19.2: Enzimas

Objetivos de aprendizaje

1. Defina o describa lo siguiente:
   1. metabolismo
   2. reacción catabólica
   3. reacción anabólica
   4. enzima
   5. sustrato
   6. apoenzima
   7. haloenzima
   8. cofactor (coenzima)
2. Exponer cómo las enzimas son capaces de acelerar la velocidad de las reacciones químicas.
3. Describa brevemente una reacción enzima-sustrato generalizada, indique la función del sitio activo de una enzima y describa cómo una enzima es capaz de acelerar las reacciones químicas.
4. Anotar cuatro características de las enzimas.
5. Exponer cómo los siguientes afectan la velocidad de una reacción enzimática.
   1. concentración de enzima
   2. concentración de sustrato
   3. temperatura
   4. pH
   5. concentración de sal
6. Indique cómo los químicos como el cloro, el yodo, los yodóforos, los mercurio y el óxido de etileno inhiben o matan las bacterias.
7. Anotar cómo la alta temperatura y la baja temperatura ejercen su efecto sobre las bacterias.

Para vivir, crecer y reproducirse, los microorganismos experimentan una variedad de cambios químicos. Alteran los nutrientes para que puedan ingresar a la célula y los cambian una vez que ingresan para sintetizar partes celulares y obtener energía. Metabolismo se refiere a todas las reacciones químicas organizadas en una célula. Las reacciones en las que se descomponen los compuestos químicos se denominan reacciones catabólicas mientras que las reacciones en las que se sintetizan compuestos químicos se denominan reacciones anabólicas. Todas estas reacciones están bajo el control de enzimas.

Figura\(\PageIndex{1}\): Las enzimas son sustancias presentes en la célula en pequeñas cantidades que aceleran o catalizan reacciones químicas. Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones químicas porque disminuyen la energía de activación, la energía que se debe suministrar para que las moléculas reaccionen entre sí. Las enzimas reducen la energía de activación al formar un complejo enzima-sustrato.

Las enzimas son sustancias presentes en la célula en pequeñas cantidades que funcionan para acelerar o catalizar reacciones químicas. En la superficie de la enzima suele haber una pequeña grieta que funciona como un sitio activo o sitio catalítico al que uno o dos sustratos específicos son capaces de unirse. (Cualquier cosa con la que una enzima se combina normalmente se llama sustrato). La unión del sustrato a la enzima hace que la enzima flexible cambie ligeramente su forma a través de un proceso llamado ajuste inducido para formar un intermedio temporal llamado complejo enzima-sustrato (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{2}\): Una enzima acelera una reacción química al disminuir su energía de activación, la energía que debe suministrarse para que las moléculas reaccionen entre sí.

Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones químicas porque disminuyen la energía de activación, la energía que se debe suministrar para que las moléculas reaccionen entre sí (Figura\(\PageIndex{2}\)). Las enzimas disminuyen la energía de activación al formar un complejo enzima-sustrato permitiendo que los productos de la reacción enzimática se formen y liberen (Figura\(\PageIndex{3}\)).

Figura\(\PageIndex{3}\): Reacción Enzima-Sustrato. Las enzimas son sustancias presentes en la célula en pequeñas cantidades que aceleran o catalizan reacciones químicas. Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones químicas porque disminuyen la energía de activación, la energía que se debe suministrar para que las moléculas reaccionen entre sí. Las enzimas reducen la energía de activación al formar un complejo enzima-sustrato.

Muchas enzimas requieren un cofactor no proteico para ayudarles en su reacción. En este caso, la porción proteica de la enzima, llamada apoenzima, se combina con el cofactor para formar toda la enzima o haloenzima (Figura\(\PageIndex{3}\)). Algunos cofactores son iones como Ca ⁺⁺, Mg ⁺⁺ y K ⁺; otros cofactores son moléculas orgánicas llamadas coenzimas que sirven como portadores de grupos químicos o electrones. NAD ⁺, NADP ⁺, FAD y coenzima A (CoA) son ejemplos de coenzimas.

Figura\(\PageIndex{4}\): Una apoenzima y un cofactor se combinan para formar una haloenzima. Si el cofactor es una molécula orgánica, se le llama coenzima.

Características de las Enzimas

Químicamente, las enzimas son generalmente proteínas globulares. (Algunas moléculas de ARN llamadas ribozimas también pueden ser enzimas. Estos se encuentran generalmente en la región nuclear de las células y catalizan la división de moléculas de ARN). Las enzimas son catalizadores que descomponen o sintetizan compuestos químicos más complejos. Permiten que las reacciones químicas ocurran lo suficientemente rápido como para soportar la vida. Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones químicas porque disminuyen la energía de activación, la energía que se debe suministrar para que las moléculas reaccionen entre sí. Cualquier cosa con la que una enzima se combina normalmente se llama sustrato. Las enzimas son muy eficientes. Una enzima generalmente puede catalizar típicamente entre 1 y 10,000 moléculas de sustrato por segundo. Las enzimas solo están presentes en pequeñas cantidades en la célula ya que no se alteran durante sus reacciones. y son altamente específicas para su sustrato. Generalmente hay una enzima específica para cada reacción química específica.

Actividad enzimática

La actividad enzimática se ve afectada por una serie de factores que incluyen:

• La concentración de enzima: Suponiendo que se dispone de una concentración suficiente de sustrato, aumentar la concentración de la enzima aumentará la velocidad de reacción de la enzima.
• La concentración de sustrato: A una concentración enzimática constante y a concentraciones menores de sustratos, la concentración de sustrato es el factor limitante. A medida que aumenta la concentración de sustrato, la velocidad de reacción de la enzima aumenta. Sin embargo, a concentraciones muy altas de sustrato, las enzimas se saturan con sustrato y una mayor concentración de sustrato no aumenta la velocidad de reacción.
• La temperatura: Cada enzima tiene una temperatura óptima a la que mejor funciona. Una temperatura más alta generalmente resulta en un aumento en la actividad enzimática. A medida que aumenta la temperatura, el movimiento molecular aumenta dando como resultado más colisiones moleculares. Sin embargo, si la temperatura sube por encima de cierto punto, el calor desnaturalizará la enzima, provocando que pierda su forma funcional tridimensional al desnaturalizar sus enlaces de hidrógeno. La temperatura fría, por otro lado, ralentiza la actividad enzimática al disminuir el movimiento molecular.
• El pH: Cada enzima tiene un pH óptimo que ayuda a mantener su forma tridimensional. Los cambios en el pH pueden desnaturalizar las enzimas alterando la carga de la enzima. Esto altera los enlaces iónicos de la enzima que contribuyen a su forma funcional.
• La concentración de sal: Cada enzima tiene una concentración óptima de sal. Los cambios en la concentración de sal también pueden desnaturalizar las enzimas.

Algunas relaciones entre las enzimas bacterianas y el uso de desinfectantes y temperaturas extremas para controlar bacterias.

1. Muchos desinfectantes, como cloro, yodo, yodóforos, mercurio, nitrato de plata, formaldehído y óxido de etileno, inactivan las enzimas bacterianas y bloquean así el metabolismo.
2. Las altas temperaturas, como el autoclave, la ebullición y la pasteurización, desnaturalizan las proteínas y las enzimas.
3. Las temperaturas frías, como la refrigeración y la congelación, ralentizan o detienen las reacciones enzimáticas.

Resumen

1. Las enzimas son sustancias presentes en la célula en pequeñas cantidades que funcionan para acelerar o catalizar las reacciones químicas por lo que ocurren lo suficientemente rápido como para soportar la vida.
2. En la superficie de la enzima es típicamente una pequeña grieta que funciona como un sitio activo o sitio catalítico al que uno o dos sustratos específicos son capaces de unirse.
3. Cualquier cosa con la que una enzima se combina normalmente se llama sustrato.
4. La unión del sustrato a la enzima hace que la enzima flexible cambie ligeramente su forma a través de un proceso llamado ajuste inducido para formar un intermedio temporal llamado complejo enzima-sustrato.
5. Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones químicas porque disminuyen la energía de activación, la energía que se debe suministrar para que las moléculas reaccionen entre sí.
6. Muchas enzimas requieren un cofactor no proteico para ayudarles en su reacción. En este caso, la porción proteica de la enzima, llamada apoenzima, se combina con el cofactor para formar toda la enzima o haloenzima.
7. Algunos cofactores son iones como Ca ⁺⁺, Mg ⁺⁺ y K ⁺; otros cofactores son moléculas orgánicas llamadas coenzimas que sirven como portadores de grupos químicos o electrones. NAD ⁺, NADP ⁺, FAD y coenzima A (CoA) son ejemplos de coenzimas.
8. Químicamente, las enzimas son generalmente proteínas globulares. Algunas moléculas de ARN llamadas ribozimas también pueden ser enzimas, generalmente funcionan para escindir moléculas de ARN.
9. Las enzimas solo están presentes en pequeñas cantidades en la célula ya que no se alteran durante sus reacciones y son altamente específicas para su sustrato.
10. La actividad enzimática se ve afectada por una serie de factores que incluyen la concentración de la enzima, la concentración del sustrato, la temperatura, el pH y la concentración de sal.