Mecanismo de compensación de dosis En la gran mayoría de los mamíferos (pero no en los marsupiales), uno de los cromosomas X está inactivo en las células somáticas de las hembras. Tal exclusión es una de las opciones para resolver el problema en especies en las que un sexo está representado por dos

Capítulo 3. Enzimas. El mecanismo de acción de las enzimas Las enzimas o enzimas se denominan proteínas específicas que forman parte de todas las células y tejidos de los organismos vivos y actúan como catalizadores biológicos.Propiedades generales de las enzimas y catalizadores inorgánicos: 1. No

La estructura de la molécula de enzima Por estructura, las enzimas pueden ser proteínas simples y complejas. Una enzima que es una proteína compleja se llama holoenzima. La parte proteica de la enzima se llama apoenzima, la parte no proteica se llama cofactor. Hay dos tipos de cofactores: 1.

Especificidad de acción de las enzimas Las enzimas tienen una mayor especificidad de acción en comparación con los catalizadores inorgánicos. Hay especificidad en relación con el tipo de reacción química catalizada por la enzima, y ​​especificidad en relación con

Capítulo 4. Regulación de la actividad enzimática. Enzimología médica Métodos de regulación de la actividad enzimática: 1. Cambio en el número de enzimas.2. Cambio en la eficiencia catalítica de la enzima.3. Cambio de las condiciones de reacción Regulación de la cantidad

El uso de enzimas en medicina Las preparaciones enzimáticas se usan ampliamente en medicina. Las enzimas en la práctica médica se utilizan como agentes de diagnóstico (enzimodiagnóstico) y terapéuticos (terapia enzimática). Además, las enzimas se utilizan como

Introducción

1.Tipos de enzimas

2. Estructura de las enzimas

El mecanismo de acción de las enzimas.

lista bibliografica

Introducción

Las enzimas son la clase más importante de sustancias proteicas, universales en su función biológica. Las enzimas son catalizadores específicos y altamente eficientes para las reacciones químicas que ocurren en una célula viva. El estudio de las enzimas, su estructura, propiedades y mecanismo de acción biológica es una de las principales ramas de la bioquímica y la química bioorgánica. Hasta la fecha se han caracterizado varios miles de enzimas, más de un millar de ellas se han obtenido en estado individual. Para muchos cientos de proteínas enzimáticas, se ha dilucidado la secuencia de aminoácidos, y las más famosas se han descifrado mediante análisis de difracción de rayos X al nivel de una estructura espacial completa. El estudio de cualquier problema en el campo del conocimiento de los mecanismos de la actividad vital está necesariamente asociado al estudio de los sistemas enzimáticos correspondientes. Además, las enzimas se utilizan ampliamente como poderosas herramientas para dilucidar la estructura de los biopolímeros y en la ingeniería genética. Encuentran una amplia aplicación práctica en la medicina y la industria alimentaria.

Los procesos enzimáticos han sido conocidos por el hombre desde la antigüedad. En particular, la fermentación fue ampliamente utilizada por los griegos para producir vino (el descubrimiento de este método se atribuyó al dios Baco). Los pueblos de muchos países han dominado durante mucho tiempo el arte de hacer pan, queso, vinagre a partir del procesamiento de materias primas vegetales y animales. Sin embargo, la etapa actual en el desarrollo de la enzimología se remonta a principios del siglo pasado. En 1814, un miembro de la Academia de Ciencias de San Petersburgo, K. Kirchhoff, estableció que el almidón se convierte en azúcar bajo la acción de ciertas sustancias que se encuentran en los granos de cebada en germinación. Un paso más en esta dirección lo dieron los químicos franceses A. Payen y J. Pirceau, quienes en 1833 demostraron que el factor termolábil, obtenido del extracto de malta por precipitación con alcohol, tiene la capacidad de hidrolizar el almidón; lo llamaron diástasis.

Pronto estalló una disputa sobre la naturaleza de la fermentación, en la que participaron los mayores representantes de las ciencias naturales de la época. En particular, L. Pasteur opinaba que la fermentación es provocada por microorganismos vivos y, por tanto, está asociada exclusivamente a su actividad vital. Por otro lado, J. Liebig y C. Bernard defendieron la naturaleza química de la fermentación, creyendo que está asociada a sustancias especiales como la diastasa (amilasa). J. Berzelius en 1837 demostró que las enzimas son catalizadores suministrados por células vivas. Fue entonces cuando aparecieron los términos "enzima" (del latín fermentatio - fermentación) y "enzima" (del griego - en levadura). La disputa finalmente se resolvió solo en 1897, cuando los científicos alemanes hermanos Hans y Edward Buchner demostraron que el jugo acelular de levadura (obtenido frotando levadura con tierra de diatomeas) es capaz de fermentar azúcar con la formación de alcohol y CO 2. Quedó claro que el jugo de levadura contiene una mezcla compleja de enzimas (llamada zimasa) y estas enzimas pueden funcionar. para recorrer tanto dentro como fuera de las celdas. Según uno de los historiadores, la aparición de burbujas de dióxido de carbono en el experimento de Buchner significó el nacimiento de la bioquímica y la enzimología modernas.

Muchos investigadores, entre los que deben mencionarse A. Ya. Danilevsky, R. Wilstetter y otros, intentaron aislar enzimas en un estado individual. La naturaleza proteica de las enzimas fue demostrada sin ambigüedades en 1926 por el bioquímico estadounidense J. Sumner, quien aisló la enzima ureasa de semillas en zanjas de forma cristalina. En 1930, J. Northrop recibió pepsina cristalina y luego tripsina y quimotripsina. Desde este período, se ha aceptado generalmente que todas las enzimas son proteínas.

A finales del siglo XIX. sobre la base de los avances en el campo del estudio de la estructura de los compuestos orgánicos de origen biológico, se hizo posible estudiar la especificidad de las enzimas. En este momento, E. Fischer planteó la famosa posición sobre la necesidad de una correspondencia estérica entre la enzima y el sustrato; en su expresión figurativa, "el sustrato encaja en la enzima como la llave de una cerradura". A principios del siglo XX se sentaron las bases para estudiar la cinética de acción de las enzimas.

Las enzimas tienen diferentes pesos moleculares, de 10 000 a 1 000 000 y más. Pueden construirse a partir de una sola cadena polipeptídica, varias cadenas polipeptídicas o complejos complejos (a veces polienzimáticos). La enzima también incluye componentes no proteicos, llamados cofactores (cofactores), - iones metálicos, pequeñas moléculas orgánicas como vitaminas, etc.

Las enzimas son catalizadores altamente eficientes: pueden aumentar las velocidades de reacción millones y miles de millones de veces. Por ejemplo, la ureasa (a pH 8,0, 20 0C) acelera la hidrólisis de la urea en alrededor de 1014 una vez.

Las enzimas son catalizadores altamente específicos. Muestran especificidad con respecto al tipo de reacción química catalizada, y no se produce la formación de subproductos. Además, tienen una especificidad de sustrato pronunciada y, por regla general, una alta estereoespecificidad.

1. Tipos de enzimas

Clasificación de las enzimas. Anteriormente, al nombrar enzimas, se tomaba como base el nombre del sustrato con la adición del sufijo "aza"; así aparecieron, en particular, las proteinasas, las lipasas y las carbohidrasas. De acuerdo con el principio original, se designaron enzimas que catalizan reacciones oxidativas (deshidrogenasas). Algunas enzimas han recibido nombres especiales: tripsina, pepsina, etc. Actualmente, se ha adoptado una clasificación en la que las enzimas se agrupan en 6 clases según el tipo de reacciones catalizadas:

Oxidorreductasas (reacciones redox).

Transferasas (reacciones de transferencia de grupos funcionales).

Hidrolasas (reacciones de hidrólisis).

Liasas (reacciones de escisión de grupos por medios no hidrolíticos).

Isomerasas (reacciones de isomerización).

Ligasas (reacciones de síntesis debidas a la energía del ATP).

Dentro de las clases, las enzimas se agrupan en subclases y subclases según las características de las reacciones que catalizan; sobre esta base, se compiló la numeración de códigos (cifrados) de las enzimas y sus nombres sistemáticos. El código de la enzima consta de cuatro números separados por puntos: el primer número indica la clase de la enzima, el segundo y el tercer número indican la subclase y la subclase, respectivamente, y el cuarto número es el número de serie de la enzima en su subsubclase. Por ejemplo, la fosfatasa ácida tiene el código 3.1.3.2; esto significa que pertenece a la clase de hidrolasas (3.1.3.2), la subclase de estas enzimas que actúan sobre enlaces éster (3.1.3.2), la subclase de enzimas que hidrolizan monoésteres de ácido fosfórico (3.1.3.2), y la serie número de la enzima en esta subsubclase - 2 (3.1.3.2).

Las enzimas que catalizan la misma reacción, pero aisladas de diferentes tipos de organismos vivos, difieren entre sí. En la nomenclatura, tienen un nombre común y un número de código. A menudo se encuentran diferentes formas de una u otra enzima en las mismas especies biológicas. Para nombrar un grupo de enzimas que catalizan la misma reacción y se encuentran en organismos de la misma especie, se recomienda el término formas enzimáticas múltiples. Para aquellas enzimas del mismo grupo que tienen diferencias genéticamente determinadas en la estructura primaria, se utiliza el término "isoenzimas".

Oxidoreducto ?zy - una clase separada de enzimas que catalizan las reacciones que subyacen a la oxidación biológica, acompañadas por la transferencia de electrones de una molécula (agente reductor - aceptor de protones o donante de electrones) a otra (agente oxidante - donante de protones o aceptor de electrones).

Las reacciones catalizadas por oxidorreductasas generalmente se ven así:

¿b? A+B ?

Donde A es un agente reductor (donante de electrones) y B es un agente oxidante (aceptor de electrones)

En las transformaciones bioquímicas, las reacciones redox a veces parecen más complicadas. Aquí, por ejemplo, una de las reacciones de la glucólisis:

norte + gliceraldehído-3-fosfato + NAD +? SOBRE H + H ++ 1,3-difosfoglicerato

Aquí, NAD actúa como un agente oxidante. +, y el gliceraldehído-3-fosfato es el agente reductor.

Los nombres sistemáticos de las enzimas de la clase se forman según el esquema "donante: aceptor + oxidorreductasa". Sin embargo, también se utilizan ampliamente otros esquemas de nombres. Cuando es posible, las enzimas se nombran en la forma "donante + deshidrogenasa", por ejemplo, gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, para la segunda reacción anterior. A veces, el nombre se escribe como "aceptor + reductasa", por ejemplo NAD +-reductasa. En el caso particular en que el agente oxidante es oxígeno, el nombre puede estar en la forma "donante + oxidasa".

Según la clasificación y nomenclatura internacional de enzimas, las oxidorreductasas pertenecen a la clase 1, dentro de la cual se distinguen veintidós subclases:

EC 1.1 incluye enzimas que interactúan con el grupo de donantes CH-OH;

EC 1.2 incluye enzimas que interactúan con el grupo aldehído u oxo de los donantes;

EC 1.3 incluye enzimas que interactúan con el grupo de donantes CH-CH;

EC 1.4 incluye enzimas que interactúan con CH-NH 2un grupo de donantes;

EC 1.5 incluye enzimas que interactúan con el grupo de donantes CH-NH;

EC 1.6 incluye enzimas que interactúan con NAD H o NADP H;

EC 1.7 incluye enzimas que interactúan con otros compuestos que contienen nitrógeno como donantes;

EC 1.8 incluye enzimas que interactúan con el grupo de donantes que contienen azufre;

EC 1.9 incluye enzimas que interactúan con el grupo hemo de donantes;

EC 1.10 incluye enzimas que interactúan con difenoles y compuestos relacionados como donantes;

EC 1.11 incluye enzimas que interactúan con el peróxido como aceptor (peroxidasa);

EC 1.12 incluye enzimas que interactúan con hidrógeno como donante;

EC 1.13 incluye enzimas que interactúan con donantes únicos con incorporación de oxígeno molecular (oxigenasas);

EC 1.14 incluye enzimas que interactúan con donantes emparejados con incorporación de oxígeno molecular;

EC 1.15 incluye enzimas que interactúan con radicales superóxido como aceptores;

EC 1.16 incluye enzimas que oxidan iones metálicos;

EC 1.17 incluye enzimas que interactúan con CH o CH2 grupos;

EC 1.18 incluye enzimas que interactúan con proteínas de hierro y azufre como donantes;

EC 1.19 incluye enzimas que interactúan con flavodoxina reducida como donante;

EC 1.20 incluye enzimas que interactúan con fósforo o arsénico como donante;

EC 1.21 incluye enzimas que interactúan con moléculas de tipo X-H e Y-H para formar un enlace X-Y;

EC 1.97 incluye otras oxidorreductasas.

Transferir ?zy - una clase separada de enzimas que catalizan la transferencia de grupos funcionales y residuos moleculares de una molécula a otra. Ampliamente distribuidos en organismos vegetales y animales, intervienen en la transformación de carbohidratos, lípidos, nucleicos y aminoácidos.

Las reacciones catalizadas por transferasas generalmente se ven así:

¿X+B? A+B-X.

La molécula A aquí actúa como donante de un grupo de átomos (X), y la molécula B es un aceptor de grupo. A menudo, una de las coenzimas actúa como donante en dichas reacciones de transferencia. Muchas de las reacciones catalizadas por las transferasas son reversibles.

Los nombres sistemáticos de las enzimas de clase se forman de acuerdo con el esquema:

"donante: aceptor + grupo + transferasa".

O bien, se utilizan nombres un poco más generales, cuando el nombre del donante o del aceptor del grupo se incluye en el nombre de la enzima:

"donante + grupo + transferasa" o "aceptor + grupo + transferasa".

Por ejemplo, la aspartato aminotransferasa cataliza la transferencia de un grupo amino de una molécula de ácido aspártico, la catecol-O-metiltransferasa transfiere el grupo metilo de la S-adenosilmetionina al anillo de benceno de varias catecolaminas y la histona acetiltransferasa transfiere un grupo acetilo de la acetil coenzima A. a la histona durante la activación de la transcripción.

Además, las enzimas del séptimo subgrupo de transferasas que transfieren un residuo de ácido fosfórico usando un grupo fosfato de ATP como donante a menudo también se denominan quinasas; Las aminotransferasas (subgrupo 6) a menudo se denominan transaminasas.

Según la clasificación y nomenclatura internacional de enzimas, las transferasas pertenecen a la clase 2, dentro de la cual se distinguen nueve subclases:

EC 2.1 incluye enzimas que transfieren grupos de un carbono;

EC 2.2 - enzimas que llevan grupos aldehído y cetona;

EC 2.3 - residuos acilo portadores (aciltransferasas);

EC 2.4 - transferencia de residuos de azúcar (glicosiltransferasas);

KF 2.5 - transferir grupos alquilo y arilo con la excepción del residuo metilo;

KF 2.6 - grupos portadores de átomos que contienen nitrógeno;

EC 2.7 - transferencia de residuos que contienen fósforo;

EC 2.8 - grupos portadores que contienen azufre;

EC 2.9 - grupos portadores que contienen selenio.

Las hidrolasas son una clase de enzimas que catalizan la hidrólisis de un enlace covalente. La forma general de la reacción catalizada por una hidrolasa es la siguiente:

B+H2 ¿Vaya? AOH + BH

El nombre sistemático de las hidrolasas incluye el nombre del sustrato a escindir seguido de la adición de la hidrolasa. Sin embargo, por regla general, en un nombre trivial, se omite la palabra hidrolasa y solo queda el sufijo "-aza".

EC 3.1 esterasa de enlace éster: nucleasa, fosfodiesterasa, lipasa, fosfatasa

Glicosidasas de azúcar CF 3.2: amilasa, hialuronidasa, lisozima, etc.

Conexión de éter simple CF 3.3

Proteasa de enlace peptídico EC 3.4: tripsina, quimotripsina, elastasa, trombina, renina, etc.

Enlace carbono-nitrógeno no peptídico EC 3.5

CF 3.6 anhídrido ácido anhídrido hidrolasa (helicasa, GTPasa)

CF 3.7 enlace carbono-carbono (C-C)

Enlace halógeno CF 3.8

EC 3.9 enlace nitrógeno-fósforo (P-N)

CF 3.10 enlace nitrógeno-azufre (S-N)

EC 3.11 enlace carbono-fósforo (C-P)

Enlace disulfuro EC 3.12 (S-S)

CF 3.13 enlace azufre-carbono (C-S)

Lea ?zy (sintasas) - una clase separada de enzimas que catalizan las reacciones de ruptura no hidrolítica y no oxidativa de varios enlaces químicos (C-C, C-O, C-N, C-S y otros) del sustrato, reacciones reversibles de formación y ruptura de doble enlaces, acompañados de la eliminación o adición de grupos de átomos en su lugar, y también la formación de estructuras cíclicas.

En general, los nombres de las enzimas se forman según el esquema "sustrato + liasa". Sin embargo, más a menudo el nombre tiene en cuenta la subclase de la enzima. Las liasas difieren de otras enzimas en que dos sustratos están involucrados en las reacciones catalizadas en una dirección y solo uno está involucrado en la reacción inversa. El nombre de la enzima contiene las palabras "descarboxilasa" y "aldolasa" o "liasa" (piruvato descarboxilasa, oxalato descarboxilasa, oxaloacetato descarboxilasa, treonina aldolasa, fenilserina aldolasa, isocitrato liasa, alanina liasa, ATP citrato liasa y otros), y para enzimas que catalizan las reacciones de escisión del agua del sustrato - "deshidratasa" (carbonato deshidratasa, citrato deshidratasa, serina deshidratasa, etc.). En los casos en que solo se encuentra la reacción inversa, o esta dirección en las reacciones es más significativa, el nombre de las enzimas contiene la palabra "sintasa" (malato sintasa, 2-isopropilmalato sintasa, citrato sintasa, hidroximetilglutaril-CoA sintasa, etc.). ) .

Ejemplos: histidina descarboxilasa, fumarato hidratasa.

Según la clasificación y nomenclatura internacional de enzimas, las liasas pertenecen a la clase 4, dentro de la cual se distinguen siete subclases:

EC 4.1 incluye enzimas que escinden enlaces carbono-carbono, por ejemplo, descarboxilasas (carboxiliasas);

EC 4.2 - enzimas que escinden enlaces carbono-oxígeno, por ejemplo, deshidratasa;

EC 4.3 - enzimas que escinden enlaces carbono-nitrógeno (amidina liasas);

EC 4.4 - enzimas que escinden enlaces carbono-azufre;

EC 4.5: incluye enzimas que escinden enlaces carbono-halógeno, por ejemplo, DDT-deshidroclorinasa;

EC 4.6 - enzimas que escinden enlaces fósforo-oxígeno, por ejemplo, adenilato ciclasa;

EC 4.99 - incluye otras liasas

Las isomerasas son enzimas que catalizan transformaciones estructurales de isómeros (racemización o epimerización). Las isomerasas catalizan reacciones como las siguientes: B, donde B es un isómero de A.

El nombre de la enzima contiene la palabra "racemasa" (alanina-racemasa, metionina-racemasa, hidroxiprolina-racemasa, lactato-racemasa, etc.), "epimerasa" (aldosa-1-epimerasa, ribulosa fosfato-4-epimerasa, UDP -glucuronato-4 -epimerasa, etc.), "isomerasa" (ribosa fosfato isomerasa, xilosa isomerasa, glucosamina fosfato isomerasa, enoil-CoA isomerasa, etc.), "mutasa" (fosfoglicerato mutasa, metilaspartato mutasa, fosfoglucomutasa, etc.) .

Las isomerasas tienen su propia clasificación, EC 5 y tienen las siguientes subclases:

EC 5.1 incluye enzimas que catalizan la racemización (racemasas) y la epimerización (epimerasas)

EC 5.2 incluye enzimas que catalizan la isomerización geométrica (isomerasa cis-trans)

EC 5.3 incluye oxidorreductasas intramoleculares

EC 5.4 incluye transferasas (mutasas)

EC 5.5 incluye liasas intramoleculares

EC 5.99 incluye otras isomerasas, incluidas las topoisomerasas

Ligasas (sintetasas). La clase de ligasas incluye enzimas que catalizan la síntesis de sustancias orgánicas a partir de dos moléculas iniciales utilizando la energía de la descomposición del ATP (u otro nucleósido trifosfato). Su nombre sistemático tiene la forma "X: Y ligasa", donde X e Y denotan las sustancias iniciales. Un ejemplo es L-glutamato:amoníaco ligasa (abreviatura recomendada "glutamina sintetasa"), con cuya participación se sintetiza glutamina a partir de ácido glutámico y amoníaco en presencia de ATP.

Las ligasas se clasifican según el tipo de enlace que catalizan: O-ligasaS-ligasaN-ligasaC-ligasa

Estructura de las enzimas

En la naturaleza, existen enzimas simples y complejas. Los primeros están enteramente representados por cadenas polipeptídicas y, tras la hidrólisis, se descomponen exclusivamente en aminoácidos. Tales enzimas (proteínas simples) son enzimas hidrolíticas, en particular pepsina, tripsina, papaína, ureasa, lisozima, ribonucleasa, fosfatasa, etc. La mayoría de las enzimas naturales pertenecen a la clase de proteínas complejas que contienen, además de cadenas polipeptídicas, algunas cadenas no proteicas. (cofactor ), cuya presencia es absolutamente esencial para la actividad catalítica. Los cofactores pueden tener una naturaleza química diferente y diferir en la fuerza del enlace con la cadena polipeptídica. Si la constante de disociación de una enzima compleja es tan pequeña que en solución todas las cadenas polipeptídicas están asociadas con sus cofactores y no se separan durante el aislamiento y la purificación, entonces dicha enzima se denomina holoenzima (holoenzima) y el cofactor se denomina prótesis. grupo, considerado como parte integral de la molécula enzimática. La parte polipeptídica de la enzima se llama apoenzima.

En la literatura todavía se utilizan otros nombres para los componentes de las enzimas complejas, en particular, "enzima-proteína", "componente proteico" (apoenzima), "coenzima" (coenzima) y "grupo prostético". Una coenzima a menudo se entiende como un grupo adicional que se separa fácilmente de la apoenzima durante la disociación. Se supone que el grupo prostético se puede asociar con la proteína mediante enlaces covalentes y no covalentes. Por lo tanto, en la molécula de acetilcoenzima-A-carboxilasa, el cofactor biotina se une covalentemente a la apoenzima a través de un enlace amida. Por otra parte, los enlaces químicos entre los cofactores y las cadenas peptídicas pueden ser relativamente débiles (p. ej., enlaces de hidrógeno, interacciones electrostáticas, etc.). En tales casos, durante el aislamiento de las enzimas, se observa la disociación completa de ambas partes y el componente de proteína aislado carece de actividad enzimática hasta que se agrega el cofactor faltante desde el exterior. Es a tales sustancias orgánicas aisladas de bajo peso molecular a las que se aplica el término "coenzima", cuyos representantes típicos son las vitaminas B1, B2, B6, PP, que contienen coenzimas. También se sabe que tanto los grupos prostéticos como las coenzimas participan activamente en las reacciones químicas, actuando como transportadores intermedios de electrones, átomos de hidrógeno o varios grupos funcionales (por ejemplo, amina, acetilo, carboxilo). En tales casos, la coenzima se considera como un segundo sustrato o cosustrato.

El papel de la coenzima (Co) como portador de, por ejemplo, átomos de hidrógeno se puede representar como un esquema, donde SH es un sustrato, KoE es una holoenzima, A es un aceptor de protones:

El sustrato se oxida, donando electrones y protones, y CoE se reduce, aceptando electrones y protones. En la siguiente semirreacción, el CoEN reducido puede donar electrones y protones a algún otro transportador intermedio de electrones y protones o al aceptor final.

Coenzima, cofactor, grupo prostético: jerga bioquímica ambigua. La disputa terminológica aún continúa, ya que las definiciones de "coenzima", "cofactor" y "grupo protésico" a menudo se consideran a través del prisma de su papel en las reacciones de catálisis enzimática (enzimática). Sin embargo, se debe tener en cuenta el hecho indiscutible de que en muchos casos las moléculas orgánicas no proteicas, como los iones metálicos, son absolutamente necesarias para el componente proteico a la hora de realizar una determinada función biológica que no está relacionada con la biocatálisis. Sin duda, el tipo y la naturaleza del enlace entre el componente no proteico y la molécula proteica también importan. Por lo tanto, es obvio que cualquier factor que sea absolutamente necesario para que la proteína cumpla su función catalítica o cualquier otra función biológica puede servir como cofactor. Por otra parte, una coenzima puede ser cualquier factor no proteico que interviene directamente en la reacción de catálisis enzimática. Un cofactor que no está directamente involucrado en el acto de catálisis no es una coenzima. Al mismo tiempo, un grupo prostético (un componente no proteico unido covalentemente requerido para una función específica) puede llamarse coenzima si está directamente involucrado en la reacción enzimática. Un grupo prostético que no está implicado en el acto de la catálisis, pero que es funcionalmente esencial tanto para la enzima como para la proteína no catalítica, puede denominarse cofactor. Finalmente, un cofactor y una coenzima que están débilmente (o unidos débilmente) a una enzima o proteína, sin embargo, no se clasifican como grupos prostéticos.

Muchos metales divalentes (Mg 2+, m 2+, sa 2+) también actúan como cofactores, aunque no son ni coenzimas ni grupos prostéticos. Se conocen ejemplos cuando los iones metálicos están fuertemente asociados con una molécula de proteína, realizando las funciones de un grupo protésico. En particular, la enzima purificada que cataliza la oxidación del ácido ascórbico (vitamina C) a ácido desoxiascórbico contiene 8 átomos de cobre por molécula; todos ellos están tan estrechamente unidos a la molécula de proteína que ni siquiera se intercambian con resinas de intercambio iónico y no se separan mediante diálisis. Además, utilizando el método de resonancia paramagnética de electrones, se demostró la participación de los iones de cobre en la transferencia de electrones intermedios. Es interesante notar que los iones de cobre libres también están dotados de actividad catalítica durante la oxidación del ácido ascórbico, sin embargo, esta actividad aumenta miles de veces si los iones de cobre se combinan con la apoenzima en un solo complejo: la holoenzima.

Se ha obtenido evidencia de la función de cofactor en reacciones enzimáticas y una serie de otros compuestos biológicamente activos que no están relacionados con las vitaminas: HS-glutatión, ATP, ácido lipoico, derivados de nucleósidos (uridina fosfato, citidina fosfato, fosfoadenosina fosfosulfato), porfirina- sustancias que contienen, etc. Esto también puede incluir tRNA, que, como parte de las enzimas aminoacil-tRNA sintetasas, toman parte activa en el transporte de aminoácidos en el ribosoma, donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas.

Cabe señalar una característica distintiva de las enzimas de dos componentes: ni el cofactor por separado (incluidas la mayoría de las coenzimas) ni la apoenzima en sí están dotados de actividad catalítica, y solo su combinación en un todo único, que no procede caóticamente, pero de acuerdo con el programa de su organización estructural, proporciona el curso rápido de una reacción química.

Sitio activo de las enzimas.

Al estudiar el mecanismo de una reacción química catalizada por enzimas, el investigador siempre está interesado no solo en determinar los productos intermedios y finales y dilucidar las etapas individuales de la reacción, sino también en la naturaleza de los grupos funcionales en la molécula de enzima que aseguran la especificidad de la acción enzimática sobre un determinado sustrato (sustratos) y alta actividad catalítica. Hablamos, por tanto, del conocimiento exacto de la geometría y estructura terciaria de la enzima, así como de la naturaleza química de aquella(s) sección(es) de la molécula enzimática, que proporciona una alta velocidad de la reacción catalítica. Las moléculas de sustrato involucradas en las reacciones enzimáticas suelen ser de tamaño pequeño en comparación con las moléculas de enzima; por lo tanto, se sugirió que durante la formación de complejos enzima-sustrato, una parte limitada de los aminoácidos de la cadena peptídica obviamente entra en contacto directo con el sustrato. molécula. De ahí surgió la idea del centro activo de la enzima. Un centro activo es una combinación única de residuos de aminoácidos en una molécula de enzima que asegura su unión directa a una molécula de sustrato y su participación directa en el acto de catálisis. Se ha establecido que en las enzimas complejas, los grupos prostéticos también están incluidos en la composición del centro activo.

El centro activo convencionalmente distingue entre el llamado centro catalítico, que entra directamente en interacción química con el sustrato, y el centro de unión, o sitio de contacto (“anclaje”), que proporciona afinidad específica por el sustrato y la formación de su complejo. con la enzima. A su vez, la molécula de sustrato también contiene sitios funcionalmente diferentes: por ejemplo, sustratos de esterasas o proteinasas: un enlace específico (o grupo de átomos) que es atacado por la enzima y uno o más sitios que la enzima une selectivamente.

Se obtuvo evidencia experimental de la presencia de dos residuos de histidina y un residuo de serina en el sitio activo de la quimotripsina, que se representan esquemáticamente en un modelo estructural tridimensional del precursor de esta enzima. Revelar la naturaleza química y la topografía probable de los grupos de sitios activos es un problema de suma importancia. Todo se reduce a determinar la naturaleza de los aminoácidos, su secuencia y posición en el centro activo. Para identificar los llamados residuos de aminoácidos esenciales, se utilizan inhibidores enzimáticos específicos (a menudo, estas son sustancias similares a sustratos o análogos de coenzimas), métodos de hidrólisis "suave" (limitada) en combinación con modificación química, incluida la oxidación selectiva, unión , sustitución de residuos de aminoácidos, etc.

Utilizando métodos de análisis de inhibidores, se intentaron establecer regularidades en la composición y estructura de los sitios activos en enzimas pertenecientes a diferentes grupos. En particular, cuando se usa diisopropilfluorofosfato (DFP), que pertenece a los llamados venenos para los nervios, se produce una parada completa del centro activo de la colinesterasa, una enzima que cataliza la hidrólisis de la acetilcolina en colina y ácido acético. Resultó que este inhibidor tiene una estrecha similitud estructural con la acetilcolina e interactúa de manera similar con el grupo OH del residuo de serina en el sitio activo. Causando la fosforilación de la serina en el centro activo de otras enzimas, la DPP también inactiva su acción:

Se demostró que la DPP fosforila selectivamente sólo un residuo de serina dotado de actividad funcional en cada enzima sensible a ella. Teniendo en cuenta este mecanismo de acción de la DPP, se han realizado intentos para determinar la naturaleza de los aminoácidos en el entorno del residuo de serina "catalítico" en una serie de enzimas.

Además del centro activo, un centro (o centros) alostérico también puede estar presente en la molécula de enzima (del griego allos - otro, diferente y steros - espacial, estructural), que es una sección de la molécula de enzima que se une a ciertos , generalmente de bajo peso molecular, sustancias (efectores o modificadores), cuyas moléculas difieren en estructura de los sustratos. La unión de un efector a un centro alostérico cambia la estructura terciaria y, a menudo, también cuaternaria de la molécula de enzima y, en consecuencia, la configuración del sitio activo, provocando una disminución o un aumento de la actividad enzimática. Las enzimas, cuya actividad del centro catalítico sufre un cambio bajo la influencia de los efectores alostéricos que se unen al centro alostérico, se denominan enzimas alostéricas.

Una característica distintiva de varias enzimas alostéricas es la presencia en la molécula de la enzima oligomérica de varios centros activos y varios centros reguladores alostéricos que están espacialmente distantes entre sí. En una enzima alostérica, cada uno de los dos protómeros construidos simétricamente contiene un sitio activo que se une al sustrato S y un sitio alostérico que se une al efector M2, es decir 2 centros en una molécula de enzima. Se ha obtenido evidencia de que para el sustrato, las enzimas alostéricas, además del centro activo, también contienen los llamados centros efectores; al unirse al sitio efector, el sustrato no sufre conversión catalítica, pero afecta la eficiencia catalítica del sitio activo. Tales interacciones entre centros que se unen a ligandos del mismo tipo se denominan interacciones homotrópicas, y las interacciones entre centros que se unen a ligandos de diferentes tipos se denominan interacciones heterotrópicas.

Así, en la catálisis enzimática, como en la reacción de unión al sustrato, no está involucrada una parte limitada y pequeña de la enzima, como se suponía anteriormente, sino una parte mucho mayor de la molécula proteína-enzima. Estas circunstancias, muy probablemente, pueden explicar el gran tamaño y volumen de la estructura tridimensional de la molécula de enzima; las mismas circunstancias deben tenerse en cuenta en los programas para la creación de análogos artificiales de enzimas de bajo peso molecular (sinzimas) que tengan las propiedades de las enzimas nativas.

El mecanismo de acción de las enzimas.

transaminación de catálisis biológica enzimática

El descubrimiento de la estructura espacial de una serie de enzimas mediante el análisis de difracción de rayos X proporcionó una base fiable para construir esquemas racionales de su mecanismo de acción.

Establecer el mecanismo de acción de la enzima es de importancia clave para revelar las relaciones estructurales y funcionales en una variedad de sistemas biológicamente activos.

La lisozima se encuentra en varios tejidos de animales y plantas, se encuentra, en particular, en el líquido lagrimal y la clara de huevo. La lisozima funciona como un agente antibacteriano al catalizar la hidrólisis de las paredes celulares de varias bacterias. Este polisacárido se forma alternando residuos de ácido N-acetilmuranoico (NAM) unidos ?-1,4-enlace glucosídico (las cadenas de polisacáridos se entrecruzan mediante fragmentos peptídicos cortos).

El polisacárido bacteriano es un compuesto insoluble muy complejo; por lo tanto, los oligosacáridos bien hidrolizables formados por residuos de NAG se utilizan a menudo como sustratos de lisozima.

La lisozima de proteína de huevo de gallina está formada por una sola cadena polipeptídica que contiene 129 residuos de aminoácidos; su peso molecular es de 14600. La alta estabilidad de la enzima está asegurada por la presencia de cuatro puentes disulfuro.

La información sobre el centro activo y el tipo de proceso catalítico fue obtenida por D. Philips en 1965. basado en estudios de difracción de rayos X de lisozima y sus complejos con inhibidores. La molécula de lisozima tiene la forma de un elipsoide con ejes de 4,5*3*3 nm; entre las dos mitades de la molécula hay una "brecha" en la que se produce la unión de los oligosacáridos. Las paredes del gap están formadas principalmente por las cadenas laterales de aminoácidos no polares, que aseguran la unión de las moléculas no polares del sustrato, y también incluyen las cadenas laterales de aminoácidos polares, que son capaces de formar puentes de hidrógeno. con los grupos acilamino e hidroxilo del sustrato. El tamaño del espacio permite acomodar una molécula de oligosacárido que contiene 6 residuos de monosacárido. Usando el análisis de difracción de rayos X, establezca la naturaleza de la unión del sustrato, por ejemplo, NAG hexasacárido 6, falla Al mismo tiempo, los complejos de la enzima con el inhibidor de trisacáridos NAG 3estable y bien estudiado. ROCÍN 3se une en un espacio en la superficie de la enzima, formando enlaces de hidrógeno y contactos de van der Waals; al mismo tiempo, llena solo la mitad del espacio, en el que se pueden unir tres residuos de monosacáridos más. El extremo no reductor (azúcar A) está al principio del hueco, y el extremo reductor (azúcar C) está en su parte central; los residuos de azúcar A, B y C tienen una conformación de silla. La construcción de un modelo del complejo enzima-sustrato se basó en la suposición de que tras la unión del sustrato NAG 6se realizan las mismas interacciones que en la unión de NAG 3. En el modelo enzimático, se colocaron tres residuos de azúcar (denominados residuos D, E y F) dentro del espacio; cada azúcar subsiguiente se adhirió de tal manera que su conformación fuera la misma (en la medida de lo posible) que la de los primeros tres azúcares. Como parte del complejo modelo, todos los residuos de azúcar implementan interacciones no covalentes efectivas con grupos laterales y peptídicos de residuos de aminoácidos que forman una brecha.

Al identificar los grupos catalíticos, era natural centrarse en aquellos que se encuentran en el complejo enzima-sustrato cerca del enlace glucosídico escindible y pueden servir como donantes o aceptores de protones. ¿Resultó que en un lado del enlace dividido, a la distancia? 0,3 nm (del oxígeno del enlace glucosídico), se ubica el grupo carboxilo de Glu-35, y por el otro (a la misma distancia) el grupo carboxilo de Asp-52, su entorno es muy diferente. Glu-35 está rodeado de residuos hidrofóbicos; se puede suponer que al pH óptimo de la enzima, este grupo se encuentra en un estado no ionizado. El entorno de Asp-52 se pronuncia polar; su grupo carboxilo participa como aceptor de hidrógeno en una red compleja de enlaces de hidrógeno y probablemente funciona en un estado ionizado.

Se ha propuesto el siguiente esquema del proceso catalítico durante la hidrólisis del oligosacárido. El grupo carboxilo no ionizado de Glu-35 actúa como donante de protones, suministrándolo al átomo de oxígeno glucosídico entre el átomo de C (1)azúcar D y átomo C ( 4)azúcar E (paso de catálisis ácida general); esto da como resultado la ruptura del enlace glucosídico. Como resultado, el residuo de azúcar D pasa al estado de carbocatión con un átomo de carbono C cargado positivamente. (1)y asume una conformación de media silla. La carga negativa del grupo carboxilato Asp-52 estabiliza el carbocatión. NAG restante 2(azúcar E+F) se difunde desde la región del sitio activo. Luego, una molécula de agua entra en la reacción; su protón va a Glu-35, y OH --grupo al átomo de C (1)residuo D (paso de catálisis básica). NAG restante 4(azúcar A + B + C + D) abandona la región del centro activo y la enzima vuelve a su estado original.

La ribonucleasa (RNasa) del páncreas bovino hidroliza los enlaces internucleotídicos del ARN cerca de las unidades de pirimilina, que permanecen esterificadas a 3 -posición. La enzima, junto con otras nucleasas, se usa ampliamente en el análisis de la estructura del ARN.

La RNasa está formada por una cadena polipeptídica que contiene 124 residuos de aminoácidos y su peso molecular es 13.680; Hay cuatro enlaces disulfuro en la molécula. La RNasa es la primera enzima para la que se ha establecido una estructura primaria.

Con base en los resultados del estudio de la renaturalización de la ribonucleasa, K. Afinsen formuló claramente por primera vez la idea de que la estructura espacial de una proteína está determinada por su estructura primaria.

En 1958, F. Richards demostró que, bajo ciertas condiciones, la subtilisina escinde el enlace peptídico Ala-20 - Ser-21 en la RNasa. Los fragmentos resultantes se denominaron péptido S (residuos 1-20) y proteína S (residuos 21-124); debido a interacciones no covalentes, los fragmentos forman un complejo llamado RNase S. Este complejo tiene casi la actividad catalítica completa de la enzima nativa; en forma aislada, el péptido S y la proteína S son inactivos. Además, se encontró que un péptido sintético idéntico en secuencia al fragmento de péptido S que contiene los residuos 1 a 13 restaura la actividad de la proteína S, pero un péptido más corto que contiene los residuos 1 a 11 no tiene esta capacidad. Los datos obtenidos nos permitieron concluir que los correspondientes residuos His-12 o Met-13 (o ambos residuos) están incluidos en el sitio activo de la enzima.

Al estudiar el efecto del pH sobre la actividad de la RNasa, se elucidó el importante papel de los grupos funcionales de proteínas con pK 5.2 y 6.8; esto sugirió la participación de residuos de histidina en el proceso catalítico.

Tras la carboxilación de la RNasa con yodoacetato a pH 5,5, es decir, en condiciones en las que se produce predominantemente la modificación de residuos de histidina, se observó una pérdida completa de actividad; la enzima modificada contiene 1 mol de grupos carboximetilo por 1 mol de proteína. Como resultado, se forman dos formas monocarboximetileno de la enzima. En una forma, His-12 está carboximetilado y en la otra, His-119. His-119 fue predominantemente modificado.

Estos datos sugirieron que His-12 e His-119 están en el sitio activo y que la modificación de uno de ellos impide la modificación del otro.

Como resultado de los estudios de difracción de rayos X, se elucidó la estructura espacial de la RNasa S y el complejo de RNasa S con inhibidores. La molécula tiene forma de riñón, el centro activo se localiza en la depresión donde se encuentran los residuos de His-12, His-119 y Lys-41.

La hidrólisis se produce como resultado de la acción conjugada de los residuos His-12 e His-119, que realizan la catálisis ácido-base. El siguiente diagrama muestra las etapas del proceso catalítico:

1.El sustrato está en el sitio activo; His-12, His-119 y Lys-41 se encuentran cerca del fosfato con carga negativa.

2.Como resultado de la acción de His-12 como base aceptora de protones de 2 -OH de la ribosa y el His-119 como ácido que dona un protón al átomo de oxígeno del fosfato, primero se forma un complejo intermedio y luego 2 ,3-fosfato cíclico.

.En lugar del producto que sale, entra agua, donando el protón His-119, y OH -- fosfato, al mismo tiempo que el protón de His-12 pasa al átomo de oxígeno de la ribosa, se forma el segundo producto y la enzima vuelve a su estado original.

La quimotripsina es secretada en forma de proenzima - quimotripsinógeno por el páncreas de los vertebrados; La activación de la proenzima ocurre en el duodeno bajo la acción de la tripsina. La función fisiológica de la quimotripsina es la hidrólisis de proteínas y polipéptidos. La quimotripsina ataca principalmente los enlaces peptídicos formados por residuos carboxilo de tirosina, triptófano, cenilalanina y metionanina. También hidroliza eficazmente los ésteres de los aminoácidos correspondientes. El peso molecular de la quimotripsina es de 25.000, la molécula contiene 241 residuos de aminoácidos. La quimotripsina está formada por tres cadenas polipeptídicas unidas por puentes disulfuro.

Los grupos funcionales del sitio activo de la quimotripsina se han identificado mediante inhibidores irreversibles. El residuo Ser-195 se modificó con fluorofosfato de diisopropilo y fenilmetilsulfofluoruro, y el residuo His-122 se modificó con N-tosil-L-fenilalanina-clorometilcetona. El proceso de dos etapas de hidrólisis de quimotripsina se descubrió en el estudio de la cinética de hidrólisis de p-nitrofenilacetato.

Un rasgo característico del proceso bajo consideración es la formación de un intermedio covalente, una enzima acilo. El grupo catalítico acilado se identificó como el residuo Ser-195. El mecanismo de catálisis llevado a cabo por la enzima fue propuesto incluso antes del establecimiento de la estructura espacial de la proteína, pero luego fue refinado. En particular, la investigación con 18H 2O permitió probar la formación de una enzima acilo durante la hidrólisis de péptidos.

Se estableció una estructura tridimensional con una resolución de 0,2 nm mediante el análisis de difracción de rayos X de D. Blow. en 1976 La molécula tiene la forma de un elipsoide con ejes de 5,4*4*4 nm. Los resultados de los estudios cristalográficos confirmaron la suposición de que los residuos Ser-195 e His-57 están cerca. El grupo hidroxilo de Ser-195 se encuentra a una distancia de ~0,3 nm al orth del átomo de nitrógeno del anillo de imidazol His-57. La circunstancia más interesante fue que el átomo de nitrógeno en la posición 1 del anillo se encuentra a una distancia de ~0,28 nm del átomo de oxígeno del grupo carboxilo de la cadena lateral de Asp-102 y ocupa una posición favorable para la formación de un enlace de hidrógeno .

Cabe señalar que los estudios químicos no pudieron revelar la participación de Asp-102 en el funcionamiento del centro activo, ya que este residuo está incrustado profundamente en la molécula.

Actualmente se cree que los tres residuos Asp-102, His-57 y Ser-195 forman un sistema de transferencia de carga que juega un papel fundamental en el proceso de catálisis. El funcionamiento del sistema asegura la participación efectiva de His-57 en la catálisis como catalizador ácido-base y aumenta la reactividad de Ser-195 al carbono carboxilo del enlace atacado.

El elemento clave de la catálisis es la transferencia de protones de Ser-195 a His-57. Al mismo tiempo, el átomo de oxígeno de la serina ataca al átomo de carbono del carbonilo del sustrato con la formación primero de un compuesto tetraédrico intermedio (1) y luego de una enzima acilada (2). El siguiente paso es la desacilación. La molécula de agua entra en el sistema de transferencia de carga y el ion OH -ataca simultáneamente el átomo de carbono del carbonilo del grupo acilo de la enzima acilo. Como en el paso de acilación, se forma un compuesto tetraédrico intermedio (4). His-57 luego dona un protón al átomo de oxígeno de Ser-195, liberando el producto de acilo; se difunde en la solución y la enzima vuelve a su estado original.

La carboxipeptidasa A es secretada como proenzima por el páncreas de los vertebrados. La formación de la enzima activa se produce en el intestino delgado con la participación de la quimotripsina. La enzima escinde secuencialmente los residuos de aminoácidos C-terminales de la cadena peptídica, es decir, es una exopeptidasa.

La carboxipeptidasa A está formada por una sola cadena polipeptídica que contiene 307 residuos de aminoácidos; el peso molecular es 34 470. La secuencia de aminoácidos de la proteína fue establecida en 1969 por R. Bredshaw.

La aclaración del mecanismo de acción de la enzima fue posible solo después de estudios de difracción de rayos X. W. Lipscomb estableció la estructura espacial de la enzima y su complejo con el dipéptido Gly-Tyr (modelo de sustrato). La molécula de enzima tiene la forma de un elipsoide con ejes de 5,0 x 4,2 x 3,8 nm; el centro activo está ubicado en una depresión que pasa a un bolsillo profundo no polar. Un ion de zinc se localiza en la zona central activa (sus ligandos son las cadenas laterales de los residuos Glu-72, His196, His-69 y una molécula de agua), así como grupos funcionales involucrados en la unión y catálisis del sustrato: Arg-145, Glu-270 y Tyr-248.

Un análisis comparativo de las estructuras de la enzima y su complejo con Gly-Tyr arrojó información importante sobre la estructura del complejo enzima-sustrato. En particular, se encontró que durante la formación del complejo, el grupo hidroxilo de Tyr-248 se mueve 1,2 nm con respecto a su posición en la enzima libre (es decir, aproximadamente 1/3 del diámetro de la molécula).

De acuerdo con el esquema del proceso catalítico, el grupo carboxilato de Glu-270 activa una molécula de agua ubicada en la esfera de reacción, extrayendo de ella un protón; el ion OH- resultante lleva a cabo un ataque nucleofílico sobre el carbono carbonilo del enlace escindible. Al mismo tiempo, el grupo hidroxilo de Tyr-248, ubicado cerca del átomo de nitrógeno del enlace peptídico escindible, le dona un protón. Como resultado, el enlace peptídico atacado se escinde y los productos resultantes abandonan la zona del sitio activo. El siguiente diagrama ilustra la catálisis básica general.

La aspartato aminotransferasa cataliza la reacción de transaminación reversible.

La reacción de transaminación enzimática fue descubierta por A.E. Braunstein y M. G. Kritzman en 1937 en el estudio de una preparación enzimática del músculo de una paloma. En estudios posteriores, se demostró que las reacciones de transaminación están muy extendidas en la vida silvestre y juegan un papel importante en la conjugación del nitrógeno y el metabolismo energético.

En 1945, se descubrió que el piridoxal-5 -fosfato (PLF) es una coenzima de las aminotransferasas. La molécula AAT es un dímero formado por subunidades idénticas. En el músculo cardíaco de los vertebrados estudiados, hay dos isoenzimas: aminotransferasas citoplásmicas (cAAT0) y mitocondriales (mAAT).

La estructura primaria de cAAT del músculo cardíaco se estableció en 1972. Yu.A. Ovchinnikov y A.E. Brainstein. La cadena polipeptídica de una proteína contiene 412 residuos de aminoácidos; peso molecular es 46.000.

La teoría general de la catálisis de piridoxal fue desarrollada por A.E. Braunstein y M. M. Shemyakin en 1952-1953, y algo más tarde - D.E. Metzler y E. E. Snell. Según esta teoría, la acción catalítica de las enzimas de piridoxal se debe a la capacidad del grupo aldehído del fosfato de piridoxal para formar aldiminas (bases de Schiff) cuando interactúa con aminas, incluidos los aminoácidos.

En el ácido fosfopiridoxildenamino resultante, hay un sistema de dobles enlaces conjugados, a lo largo del cual hay un desplazamiento de electrones de ?-átomo de carbono hace que sea más fácil romper los enlaces formados por este átomo.

Ideas modernas sobre el mecanismo de transaminación enzimática, desarrolladas por A.E. Braunstein y sus colaboradores son un desarrollo de la teoría anterior. En el estado inicial, el grupo aldehído del fosfato de piridoxal forma un enlace aldimina con ?-el grupo amino del residuo Lys-258 del sitio activo (I). Tras la unión del aminoácido, se forma un complejo de Michaelis (II), seguido de una aldimina entre el fosfato de piridoxal y el sustrato (III). Como resultado de transformaciones posteriores a través de las etapas intermedias (IV) y (V), se forma el oxoácido (VI). Esto completa la primera semirreacción de transaminación. La repetición de estos mismos pasos en la dirección "inversa" con el nuevo hidroxiácido constituye la segunda semirreacción que completa el ciclo de transaminación catalítica.

Mioglobina y hemoglobina

Estas dos proteínas a menudo se denominan enzimas respiratorias. Su interacción con el sustrato, el oxígeno, se ha dilucidado en detalle, principalmente sobre la base del análisis de difracción de rayos X de alta resolución. La estructura tridimensional de la mioglobina fue determinada por J. Kendrew en 1961 y la estructura tridimensional de la hemoglobina por M. Perutz en 1960.

La molécula de mioglobina tiene una forma compacta: 4,5 * 3,5 * 2,5 nm, la cadena polipeptídica forma 8 secciones helicoidales, indicadas con letras de la A a la H. Está dispuesta de manera especializada alrededor de un gran anillo hemo plano que contiene hierro. El hemo es un complejo de porfirina con hierro ferroso.

Las cadenas de ácido propiónico del hemo polar se encuentran en la superficie de la molécula, el resto del hemo está incrustado en el glóbulo. La conexión del hemo con la proteína se realiza por el enlace de coordinación entre el átomo de hierro y el átomo de histidina, localizado en la hélice F; esta es la llamada histidina proximal. Otro residuo de histidina importante, la histidina distal, se localiza en el bolsillo del hemo en la hélice E; se encuentra en el lado opuesto del átomo de hierro a una distancia mayor que la histidina proximal. La región entre el gen del hierro y la histidina distal en la desoximioglobina está libre y la molécula de O lipofílica 2puede unirse al hierro hemo, ocupando la sexta posición de coordinación. Una característica única de la mioglobina, así como de la hemoglobina, es su capacidad para unirse reversiblemente al O 2sin oxidación del hemo Fe 2+en Fe 3+. Esto es posible porque se crea un medio de baja permitividad en el bolsillo de hemo hidrofóbico desde el cual se desplaza el agua.

Al vincular O 2con el átomo de hierro, este último se mueve alrededor de 0,06 nm y termina en el plano del anillo de porfirina, es decir en una posición energéticamente más favorable. Se supone que este movimiento se debe a que el ion Fe 2+en la desoximioglobina se encuentra en un estado de alto espín y su radio es demasiado grande para caber en el plano del anillo de hemo porfirina. Al vincular O 2ion Fe 2+ entra en un estado de pin bajo y su radio disminuye; ahora Fe ion 2+puede moverse en el plano del anillo de porfirina.

La hemoglobina es el principal componente de los glóbulos rojos que transporta oxígeno de los pulmones a los tejidos y dióxido de carbono de los tejidos a los pulmones. Las hemoglobinas de diferentes tipos difieren en forma de cristales, solubilidad, afinidad por el oxígeno. Esto se debe a las diferencias en la secuencia de aminoácidos de las proteínas; el componente hemo es el mismo en las hemoglobinas de todas las especies de vertebrados y algunos invertebrados.

La hemoglobina humana es un tetrámero compuesto por cuatro subunidades, dos ?-subunidades y dos ?-subunidades que contienen 141 y 146 residuos de aminoácidos, respectivamente. entre estructuras primarias ?- y ?-subunidades existe una homología significativa, y la conformación de sus cadenas polipeptídicas también es similar.

La molécula de hemoglobina tiene forma esférica con un diámetro de 5,5 nm. Las cuatro subunidades están empaquetadas en forma tetraédrica.

Los datos de difracción de rayos X mostraron que la oxigenación de la hemoglobina se acompaña de una serie de cambios. A baja resolución, se encontró que en este caso la estructura se vuelve más compacta (átomos de Fe ?-cadenas se aproximan entre sí aproximadamente 0,6-0,7 nm), las subunidades giran entre sí y el eje de segundo orden en 10-15 acerca de . Los resultados del estudio a alta resolución indican que se producen cambios especialmente significativos en la región de ?? contactos.

Hasta la fecha, sobre la base de estudios de difracción de rayos X y una serie de otros enfoques metodológicos, se ha logrado un progreso significativo en la aclaración del mecanismo de acción de las enzimas con las propiedades deseadas en base a los logros en el campo de la ingeniería genética. Esto abre amplias oportunidades para probar la validez de las ideas modernas sobre el mecanismo de acción de las enzimas y crear una teoría fundamental del catalizador enzimático.

lista bibliografica

1. A. Lehninger Fundamentos de bioquímica. - Mundo de Moscú, 1985.

Yu.A. Ovchinnikov. Química bioorgánica. - Ilustración de Moscú, 1987.

T.T. Berezov, B. F. Korovkin. Química biológica. - Medicina de Moscú, 1990.

Tutoría

¿Necesitas ayuda para aprender un tema?

Nuestros expertos le asesorarán o brindarán servicios de tutoría en temas de su interés.
Presentar una solicitud indicando el tema ahora mismo para informarse sobre la posibilidad de obtener una consulta.

El cuerpo humano está formado por un gran número de células vivas. Una célula se considera una unidad de un organismo vivo, consta de cuerpos estructurales, entre los cuales tienen lugar reacciones bioquímicas. Un componente importante que controla la conducta de los procesos químicos son las enzimas.

El papel de las enzimas en el cuerpo.

Una enzima es una proteína que acelera el flujo de reacciones químicas, principalmente sirve como activador de la descomposición y formación de nuevas sustancias en el cuerpo.

Las enzimas sirven como catalizadores para reacciones bioquímicas. Aceleran enormemente el proceso de la vida. Controlan los procesos de división, síntesis, metabolismo, respiración, circulación sanguínea, sin ellos, las reacciones a la contracción muscular y los impulsos nerviosos no pasan. Cada elemento estructural contiene su propio conjunto único de enzimas, y cuando el contenido de una enzima se excluye o se reduce, se producen cambios significativos en el cuerpo que conducen a la aparición de patologías.

Clasificación de enzimas

Dependiendo de la estructura, hay dos grupos de enzimas.

• Las enzimas simples son de naturaleza proteica. Son producidos por el cuerpo.
• Enzimas complejas que consisten en un componente proteico y una base no proteica. Los componentes no proteicos no se sintetizan en el cuerpo humano y nos llegan junto con los nutrientes, se llaman coenzimas. Las sustancias no proteicas que forman parte de las enzimas incluyen vitaminas B, vitamina C y algunos oligoelementos.

Las enzimas se clasifican según las funciones que realizan y el tipo de reacciones que catalizan.

Según sus funciones, las enzimas se dividen en:

1. Los digestivos, encargados de la descomposición de los nutrientes, se encuentran principalmente en la saliva, las mucosas, el páncreas y el estómago. Las enzimas conocidas son:
   • amilasa, descompone los azúcares complejos (almidón) en simples, sacarosa y maltosa, que luego pueden participar en los procesos vitales del organismo;
   • la lipasa interviene en la hidrólisis de los ácidos grasos, descompone las grasas en componentes que son absorbidos por el organismo;
   • Las proteasas regulan la descomposición de las proteínas en aminoácidos.
2. Las enzimas metabólicas controlan los procesos metabólicos a nivel celular, participan en reacciones redox, síntesis de proteínas. Estos incluyen: adenilato ciclasa (regulan el metabolismo energético), proteína quinasas y proteína desfosfatasa (involucrada en el proceso de fosforilación y desfosforilación).
3. Los protectores están involucrados en las reacciones de oposición del cuerpo a las bacterias y virus dañinos. Una enzima importante es la lisozima, descompone las capas de las bacterias dañinas y activa una serie de reacciones inmunitarias que protegen al cuerpo de las reacciones inflamatorias.

Las enzimas se dividen en 6 clases según el tipo de reacciones:

1. Oxidorreductasas. Numeroso grupo de enzimas que intervienen en las reacciones redox.
2. Transferasas. Estas enzimas son responsables de la transferencia de grupos atómicos y están involucradas en la descomposición y síntesis de proteínas.
3. Las hidrolasas rompen enlaces y promueven que las moléculas de agua se incorporen a la composición de las sustancias corporales.
4. Las isomerasas catalizan reacciones en las que una sustancia entra en la reacción y se forma una sustancia, que posteriormente participa en el proceso de la vida. Así, las isomerasas sirven como convertidores de diversas sustancias.
5. Las liasas participan en reacciones en las que se forman sustancias metabólicas y agua.
6. Las ligasas proporcionan la formación de sustancias complejas a partir de otras más simples. Participa en la síntesis de aminoácidos, carbohidratos, proteínas.

¿Por qué ocurre la deficiencia de enzimas y por qué es peligrosa?

Con la falta de enzimas, comienzan las fallas en el sistema general del cuerpo, lo que conduce a enfermedades graves. Para mantener el equilibrio óptimo de enzimas en el organismo, es necesario equilibrar la alimentación, ya que estas sustancias se sintetizan a partir de los elementos que ingerimos. Por lo tanto, es muy importante asegurar la ingesta de microelementos, vitaminas, carbohidratos útiles, proteínas. Se encuentran principalmente en frutas frescas, verduras, carnes magras, vísceras y pescado, ya sea al vapor o al horno.

La mala alimentación, el consumo de alcohol, comida rápida, bebidas energéticas y sintéticas, así como los alimentos que contienen una gran cantidad de colorantes y potenciadores del sabor, afectan negativamente el trabajo del páncreas. Es ella quien sintetiza las enzimas responsables de la descomposición y transformación de los nutrientes. El mal funcionamiento de la actividad enzimática del páncreas conduce a la obesidad, enfermedades agudas del estómago y los intestinos, posteriormente, la falta de enzimas afecta el trabajo de los sistemas cardíaco y respiratorio, así como la apariencia general. Hay reacciones alérgicas, descamación de la piel, aparición de acné, foliación de las uñas, caída del cabello.

Para activar y mantener el trabajo del páncreas, se introducen en la dieta preparaciones especiales de enzimas que contribuyen a la absorción de los alimentos. Medios conocidos como: pancreatin, creon, mezim, festal, cholenzim. Se utilizan estrictamente por recomendación de un médico. Al mismo tiempo, para una recuperación completa, es necesario garantizar una nutrición adecuada.

Enzimas o enzimas(del lat. fermentum - levadura) - generalmente moléculas de proteína o moléculas de ARN (ribozimas) o sus complejos que aceleran (catalizan) reacciones químicas en organismos vivos sin sufrir ningún cambio. Las sustancias que tienen un efecto similar también existen en la naturaleza inanimada y se llaman catalizadores.

La actividad enzimática puede ser regulada por activadores e inhibidores (los activadores aumentan, los inhibidores disminuyen las reacciones químicas).

Los términos "enzima" y "enzima" se han usado indistintamente durante mucho tiempo. La ciencia de las enzimas se llama enzimología.

La actividad vital de cualquier organismo no es posible sin la participación de las enzimas. La catálisis enzimática acelera el paso de todas las reacciones bioquímicas en el cuerpo y proporciona así el fenómeno de la vida. Sin la presencia de enzimas durante las reacciones bioquímicas, los alimentos no se descompondrán en cinco compuestos principales: carbohidratos, grasas, proteínas, vitaminas y oligoelementos: los alimentos seguirán siendo inútiles para el cuerpo. Por lo tanto, sin enzimas, la vida se ralentiza.

1. estimular el proceso de digestión y absorción de los alimentos;
2. activar el metabolismo, promover la eliminación de células muertas del cuerpo;
3. regular la presión osmótica, normalizar el valor de pH de varios medios;
4. proporcionar metabolismo, apoyar la capacidad del cuerpo para resistir los procesos inflamatorios;
5. aumentar la inmunidad y la capacidad del cuerpo para autocurarse y autorregularse;
6. promover la desintoxicación del cuerpo, limpiar la linfa y la sangre.

La necesidad de enzimas para el funcionamiento saludable del cuerpo.
La mayoría de los científicos ahora están convencidos de que casi todas las enfermedades son causadas por la ausencia o la cantidad insuficiente de enzimas en el cuerpo. La investigación médica muestra que las violaciones de la producción de enzimas en el cuerpo se deben a factores genéticos.

En particular, una enfermedad tan común ahora como la diabetes mellitus se debe al hecho de que el páncreas no produce suficiente o no produce la enzima insulina. La leucemia y otros tipos de cáncer son causados ​​por la ausencia o debilidad de las barreras enzimáticas en el cuerpo. Estos hechos son confirmados gradualmente por la investigación científica. Podemos decir que si el cuerpo tiene la cantidad necesaria de enzimas, no habrá cien enfermedades.

Con la edad, a medida que el cuerpo humano envejece, la producción de enzimas disminuye. El cuerpo comienza a experimentar una falta de ellos, lo que afecta el curso de los procesos metabólicos, disminuye la eficiencia de la digestión y la absorción de nutrientes, se vuelve más difícil influir en el cuerpo con medicamentos, porque no se absorben lo suficiente y causan más efectos secundarios. . La ingesta adicional de una gran cantidad de enzimas en el cuerpo permitirá compensar su deficiencia y todas las consecuencias que de ello se derivan.

Por lo tanto, una cantidad suficiente de enzimas en el cuerpo es una condición necesaria para su estado saludable. Muchas enfermedades son causadas por una producción insuficiente de enzimas, lo que altera el equilibrio del metabolismo en el cuerpo. Si proporcionamos, además de la producción natural de enzimas, su ingesta desde el exterior, entonces esta será la forma más rápida y mejor de tratar enfermedades.

El cuerpo humano existe debido a la acción constante de las enzimas. Por ejemplo, en el proceso de digestión, con la ayuda de enzimas (enzimas), los alimentos se descomponen en nutrientes: proteínas, grasas, carbohidratos, vitaminas y microelementos; que, con su ayuda, se absorben en la sangre y se llevan a todos los órganos. Debido a esto, nuestros músculos y huesos, todos los órganos y sistemas se alimentan, reciben energía y realizan las funciones necesarias para mantener el cuerpo en un estado saludable y activo.

No solo el cuerpo humano, sino todos los seres vivos, entre el cielo y la tierra, existen debido a reacciones bioquímicas realizadas con la ayuda de enzimas. La enzima es la fuente de vida y salud de cualquier organismo vivo.

El papel de las enzimas en el mantenimiento de la actividad vital del cuerpo es sorprendente por su importancia.

La presencia de enzimas y la existencia de todos los seres vivos son conceptos inseparables. Si la cantidad de la enzima no es suficiente para sostener la vida, significa la muerte. La aparición de hojas verdes en los árboles en primavera, la luz de una luciérnaga, cualquier acto de la vida del cuerpo humano (ya sea comer, caminar por la calle, cantar, reír o llorar), todos estos procesos son proporcionados por reacciones bioquímicas y son no es posible sin la participación obligatoria de las enzimas.

Desde el primer día de la concepción de un niño, las enzimas comienzan a cumplir su función. Un espermatozoide no podrá entrar en el óvulo si carece de una enzima especial para disolver la pared celular del óvulo para llevar a cabo el proceso de fecundación.

Todos los alimentos que consumimos pasan por un complejo proceso de descomposición en elementos simples en el tracto gastrointestinal bajo la influencia de las enzimas digestivas. Solo entonces estos nutrientes pueden ingresar al torrente sanguíneo y ser transportados a todos los órganos y tejidos. Intente masticar un trozo de pan durante 2-3 minutos, sentirá cómo se vuelve dulce gradualmente; esto se debe a que, bajo la influencia de las enzimas contenidas en la saliva, el almidón se descompone y se libera maltosa dulce.

Con la ayuda de enzimas en el cuerpo, no solo se lleva a cabo el proceso de división de sustancias, sino también su síntesis. Por ejemplo, la síntesis de aminoácidos en moléculas de proteína, el principal material de construcción de las células musculares, el cabello, etc., o la conversión de glucosa en glucógeno, que se deposita en el hígado y, en caso de falta de energía, con con la ayuda de las mismas enzimas, se descompone nuevamente en moléculas de glucosa, lo que proporciona al organismo una rápida liberación de energía.

El proceso de renovación de la piel también ocurre debido a las enzimas involucradas en los procesos metabólicos. Si hay suficientes enzimas específicas para este proceso, la piel será suave, brillante y elástica. Con una deficiencia de enzimas, la piel se vuelve seca, escamosa y letárgica.

Alrededor de 4.000 tipos diferentes de enzimas funcionan en el cuerpo humano. En él tienen lugar miles de reacciones bioquímicas, que juntas pueden compararse con una gran planta química. Pero todas estas reacciones químicas requieren catálisis enzimática, de lo contrario, o bien no proceden o lo hacen muy lentamente. Cada enzima participa en una reacción química. Algunas de las enzimas no pueden ser sintetizadas por el cuerpo. Si el cuerpo carece de enzimas, entonces existe el peligro de desarrollar una enfermedad o la aparición de una condición premórbida, que tarde o temprano se manifestará en la enfermedad.

Por lo tanto, si desea mantener su juventud, belleza y salud durante muchos años, debe asegurarse de que el cuerpo contenga una cantidad suficiente de enzimas. Y si su nivel es bajo, entonces la fuente principal de su reposición es la ingesta diaria en forma de suplementos bioactivos.

Grupos de personas que necesitan especialmente fuentes adicionales de enzimas
Considere qué grupos de personas necesitan especialmente el uso de enzimas adicionales.

Quienes deseen mejorar su forma física, mejorar su salud o recuperarla tras una enfermedad.

Personas inmunocomprometidas, a menudo propensas a infecciones.

Aquellos que experimentan fatiga constante se quejan de falta de energía, debilidad frecuente.

Envejecimiento prematuro, personas enfermas.

Personas que padecen enfermedades crónicas.

Pacientes con cáncer con varios tipos de cáncer, en el período pre y postoperatorio.

Las personas que sufren de enfermedades del hígado.

Las personas que prefieren la carne.

Personas propensas a la neurastenia y otras enfermedades neuropsiquiátricas.

Las personas que sufren de disfunción sexual.

Mujeres en el período prenatal y posnatal.

Personas con trastornos digestivos.

Vegetarianos (los complementos nutricionales favorecerán la estabilidad celular).

Personas con físico insuficiente, para mejorar la forma física (sobrepeso y obesidad, bajo peso).

Personas con discapacidad y restricciones de movimiento.

Niños en un período de crecimiento intensivo (ya que los niños modernos, en su mayoría, casi no consumen alimentos que contengan enzimas digestivas: lipasa, amilasa y proteasa; y esta es una de las principales causas de obesidad infantil, alergias frecuentes, estreñimiento y aumento de la fatiga).

Personas mayores (con la edad, la capacidad del cuerpo para producir sus propias enzimas disminuye, la cantidad de la enzima que estimula el proceso de "inventario" en el cuerpo disminuye, por lo que el consumo de enzimas adicionales es el camino hacia la longevidad para ellos).

Pacientes con disfunción enzimática establecida (dado que sus propias reservas de enzimas están agotadas, necesitan especialmente una ingesta adicional de enzimas).

Los atletas necesitan especialmente una gran cantidad de enzimas adicionales, porque debido al intenso esfuerzo físico en su cuerpo, se produce un metabolismo acelerado, lo que significa que el consumo de reservas de enzimas también se produce intensamente (en sentido figurado, se pueden comparar con una vela que se quema por dos extremos). ).

Las enzimas son un tipo especial de proteínas a las que la naturaleza ha asignado el papel de catalizadores de diversos procesos químicos.

Este término se escucha constantemente, sin embargo, no todos entienden qué es una enzima o una enzima, qué funciones realiza esta sustancia y también en qué se diferencian las enzimas de las enzimas y si difieren en absoluto. Vamos a averiguar todo esto ahora.

Sin estas sustancias, ni los humanos ni los animales serían capaces de digerir los alimentos. Y por primera vez, la humanidad recurrió al uso de enzimas en la vida cotidiana hace más de 5 mil años, cuando nuestros antepasados ​​​​aprendieron a almacenar leche en "platos" del estómago de los animales. En tales condiciones, bajo la influencia del cuajo, se convirtió en queso. Y este es solo un ejemplo de cómo una enzima funciona como catalizador que acelera los procesos biológicos. Hoy en día, las enzimas son indispensables en la industria, son importantes para la producción de cuero, textiles, alcohol e incluso hormigón. Estas sustancias beneficiosas también están presentes en detergentes y detergentes en polvo: ayudan a eliminar las manchas a bajas temperaturas.

Historial de descubrimiento

Enzima en griego significa "masa madre". Y la humanidad debe el descubrimiento de esta sustancia al holandés Jan Baptist Van Helmont, que vivió en el siglo XVI. En un momento se interesó mucho por la fermentación alcohólica y durante el estudio encontró una sustancia desconocida que acelera este proceso. El holandés lo llamó fermentum, que significa fermentación. Luego, casi tres siglos después, el francés Louis Pasteur, observando también los procesos de fermentación, llegó a la conclusión de que las enzimas no son más que las sustancias de una célula viva. Y después de un tiempo, el alemán Eduard Buchner extrajo la enzima de la levadura y determinó que esta sustancia no es un organismo vivo. También le dio su nombre - "zimaza". Unos años más tarde, otro alemán, Willy Kuehne, propuso dividir todos los catalizadores de proteínas en dos grupos: enzimas y enzimas. Además, propuso llamar al segundo término “masa madre”, cuyas acciones se extienden fuera de los organismos vivos. Y solo 1897 puso fin a todas las disputas científicas: se decidió utilizar ambos términos (enzima y enzima) como sinónimos absolutos.

Estructura: una cadena de miles de aminoácidos

Todas las enzimas son proteínas, pero no todas las proteínas son enzimas. Al igual que otras proteínas, las enzimas están formadas por. Y curiosamente, la creación de cada enzima requiere de cien a un millón de aminoácidos ensartados como perlas en un hilo. Pero este hilo no es uniforme, generalmente se dobla cientos de veces. Así, se crea una estructura tridimensional única para cada enzima. Mientras tanto, la molécula de enzima es una formación relativamente grande, y solo una pequeña parte de su estructura, el llamado centro activo, está involucrada en reacciones bioquímicas.

Cada aminoácido está conectado a un tipo específico de enlace químico y cada enzima tiene su propia secuencia de aminoácidos única. Para crear la mayoría de ellos, se utilizan unos 20 tipos. Incluso los cambios menores en la secuencia de aminoácidos pueden cambiar drásticamente la apariencia de una enzima.

Propiedades bioquímicas

Aunque en la naturaleza ocurre una gran cantidad de reacciones con la participación de enzimas, todas se pueden dividir en 6 categorías. En consecuencia, cada una de estas seis reacciones procede bajo la influencia de cierto tipo de enzima.

Reacciones que involucran enzimas:

1. Oxidación y reducción.

Las enzimas involucradas en estas reacciones se llaman oxidorreductasas. Como ejemplo, recuerde cómo las alcohol deshidrogenasas convierten los alcoholes primarios en aldehídos.

1. Reacción de transferencia de grupo.

Las enzimas responsables de estas reacciones se denominan transferasas. Tienen la capacidad de mover grupos funcionales de una molécula a otra. Esto sucede, por ejemplo, cuando las alanina aminotransferasas mueven grupos alfa-amino entre la alanina y el aspartato. Las transferasas también mueven grupos fosfato entre ATP y otros compuestos y los crean a partir de residuos.

1. Hidrólisis.

Las hidrolasas involucradas en la reacción pueden romper enlaces simples al agregar elementos de agua.

1. Crear o eliminar un doble enlace.

Este tipo de reacción ocurre de forma no hidrolítica con la participación de la liasa.

1. Isomerización de grupos funcionales.

En muchas reacciones químicas, la posición del grupo funcional cambia dentro de la molécula, pero la molécula misma está formada por el mismo número y tipo de átomos que tenía antes de que comenzara la reacción. En otras palabras, el sustrato y el producto de la reacción son isómeros. Este tipo de transformación es posible bajo la influencia de enzimas isomerasas.

1. La formación de un enlace simple con la eliminación del elemento agua.

Las hidrolasas rompen los enlaces al agregar elementos de agua a la molécula. Las liasas realizan la reacción inversa, eliminando la parte acuosa de los grupos funcionales. Por lo tanto, se crea una conexión simple.

Cómo funcionan en el cuerpo

Las enzimas aceleran casi todas las reacciones químicas que ocurren en las células. Son vitales para el ser humano, facilitan la digestión y aceleran el metabolismo.

Algunas de estas sustancias ayudan a descomponer las moléculas que son demasiado grandes en "trozos" más pequeños que el cuerpo puede digerir. Otros, por el contrario, unen moléculas pequeñas. Pero las enzimas, científicamente hablando, son altamente selectivas. Esto significa que cada una de estas sustancias es capaz de acelerar solo una determinada reacción. Las moléculas con las que trabajan las enzimas se denominan sustratos. Los sustratos, a su vez, forman un enlace con una parte de la enzima llamada sitio activo.

Hay dos principios que explican los detalles de la interacción de enzimas y sustratos. En el llamado modelo de "bloqueo de teclas", el sitio activo de la enzima ocupa el lugar de una configuración estrictamente definida en el sustrato. Según otro modelo, ambos participantes en la reacción, el sitio activo y el sustrato, cambian de forma para conectarse.

Cualquiera que sea el principio de la interacción, el resultado es siempre el mismo: la reacción bajo la influencia de la enzima avanza muchas veces más rápido. Como resultado de esta interacción, “nacen” nuevas moléculas, que luego se separan de la enzima. Y la sustancia catalizadora sigue haciendo su trabajo, pero con la participación de otras partículas.

Hiper e hipoactividad

Hay momentos en que las enzimas realizan sus funciones con la intensidad incorrecta. La actividad excesiva provoca la formación excesiva de productos de reacción y la deficiencia de sustrato. El resultado es mala salud y enfermedades graves. La causa de la hiperactividad enzimática puede ser un trastorno genético o un exceso de vitaminas o utilizadas en la reacción.

La hipoactividad de las enzimas puede incluso causar la muerte cuando, por ejemplo, las enzimas no eliminan las toxinas del cuerpo o se produce una deficiencia de ATP. La causa de esta condición también pueden ser genes mutados o, por el contrario, hipovitaminosis y una deficiencia de otros nutrientes. Además, la temperatura corporal más baja también ralentiza el funcionamiento de las enzimas.

catalizador y mas

Hoy en día, a menudo se puede escuchar acerca de los beneficios de las enzimas. Pero, ¿cuáles son estas sustancias de las que depende el rendimiento de nuestro organismo?

Las enzimas son moléculas biológicas cuyo ciclo de vida no está determinado por los límites del nacimiento y la muerte. Simplemente trabajan en el cuerpo hasta que se disuelven. Como regla, esto ocurre bajo la influencia de otras enzimas.

En el curso de una reacción bioquímica, no se vuelven parte del producto final. Cuando se completa la reacción, la enzima abandona el sustrato. Después de eso, la sustancia está lista para comenzar a trabajar nuevamente, pero en una molécula diferente. Y así continúa durante el tiempo que el cuerpo necesita.

La singularidad de las enzimas es que cada una de ellas realiza solo una función asignada. Una reacción biológica ocurre solo cuando la enzima encuentra el sustrato adecuado para ella. Esta interacción se puede comparar con el principio de funcionamiento de una llave y una cerradura: solo los elementos seleccionados correctamente pueden funcionar juntos. Otra característica: pueden trabajar a bajas temperaturas y pH moderado, y como catalizadores son más estables que cualquier otro químico.

Las enzimas como catalizadores aceleran los procesos metabólicos y otras reacciones.

Como regla general, estos procesos consisten en ciertas etapas, cada una de las cuales requiere el trabajo de una determinada enzima. Sin esto, el ciclo de transformación o aceleración no puede completarse.

Quizás la más conocida de todas las funciones de las enzimas es el papel de un catalizador. Esto significa que las enzimas combinan sustancias químicas de tal manera que reducen los costos de energía necesarios para formar un producto más rápidamente. Sin estas sustancias, las reacciones químicas procederían cientos de veces más lentamente. Pero las capacidades de las enzimas no terminan ahí. Todos los organismos vivos contienen la energía que necesitan para seguir viviendo. El trifosfato de adenosina, o ATP, es una especie de batería cargada que suministra energía a las células. Pero el funcionamiento de ATP es imposible sin enzimas. Y la principal enzima que produce ATP es la sintasa. Por cada molécula de glucosa que se convierte en energía, la sintasa produce entre 32 y 34 moléculas de ATP.

Además, las enzimas (lipasa, amilasa, proteasa) se usan activamente en medicina. En particular, sirven como componente de preparaciones enzimáticas, como Festal, Mezim, Panzinorm, Pancreatin, utilizadas para tratar la indigestión. Pero algunas enzimas también pueden afectar el sistema circulatorio (disolver los coágulos de sangre), acelerar la curación de heridas purulentas. E incluso en la terapia contra el cáncer, también recurren a la ayuda de enzimas.

Factores que determinan la actividad de las enzimas

Dado que la enzima es capaz de acelerar muchas veces las reacciones, su actividad está determinada por el llamado número de recambio. Este término se refiere al número de moléculas de sustrato (sustancias reactivas) que 1 molécula de enzima puede transformar en 1 minuto. Sin embargo, hay una serie de factores que determinan la velocidad de una reacción:

1. concentración de sustrato.

El aumento de la concentración de sustrato conduce a una aceleración de la reacción. Cuantas más moléculas de la sustancia activa, más rápido procede la reacción, ya que están involucrados más centros activos. Sin embargo, la aceleración solo es posible hasta que todas las moléculas de enzima estén involucradas. Después de eso, incluso aumentar la concentración del sustrato no acelerará la reacción.

1. Temperatura.

Por lo general, un aumento de la temperatura conduce a una aceleración de las reacciones. Esta regla funciona para la mayoría de las reacciones enzimáticas, pero solo mientras la temperatura no supere los 40 grados centígrados. Después de esta marca, la velocidad de reacción, por el contrario, comienza a disminuir bruscamente. Si la temperatura cae por debajo de un punto crítico, la velocidad de las reacciones enzimáticas aumentará nuevamente. Si la temperatura continúa aumentando, los enlaces covalentes se rompen y la actividad catalítica de la enzima se pierde para siempre.

1. Acidez.

La velocidad de las reacciones enzimáticas también se ve afectada por el valor del pH. Cada enzima tiene su propio nivel óptimo de acidez, en el que la reacción procede de la forma más adecuada. Cambiar el nivel de pH afecta la actividad de la enzima y, por lo tanto, la velocidad de la reacción. Si el cambio es demasiado grande, el sustrato pierde su capacidad de unirse al núcleo activo y la enzima ya no puede catalizar la reacción. Con la restauración del nivel de pH requerido, también se restaura la actividad de la enzima.

Las enzimas presentes en el cuerpo humano se pueden dividir en 2 grupos:

• metabólico;
• digestivo.

"Trabajo" metabólico para neutralizar sustancias tóxicas, y también contribuir a la producción de energía y proteínas. Y, por supuesto, aceleran los procesos bioquímicos en el cuerpo.

De lo que son responsables los órganos digestivos está claro por el nombre. Pero incluso aquí funciona el principio de selectividad: un cierto tipo de enzima afecta solo a un tipo de alimento. Por eso, para mejorar la digestión, puedes recurrir a un pequeño truco. Si el cuerpo no digiere bien algo de los alimentos, entonces es necesario complementar la dieta con un producto que contenga una enzima que pueda descomponer los alimentos difíciles de digerir.

Las enzimas alimentarias son catalizadores que descomponen los alimentos a un estado en el que el cuerpo puede absorber sustancias útiles de ellos. Las enzimas digestivas vienen en varios tipos. En el cuerpo humano, se encuentran diferentes tipos de enzimas en diferentes partes del tracto digestivo.

Cavidad oral

En esta etapa, la alfa-amilasa actúa sobre el alimento. Descompone los carbohidratos, los almidones y la glucosa que se encuentran en las papas, frutas, verduras y otros alimentos.

Estómago

Aquí, la pepsina descompone las proteínas en péptidos y la gelatinasa descompone la gelatina y el colágeno que se encuentran en la carne.

Páncreas

En esta etapa, "trabajar":

• tripsina - responsable de la descomposición de las proteínas;
• alfa-quimotripsina - ayuda a la absorción de proteínas;
• elastasa: descompone ciertos tipos de proteínas;
• nucleasas: ayudan a descomponer los ácidos nucleicos;
• esteapsina - promueve la absorción de alimentos grasos;
• amilasa - responsable de la absorción de almidones;
• lipasa: descompone las grasas (lípidos) que se encuentran en los productos lácteos, las nueces, los aceites y las carnes.

Intestino delgado

Sobre partículas de comida "conjurar":

• peptidasas: descomponen los compuestos peptídicos al nivel de aminoácidos;
• sacarasa: ayuda a absorber azúcares complejos y almidones;
• maltasa: descompone los disacáridos al estado de monosacáridos (azúcar de malta);
• lactasa: descompone la lactosa (glucosa que se encuentra en los productos lácteos);
• lipasa: promueve la absorción de triglicéridos, ácidos grasos;
• erepsina: afecta las proteínas;
• isomaltasa - "funciona" con maltosa e isomaltosa.

Colon

Aquí se realizan las funciones de las enzimas:

• coli - responsable de la digestión;
• lactobacilos - afectan la lactosa y algunos otros carbohidratos.

Además de estas enzimas, también existen:

• diastasa - digiere el almidón vegetal;
• invertasa: descompone la sacarosa (azúcar de mesa);
• glucoamilasa - se convierte en glucosa;
• alfa-galactosidasa: promueve la digestión de frijoles, semillas, productos de soya, tubérculos y vegetales de hoja;
• bromelina: una enzima derivada de, promueve la descomposición de diferentes tipos de proteínas, es efectiva en diferentes niveles de acidez del medio ambiente y tiene propiedades antiinflamatorias;
• La papaína, una enzima aislada de la papaya cruda, promueve la descomposición de proteínas pequeñas y grandes y es eficaz en una amplia gama de sustratos y acidez.
• celulasa: descompone la celulosa, las fibras vegetales (que no se encuentran en el cuerpo humano);
• endoproteasa: escinde los enlaces peptídicos;
• extracto de bilis de buey - una enzima de origen animal, estimula la motilidad intestinal;
• pancreatina - una enzima de origen animal, acelera la digestión de proteínas;
• pancrelipasa - una enzima animal que promueve la absorción

  Los alimentos fermentados son una fuente casi perfecta de bacterias beneficiosas necesarias para una digestión adecuada. Y mientras que los probióticos de farmacia "funcionan" solo en el sistema digestivo superior y, a menudo, no llegan a los intestinos, el efecto de los productos enzimáticos se siente en todo el tracto gastrointestinal.

  Por ejemplo, los albaricoques contienen una mezcla de enzimas beneficiosas, incluida la invertasa, que es responsable de la descomposición de la glucosa y promueve la liberación rápida de energía.

  Puede servir una fuente natural de lipasa (promueve una digestión más rápida de los lípidos). En el cuerpo, esta sustancia es producida por el páncreas. Pero para facilitarle la vida a este cuerpo, puede disfrutar, por ejemplo, de una ensalada con aguacate, sabrosa y saludable.

  Además de ser quizás la fuente más famosa, también suministra amilasa y maltasa al cuerpo. La amilasa también se encuentra en el pan y los cereales. Maltase ayuda en la descomposición de la maltosa, el llamado azúcar de malta, que abunda en la cerveza y el jarabe de maíz.

  Otra fruta exótica: la piña contiene una amplia gama de enzimas, incluida la bromelina. Y, según algunos estudios, también tiene propiedades anticancerígenas y antiinflamatorias.

  Extremófilos e industria

  Los extremófilos son sustancias que pueden sobrevivir en condiciones extremas.

  Se han encontrado organismos vivos, así como las enzimas que les permiten funcionar, en géiseres donde la temperatura está cerca del punto de ebullición, y en lo profundo del hielo, así como en condiciones de salinidad extrema (Death Valley en los EE. UU.). Además, los científicos han encontrado enzimas para las cuales el nivel de pH, como se vio después, tampoco es un requisito fundamental para un trabajo efectivo. Los investigadores están estudiando las enzimas extremófilas con especial interés como sustancias que pueden utilizarse ampliamente en la industria. Aunque aún hoy en día las enzimas ya han encontrado su aplicación en la industria como sustancias biológicas y respetuosas con el medio ambiente. Se recurre al uso de enzimas en la industria alimentaria, la cosmetología y la producción de productos químicos domésticos.

  Izvozchikova Nina Vladislavovna

  Especialidad: especialista en enfermedades infecciosas, gastroenterólogo, neumólogo.

  Experiencia general: 35 años

  Educación:1975-1982, 1MMI, San-Gig, máxima calificación, médico de enfermedades infecciosas.

  Grado en Ciencias: médico de la máxima categoría, candidato de ciencias médicas.