Enzimas: Características, Clasificación y Factores que Modifican su Actividad

Objetivo

Estudiar el comportamiento enzimático de la enzima diastasa en la miel de abejas.

Introducción

En los seres vivos, las reacciones químicas se realizan a gran velocidad, en condiciones moderadas de temperatura, pH, presión, etc. gracias a la existencia de catalizadores. Un catalizador es un agente capaz de acelerar una reacción química, sin formar parte de los productos finales, ni desgastarse en el proceso. Las enzimas son macromoléculas que actúan como catalizadores biológicos y las sustancias sobre las cuales actúan se denominan sustratos.

Las enzimas se caracterizan por:

• Aumentar la velocidad de reacción sin consumirse.
• Actuar en condiciones termodinámicamente favorables.
• No afectar el equilibrio de reacción.
• Ser termolábiles.
• Ser eficaces en cantidades pequeñas.
• Presentar alta especificidad.
• Estar sujetas a controles celulares, genéticos y alostéricos.
• Tener aproximadamente un Peso Molecular (PM) de 13000 a 500.000 Dalton.

El centro activo o sitio activo es la región definida de la enzima que se une al sustrato y donde se cumple la acción catalítica.

Clasificación de Enzimas

Las enzimas se clasifican en 6 grupos o clases en función de su acción catalítica específica:

Clase 1: OXIDORREDUCTASAS

Catalizan la transferencia de hidrógeno (H) o electrones (e-) de un sustrato a otro. Ared + Box==Aox + Bred. Ej: deshidrogenasas, oxidasas, peroxidasas, reductasas, monooxigenasas, desoxigenasas.

Clase 2: TRANSFERASAS

Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del H) de un sustrato a otro, según la reacción: A-B + C===A + C-B. Ej: glucoquinasa.

Clase 3: HIDROLASAS

Catalizan las reacciones de hidrólisis: A-B + H2O === AH + B-OH. Ej: esterasas, glucosidasas, peptidasas, amidasas.

Clase 4: LIASAS

Catalizan reacciones de ruptura o unión de sustratos: A-B === A + B. Ej: liasas C-C

Clase 5: ISOMERASAS

Catalizan la interconversión de isómeros: A=== B. Ej: fosfotriosas isomerasas

Clase 6: LIGASAS

Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc.): A + B + ATP===A-B + ADP + Pi. Ej: Ligasas C-C,C-O,C-N

Cofactores Enzimáticos

Las enzimas pueden encontrarse libres en el citoplasma, incluidas en organelas, integradas en estructuras de membrana o formando complejos organizados de varias enzimas diferentes, cuyas acciones se complementan y se llaman sistemas multienzimáticos. Están ordenados de tal modo que el producto de la reacción catalizada por la primera enzima es recibido como sustrato por la segunda, y así sucesivamente.

Los cofactores enzimáticos son sustancias no proteicas, termoestables, que pueden encontrarse fuertemente o débilmente unidas a la enzima. Casi un tercio de las enzimas los requieren para su función. Se clasifican en:

1. Coenzimas: Molécula orgánica relativamente pequeña, no proteica, termoestable y dializable.
2. Activadores: Pueden ser iones metálicos, mono y divalentes, como el Fe++, Mg++, Mn++, Zn++ etc.
3. Grupo prostético: Cuando se encuentra covalentemente unido a la enzima.

Holoenzima = Apoenzima + Coenzima (Enzima total) (Proteína termolábil) (No proteinita y termoestable).

Apoenzima: Enzima sin Coenzima.

Zimógenos, proenzimas o preenzimas: Son proteínas simples que se sintetizan en las células de origen al estado de precursores inactivos, que se convierten en enzimas activas por un proceso de hidrólisis. Ej componentes de los jugos digestivos que son secretados como Zimógenos por las glándulas originarias y activados por el pH gástrico.

Actividad Enzimática

La actividad enzimática se determina midiendo la cantidad de producto formado, o de sustrato consumido, en un tiempo dado. Para definir la actividad de una preparación enzimática se utilizan en la práctica distintas expresiones. La cantidad de enzima se indica habitualmente en Unidades Internacionales (UI). Una unidad de cualquier enzima es la cantidad que cataliza la transformación de un micromol de sustrato por minuto, bajo condiciones definidas de pH, temperatura, etc.

Factores que Modifican la Actividad Enzimática

Los factores que modifican la actividad enzimática son:

1. Concentración de la enzima
2. Concentración del sustrato
3. Temperatura
4. pH

1) En presencia de cantidad saturante de sustrato, y manteniendo constantes pH y temperatura, en el medio de reacción, se puede establecer una relación lineal entre concentración de enzima y actividad enzimática. Es decir, que a medida que aumenta la concentración de la enzima también aumenta su actividad.

2) Si se efectúan determinaciones de actividad enzimática, manteniendo constantes concentración de enzima, pH y temperatura, y variando las concentraciones de sustrato se obtiene una curva de tipo hiperbólica. Cuando la concentración de sustrato es baja, la actividad enzimática crece en forma lineal con la concentración de sustrato, en este sector de la curva la reacción es de primer orden. A medida que aumenta la concentración de sustrato, se incrementa la velocidad de reacción hasta llegar a una situación en la cual, la actividad no aumenta por más que se eleve la concentración de sustrato. La curva tiende a la horizontal correspondiente a la velocidad máxima.

3) Si se mantienen constantes concentración de enzima, sustrato y pH, en general, por cada 10ºC de incremento de temperatura, la velocidad de reacción se duplica. La temperatura a la cual la actividad catalítica es máxima se llama temperatura óptima. Por encima de esta temperatura, se pierde actividad catalítica debida a su desnaturalización, Para la gran mayoría de enzimas, la temperatura óptima es alrededor de 37ºC.

4) Todas las enzimas tienen un pH óptimo, en donde tienen mayor actividad, y a medida que se alejan de ese pH (para ambos lados) disminuyen su actividad. Esto se debe a que algunos restos aminoacídicos de las enzimas tienen cargas y pueden ser los responsables tanto de mantener la estructura tridimensional de la proteína como de interaccionar con el sustrato. El pH del medio (es decir, la presencia de iones H+ u OH-) puede modificar las cargas de estos aminoácidos y de este modo incluso desnaturalizar a la enzima.

Fundamento del Método

El sustrato de almidón tamponado se incuba con la muestra y se produce la hidrólisis enzimática; esta última se determina por el agregado del reactivo yodo el cual produce coloración con el remanente del almidón no hidrolizado. La disminución del color que ocurre en los tubos del desconocido después de incubarlo, respecto del tubo control, es una medida de la actividad diastasa de la muestra

, que se expresa en unidades de diastasa. (UD)