosaporta una explicación sobre las ra8ones que $acen de la ] # un par!metro cinético importante
2or lo tanto, en el estado estacionario, la velocidad de formación del producto es:
v 1 v0 1 /0 ^&S_ 1
2ara cualquier reacción en8im!tica, ^& B_, /0 y ] # son constantes Kamos a considerar dos casos
extremos:
• A #on#entra#!ones $e s,strato )e,eas %^S_ \\ ] #) v 1 %/0 ^& B_Z] #) ^S_ 5omo lostérminos entre paréntesis son constantes, pueden englobarse en una nueva constante, /obs, forma que la expresión queda reducida a: v 1 /obs ^S_, con lo cual la reacción es un )ro#eso#!n;t!#o $e )r!er or$en
• A #on#entra#!ones $e s,strato e%e(a$as %^S_ FF ]#), v 1 /0 ^& B_ (a velocidad de reaccióes independiente de la concentración del sustrato, y por tanto, la reacción es un )ro#eso#!n;t!#o $e or$en #ero dem!s, tanto /0 como ^& B_ son constantes, y nos permite de>nir unuevo par!metro, la (e%o#!$a$ "V!a $e %a rea##!*n %Kmax): Kmax 1 /0 ^& B_, que es lavelocidad que se alcan8aría cuando todo el en8ima disponible se encuantra unido al sustrato
Si introducimos el par!metro Kmax en la ecuación general de la velocidad, %la fórmula recuadrada
anteriormente), obtenemos %a eV)res!*n "s #ono#!$a $e %a e#,a#!*n $e M!#/ae%!s@Menten:
C0LCULO DE LA M Y DE LA 8aV DE UN EN5IMA
http://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#kmhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#kmhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#kmhttp://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz3.htm#km
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(a representación gr!>ca de la ecuación de
#ic$aelis?#enten %v. frente a ^S_.) es una
$ipérbola %9igura de la i8quierda) (a
Kmaxcorresponde al valor m!ximo al que tiende la
curva experimental, y la ] # corresponde a la
concentración de sustrato a la cual la velocidad dela reacción es la mitad de la Kmax
2ara determinar gr!>camente los valores de ] # y Kmax es m!s sencillo utili8ar la re)resenta#!*n$ocamente, los valores de ] # y
Kmax de un en8ima para diversos sustratos
ACTI8IDAD EN5IM0TICA
Se de>ne la ,n!$a$ $e a#t!(!$a$ en!"t!#a %O) como la cantidad de en8ima que catali8a laconversión de `mol de sustrato en un minuto (a actividad especí>ca es el n'mero de unidades d
en8ima por miligramo de proteína %OZmg prot) o por mililitro de disolución %OZml)
Aecientemente, el Sistema
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a) sólo intervienen en las reacciones que tienen lugar en los seresvivosb) aumentan la velocidad de las reacciones químicasc) acaban por consumirse en el transcurso de una reacciónd) $acen posibles reacciones que de otra forma no tendrían lugar
Pre=,nta nX > (os catali8adores son sustancias
a) que se unen a la en8ima por su centro activoque se consumen r!pidamente durante la reacción, pero
contribuyen a que sea m!s r!pidaque no $acen posibles las reacciones que no son espont!neas
que pueden ser tanto org!nicas como inorg!nicas
Pre=,nta nX B> (as en8imas
permiten que se lleven a cabo aquellas reacciones en las que =QF.
no se consumen en el transcurso de la reacción
aceleran la velocidad de una reacción porque aumentan su energía
de activaciónintervienen directamente en el mecanismo de la reacción
Pre=,nta nX > (as en8imas
son catali8adores de naturale8a proteica
$acen posibles reacciones que no son espont!neas
no ven afectada su actividad por los cambios en la temperatura
intervienen en la mayoría de las reacciones que tienen lugar en los
seres vivos
Pre=,nta nX > &n una en8ima, el centro activo
es el lugar al que se une el sustrato
no participa en el mecanismo de la reacción, sino sólo en la unión
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del sustratoparticipa tanto en la unión del sustrato como en el mecanismo de la
reacciónpermite seleccionar el tipo de sustratos que se van a unir a la
en8ima
Pre=,nta nX 9> &n una en8ima, el centro activo
es el lugar al que se une el sustrato
es el lugar al que se une un in$ibidor no competitivo
no participa en el mecanismo de la reacción
participa tanto en la unión al sustrato como en el mecanismo de la
reacción
Pre=,nta nX > &l sitio catalítico del centro activo de una en8ima
participa en la unión al sustrato
participa en el mecanismo de la reacción
es el lugar al que se unen los in$ibidores no competitivos
nada de lo anterior es cierto
Pre=,nta nX B> (a actividad de una en8ima es sensible a factores como
el p6
la temperatura
la presencia o ausencia de cofactores
la cantidad de en8ima que se va consumiendo a lo largo de la
reacción
Pre=,nta nX > Ona en8ima en ausencia de su cofactor
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se llama $oloen8ima
se llama apoen8ima
se llama coen8ima
tiene mayor actividad especí>ca
Pre=,nta nX > &s cierto que
$ay en8imas cuyo p6 óptimo es @
la actividad en8im!tica aumenta siempre con la temperatura
las en8imas necesitan siempre un grupo prostético
$ay en8imas que pueden reaccionar con varios sustratos
Pre=,nta nX 9> Ona en8ima presenta su actividad m!xima a p6 -,* =ecimosque -,* es su
punto isoeléctrico
p6 activo
p6 óptimo
p6 natural
Pre=,nta nX > (os cofactores
son fundamentales para la actividad de muc$as en8imas
pueden llegar a participar en el mecanismo de la reacción
son siempre moléculas org!nicas compleas
pueden unirse covalentemente a la en8ima
Pre=,nta nX B> Se llama apoen8ima
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a la en8ima unido a su cofactor
a la en8ima en ausencia de su cofactor
a la en8ima fosforilado
a la en8ima que se $a activado por proteolisis
Pre=,nta nX > &l sustrato natural de una en8ima
es el que tiene mayor ] #
es el que se une con mayor especi>cidad a la en8ima
es el que no se $a sinteti8ado químicamente en el laboratorio
es ell 'nico que reacciona a p6 óptimo
Pre=,nta nX > Ona en8ima poco especí>ca
sólo funciona con su sustrato natural
puede funcionar con varios sustratos an!logos
es la que tiene muc$os centros activos
funciona a la misma velocidad con diversos sustratos
Pre=,nta nX 9> (a en8ima &5 J@ es
una oxidorreductasa
una liasa
una transferasa
una isomerasa
Pre=,nta nX > (a en8ima &5 @@ es
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una oxidorreductasa
una liasa
una transferasa
una isomerasa
Pre=,nta nX B> (as en8imas de la clase 0 son
transferasas
liasas
isomerasas
$idrolasas
Pre=,nta nX > (a reacción: =%,#osa ATP Z ADP =%,#osa@@+os+ato est! catali8ada por
una transferasa
una liasa
una isomerasa
una ligasa
Pre=,nta nX > Si una en8ima catali8a la unión de dos sustratos con $idrólisissimult!nea de un nucleótido trifosfato, se trata de
una liasa
una ligasa
una en8ima de la clase J
una en8ima de la clase U
Pre=,nta nX 9> (as reacciones en las que se trans>eren $idrógeno oelectrones de un sustrato a otro est!n catali8adas por
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en8imas de la clase
en8imas de la clase 0
transferasas
oxidorreductasas
Pre=,nta nX > (a en8ima que catali8a una reacción del tipo A@3 Z A 3 pertenece a la clase de las
ligasas
isomerasas
transferasas
liasas
Pre=,nta nX B> (as $idrolasas son en8imas
de la clase @
de la clase U
de la clase 0
de la clase H
Pre=,nta nX > (a en8ima &5 U@
es una ligasa
es una isomerasa
es una $idrolasa
es una transferasa
Pre=,nta nX > (a en8ima &5 J@
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es una ligasa
es una $idrolasa
es una isomerasa
es una liasa
Pre=,nta nX 9> l medir la velocidad de una reacción en8im!tica
la en8ima debe estar puri>cado
$ay que a4adir los cofactores
la temperatura debe ser lo m!s alta posible
$ay que trabaar a p6 óptimo
Pre=,nta nX > Seg'n el modelo de cinética en8im!tica de #ic$aelis?#enten
la concentración del compleo en8ima?sustrato es constante a lo
largo de la reacciónla concentración del compleo en8ima?sustrato es elevada a lo largo
de la reaccióncuando la concentración inicial de sustrato es grande, la reacción es
de orden cuando la concentración inicial de sustrato es peque4a, la reacción
es de orden .
Pre=,nta nX B> &s cierto que
$ay en8imas que no siguen el modelo cinético de #ic$aelis?#enten
la velocidad de una reacción en8im!tica no cambia con el tiempo
el valor de la ] # de una en8ima permite estimar la a>nidad entre la
en8ima y el sustrato
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seg'n el modelo cinético de #ic$aelis?#enten, la concentración del
compleo en8ima?sustrato es muy elevada
Pre=,nta nX > &n el modelo cinético de#ic$aelis?#enten % a la derec$a) secumple que
^& B_1^&(_ D ^&S_
v1v@ D v0
v01constante
] #1%/D/@)Z/0
Pre=,nta nX > &n el modelo de cinética en8im!tica de #ic$aelis?#enten seobserva que
cuando ^S_\\] #, la reacción es de orden .
cuando ^S_\\] #, la reacción es de orden
cuando ^S_FF] #, la reacción es de orden .
cuando ^S_FF] #, la reacción es de orden
Pre=,nta nX 9> 2ara estudiar la cinética de una en8ima
primero $ay que puri>carla
utili8o en cada ensayo la misma cantidad de sustrato
utili8o en cada ensayo la misma cantidad de en8ima
se mide la velocidad de la reacción cuando se $a consumido m!s de
la mitad del sustrato
Pre=,nta nX > Seg'n el modelo cinético de #ic$aelis?#enten, las reaccionesen8im!ticas
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son de primer orden
son de orden cero
pueden ser de orden o de orden @, seg'n la concentración del
sustratotienen lugar en dos etapas
Pre=,nta nX B> &l modelo cinético de #ic$aelis?#enten
se cumple para todas las en8imas conocidas
se representa gr!>camente como una sigmoide
se basa en la $ipótesis del estado estacionario
explica por qué a ^S_. peque4as la reacción en8im!tica es de primer
orden
Pre=,nta nX > &n relación al modelo cinético de #ic$aelis?#enten podemosa>rmar que
la curva v. frente a ^S_. tiene forma de $ipérbola
se cumple para todas las en8imas
la reacción en8im!tica es de orden . si ^S_. \\ ] #
cuando ^S_. 1 ] #, entonces v 1 Kmax
Pre=,nta nX > Si la ] # de una en8ima para un sustrato es muy elevada,puedo suponer que
se trata del sustrato natural
el compleo en8ima?sustrato %&S) es muy estable
la en8ima tiene poca a>nidad $acia ese sustrato
la velocidad a la que se forma el compleo &S es menor que la
velocidad a que se destruye
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Pre=,nta nX 9> l $acer un estudio cinético de una reacción catali8ada poruna en8ima
no es necesario puri>car previamente la en8ima
no es necesario >ar las condiciones óptimas de actividad
sólo se tiene en cuenta la velocidad inicial de la reacción
se considera que la reacción sólo tiene lugar en un sentido
Pre=,nta nX > &n el modelo cinéticode #ic$aelis?#enten %a la derec$a), yasumiendo la $ipótesis del estado
estacionario se cumple que
^& B_ 1 ^&(_D^&S_
v 1 v@ D v0
v0 1 constante
] # 1 /D/@D/0
Pre=,nta nX B> Seg'n la $ipótesis del estado estacionario, en el transcurso deuna reacción en8im!tica el compleo en8ima?sustrato %&S) se comporta demodo que
^&S_ 1 ^& B_ %7ota: ^& B_ 1 concentración total de en8ima)
^&S_ es grande
^&S_ es constante
^&S_ aumenta durante el transcurso de la reacción
Pre=,nta nX > 5uando la ] # de una en8ima para un sustrato es muy grande,quiere decir que
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$ay gran a>nidad entre la en8ima y el sustrato
el compleo &S tiene poca estabilidad
a ^S_. muy peque4as se obtienen velocidades próximas a la Kmax
puede tratarse de un sustrato an!logo
Pre=,nta nX > (a representación de (ineEeaver?Gur/ aplicada a una en8imade tipo mic$aeliano origina una recta en la que el valor M 4 8aV corresponde a
la pendiente
la ordenada en el origen
la abscisa en el origen
al punto de inRexión
Pre=,nta nX 9> l estudiar la cinética de una en8ima mic$aeliana %K. frente a^S_.) se observa que
a ^S_. peque4as, la reacción es de primer orden
a ^S_. peque4as, la reacción es de orden cero
a ^S_. grandes, la reacción es de primer orden
a ^S_. grandes, la reacción es de orden cero
Pre=,nta nX > (a ] # de una en8ima
es la concentración se sustrato a la cual la velocidad de reacción es
m!xima
ser! grande cuando la en8ima tenga gran a>nidad $acia el sustrato
es m!s peque4a para el sustrato natural que para los sustratos
an!logoses mayor cuanto m!s estable es el compleo en8ima?sustrato
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Pre=,nta nX B> On valor de ] # peque4o indica
que la Kmax no puede ser muy grande
gran a>nidad entre la en8ima y el sustrato
gran estabilidad del compleo &S
que a ^S_. peque4as se obtienen velocidades próximas a Kmax
Pre=,nta nX > &n una en8ima mic$aeliana se cumple que
si ^S_. 1 ] #, entonces v 1 Kmax
si ^S_. \\ ] #, la reacción es de primer orden
si ^S_. FF ] #, entonces v 1 Kmax
si ^S_. FF ] #, la reacción es de orden cero
Pre=,nta nX > &n una en8ima mic$aeliana, la representación de (ineEeaver?Gur/ %Zv. frente a Z^S_.)
es una $ipérbola
es una sigmoide
es una recta
permite calcular la ] # y la Kmax