proteínas texto

8/18/2019 Proteínas texto

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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


30/65

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


31/65

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:


32/65

&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:


33/65

(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

proteínas texto

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