CINÉTICA ENZIMÁTICA

CINÉTICA ENZIMÁTICA.

Las reacciones enzimáticas se ajustan a dos tipos de cinéticas, que son:
• Hipérbolas rectangulares: enzimas que siguen la cinética de Michaelis-Menten
• Sigmoidales: enzimas alostéricas que muestran fenómenos de cooperatividad.

VELOCIDAD DE LAS REACCIONES QUÍMICAS.

Las reacciones catalizadas por enzimas, siguen los principios generales de la cinética de las reacciones químicas, pero además muestran un rasgo característico: la SATURACIÓN POR SUSTRATO
En la figura se observa la variación de la velocidad (V) en función de la [S] para una [E] determinada.

Propusieron una ecuación de velocidad que explica el comportamiento cinético de las enzimas

Hipótesis básicas de la ecuación de Michaelis-Menten:

• El complejo ES se encuentra en estado estacionario
• Bajo condiciones de saturación, toda la enzima interviene en la formación del complejo ES

• Cuando toda la enzima se encuentra en forma de complejo ES, la velocidad de la reacción es la máxima posible (Vmax)

Parametros enzimaticos.

BASES DE LA ACCIÓN ENZIMÁTICA: ENERGÍA DE ACTIVACIÓN.

ENERGÍA DE ACTIVACIÓN.
Para que se de una reacción química tienen que verificarse 3 condiciones
1.- Los reactivos, llamados sustratos en enzimología, deben colisionar
2.- La colisión molecular tiene que ocurrir con una orientación adecuada (las enzimas aumentan la probabilidad)
3.- Los reactivos deben poseer suficiente energía para alcanzar el estado de transición. Esta energía se llama energía de activación.

En las reacciones bioquímicas.

1.Energía de activación: barrera de energía que hay que superar para que se produzca la reacción. Es la energía necesaria para:
•Alinear grupos reactivos
•Formar cargas inestables transitorias
•Reordenar enlaces

2. Superada esta barrera, se llega a un estado activado o de transición en el que se produce la orientación y condiciones adecuadas para la reacción.

La enzima se une a la molécula de sustrato y la hace adoptar un estado intermediario semejante al de transición pero de menor energía.
Esta energía de activación y la conversión del intermediario en producto son menores que la energía de activación de la reacción sin catalizar.

CÓMO ACTÚAN LAS ENZIMAS.

Una enzima une la molécula de sustrato de forma específica en una región denominada

CENTRO ACTIVO que suele ser un bolsillo o una hendidura que se forma entre las cadenas laterales de los aminoácidos. Estas cadenas:
• Facilitan la unión del sustrato (especificidad de sustrato)
• Intervienen en la catálisis (centro catalítico).

CENTRO CATALÍTICO: puede incluir también:
• Coenzimas (moléculas orgánicas derivadas de vitaminas)
• Cofactores (moléculas inorgánicas como iones metálicos)
Puede coincidir o no con el centro activo.

TEORÍAS PROPUESTAS PARA EXPLICAR LA ACCIÓN ENZIMÁTICA

1894 Fischer propuso la hipótesis de la llave-cerradura

1958 Koshland propuso el modelo del ajuste inducido

Enzimas

Son catalizadores específicos para las reacciones bioquímicas.

Las enzimas son necesarias para que las reacciones bioquímicas:
• Se produzcan a una velocidad adecuada para la célula
• Se canalicen hacia rutas que sean útiles en lugar de hacia reacciones colaterales que despilfarren energía
• Pueda regularse la producción de distintas sustancias según las necesidades


CLASIFICACIÓN DE ENZIMAS
1. Oxidoreductasas: transferencia de electrones
2. Transferasas: reacciones de transferencia de grupo (no agua)
3. Hidrolasas: reacciones de hidrólisis
4. Liasas: adición de grupos a dobles enlaces o formación
de dobles enlaces por eliminación de grupos
5. Isomerasas: transferencia de grupos dentro de la misma
molécula para dar isómeros
6. Ligasas: formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N por
reacciones de condensación acopladas a hidrólisis de ATP

Hemoglobina

La hemoglobina es uno de los derivados nitrogenados de la ferroprotoporfirina. es una proteína conjugada que contiene las proteínas básicas incoloras, las globinas y ferroprotoporfirina o hem (el cual consta de una parte orgánica y un átomo de hierro). Esta proteína es la encargada de transportar el O2 en la sangre, por poseer el grupo hem, es similar a la mioglobina.

Estructura y Funcion de la Hemoglobina.

Las hemoglobinas son proteínas globulares, presentes en los hematíes en altas concentraciones, que fijan oxígeno en los pulmones y lo transportan por la sangre hacia los tejidos y células que rodean el lecho capilar del sistema vascular. Al volver a los pulmones, desde la red de capilares, la hemoglobina actúa como transportador de CO2 y de protones. Este es uno de los ejemplos más llamativos de la relevancia del proceso evolutivo y la eficiencia de los sistemas biológicos.
Los diferentes tipos de cadenas de la hemoglobina se denominan alfa, beta, gamma y delta. La hemoglobina A –la forma más frecuente en el adulto- es una combinación de dos cadenas alfa y dos cadenas beta. Debido a que cada cadena tiene un grupo proteico hem, hay 4 átomos de hierro en cada molécula de hemoglobina; cada una de ellas puede unirse a una molécula de oxígeno, siendo pues un total de 4 moléculas de oxígeno las que pueden transportar cada molécula de hemoglobina.

Las moléculas de hemoglobina se forman por combinación de dos subunidades de una cadena peptídica llamada alfa y dos de beta donde las cadenas polipeptídicas están constituidas por eslabones de aminoácidos (AA) denominados residuos; conteniendo 141 residuos la cadena a y 146 la cadena b . Todo ser humano es capaz de sintetizar (genéticamente) e introducir en la hemoglobina cuatro cadenas polipéptidas designadas a , b , g y d . Con escasas excepciones las moléculas de HB se forman por la combinación de dos cadenas a con dos g o d .

La HB de una persona adulta normal se designa por HB A = a 2A b 2A

HB fetal es HB A = a 2Ag 2F Las cadenas b , g , d contienen todas ellas 146 unidades que se asemejan mucho entre sí en la secuencia de AA, hay solo 39 residuos de AA diferentes entre las cadenas b y g y solo 10 entre b y d .

Clasificasion de las Proteínas

En Base a su funcion.

Según su composición, las proteínas se clasifican en :
Proteínas Simples : Son aquellas que por hidrolisis, producen solamente µ -aminoácidos.
Proteínas Conjugadas : Son aquellas que por hidrolisis, producen µ -amino-ácidos y además una serie de compuestos orgánicos e inorgánicos llamados :

Grupo Prostético.
Las proteínas conjugadas pueden clasificarse de acuerdo a su grupo prostético :
Nucleoproteínas (Ac. Nucleíco)
Metaloproteínas (Metal)
Fosfoproteínas (Fosfato)
Glucoproteínas (Glucosa)

En Base a su Compocision.
Según su conformación, las proteínas pueden clasificarse en :
Proteínas Fibrosas : Son aquellas que se hayan constituídas por cadenas polipeptídicas, ordenadas de modo paralelo a lo largo de un eje formando estructuras compactas ( fibras o láminas).
Son materiales físicamente resistentes e insolubles en agua y soluciones salinas diluídas. Ej : (colágeno, µ -queratina, elastina).
Proteínas Globulares : Están constituídas por cadenas polipeptídicas plegadas estrechamente, de modo que adoptan formas esféricas o globulares compactas.

Son solubles en sistemas acuosos, su función dentro de la célula es móvil y dinámica.
Ej : (enzimas, anticuerpos, hormonas)
Existen proteínas que se encuentra entre las fibrosas por sus largas estructuras y las globulares por su solubilidad en las soluciones salinas.
Ej : (miosina,fibrinógeno).

Propiedades de las proteínas.

Solubilidad y capacidad amortiguadora.

Las proteínas globulares son solubles en agua, debido a que sus radicales polares o hidrófilos se sitúan hacia el exterior, formando puentes de hidrógeno con el agua, constituyendo una capa de solvatación. Esta solubilidad varía dependiendo del tamaño, de la forma, de la disposición de los radicales y del pH.



Recambio Proteico.

Las proteínas del cuerpo están en continuo proceso de renovación. Cuando las proteínas se degradan deben sustituirse por otras nuevas. A esto se le llama recambio proteico. Este recambio se produce rápidamente y el organismo sólo admite proteínas nuevas. Estas nuevas proteínas pueden obtenerse a través de las que contienen los alimentos que ingerimos diariamente, y si no se logra por esta vía, el organismo se las quita de la propia estructura del edificio corporal. En este caso la integridad de nuestro organismo queda amenazada. El organismo echará mano de sus propias proteínas, cuando ingerimos una alimentación desequilibrada, (con carencia proteica), o cuando se produce un ayuno prolongado, por ejemplo si no desayunamos.

Balance Nitrogenado.

El balance nitrogenado es un concepto usado para calcular las necesidades nitrogenadas, de proteínas, de las personas sanas, así como para realizar ciertas aplicaciones específicas. Por ejemplo, para ajustar la nutrición en pacientes hospitalizados con grandes pérdidas nitrogenadas, como grandes quemados, polifracturados. El balance nitrogenado equivale al nitrógeno ingerido (un gramo de nitrógeno procede de 6,25 gramos de proteínas) menos el nitrógeno eliminado, que fundamentalmente es el presente en la orina, en forma de urea, aparte de unos 4 gramos diarios que se eliminan por las heces y piel. El nitrógeno ureico se obtiene multiplicando por 0,467 la cantidad de urea presente en la orina de 24 horas.

Necesidades Diarias de las Proteínas.
Las proporciones porcentuales de los diferentes substratos de acuerdo con la ingestión diaria de calorías se puede considerar de la siguiente forma:
Hidratos de Carbono entre
50% y 60%
Proteínas entre
15% y 20%
Grasas entre
15% y 30%
Estas proporciones van de acuerdo al tipo de actividad desarrollada cotidianamente por la persona, su estado de salud, y otros factores. A esto se deben sumar los requerimientos diarios de vitaminas y minerales.

Depende de la edad, ya que en el período de crecimiento las necesidades son el doble o incluso el triple que para un adulto, y del estado de salud de nuestro intestino y nuestros riñones, que pueden hacer variar el grado de asimilación o las pérdidas de nitrógeno por las heces y la orina. También depende del valor biológico de las proteínas que se consuman, aunque en general, todas las recomendaciones siempre se refieren a proteínas de alto valor biológico. Si no lo son, las necesidades serán aún mayores.
En general, se recomiendan unos 40 a 60 gr. de proteínas al día para un adulto sano. La Organización Mundial de la Salud y las RDA USA recomiendan un valor de 0,8 gr. por kilogramo de peso y día. Por supuesto, durante el crecimiento, el embarazo o la lactancia estas necesidades aumentan, como reflejan la tabla de necesidades mínimas de proteínas

Productos naturales que contienen las cantidades medias de aminoácidos que se usan en realidad a nivel celular
Cantidades en gramos
Almendras (1 taza) 1.00 gr.
Semillas de girasol crudas (1 taza) 1.28 gr.
Arroz Integral (1 taza) 0.47 gr.
Cebada (1 taza) 0.90 gr.
Guisantes (1 taza) 0.27 gr.
Habichuelas rojas (1 taza) 0.85 gr.
Semillas de Ajonjolí (1 taza) 0.89 gr.
Pan integral (1 rebanada) 0.14 gr.
Spaghetti Harina Integral (1 taza) 0.65 gr.
Todos los demás vegetales (1 taza) 0.27 gr.
Productos aminales que contienen las cantidades medias de aminoacidos que se usan en realidad a nivel celular
Cantidades en gramos
Leche (1 taza) 0.29 gr.
Una clara de huevo 1.63 gr.
Huevo completo (aminoácidos limitantes) 0.70 gr.
Pescado (1/4 libra) 0.21 gr.
Hígado (1/4 libra) 0.78 gr.
Queso blanco (1/4 taza) 0.26 gr.
Carne de res (1/2 libra) 1.49 gr.
Carne de cerdo (1/4 libra) 0.69 gr.
Pavo (1/4 libra) utilización muy limitada de aminoácidos. gr.
Pollo (1/4 libra) 0.95 gr.
Cordero o Cabro (1/2 libra) 1.54 gr.

Para saber la cantidad media de aminoácidos que necesitamos al día

se multiplica el peso corporal en kilos (1000 gramos) 0.12 %.
La libra americana es de 450 gramos. Si el peso son 146 libras multiplica por 450 gramos y luego los divide por 1000 da el peso en kilos.
Ejemplo: una persona que pesa 146 libras americanas, lo multiplicado por 450 gramos es igual a 65700 y lo dividimos por 1000 es igual a 65.70 kilos.
146 x 450 = 65.700 gramos
65.700 - 1000 = 65.70 kilos.

Aminoácidos: Costituyentes Estructurales de las Proteínas

Aminoácidos Esenciales y No Esenciales.

1. L - Alanina: Función: Interviene en el metabolismo de la glucosa. La glucosa es un carbohidrato simple que el organismo utiliza como fuente de energía.
2. L - Arginina: Función: Está implicada en la conservación del equilibrio de nitrógeno y de dióxido de carbono. También tiene una gran importancia en la producción de la Hormona del Crecimiento, directamente involucrada en el crecimiento de los tejidos y músculos y en el mantenimiento y reparación del sistema inmunológico.
3. L - Asparagina: Función: Interviene específicamente en los procesos metabólicos del Sistema Nervioso Central (SNC).
4. Acido L- Aspártico: Función: Es muy importante para la desintoxicación del Hígado y su correcto funcionamiento. El ácido L- Aspártico se combina con otros aminoácidos formando moléculas capaces de absorber toxinas del torrente sanguíneo.
5. L - Citrulina: Función: Interviene específicamente en la eliminación del amoníaco.
6. L - Cistina: Función: También interviene en la desintoxicación, en combinación con los aminoácidos anteriores. La L - Cistina es muy importante en la síntesis de la insulina y también en las reacciones de ciertas moléculas a la insulina.
7. L - Cisteina: Función: Junto con la L- cistina, la L- Cisteina está implicada en la desintoxicación, principalmente como antagonista de los radicales libres. También contribuye a mantener la salud de los cabellos por su elevado contenido de azufre.
8. L - Glutamina: Función: Nutriente cerebral e interviene específicamente en la utilización de la glucosa por el cerebro.
9. Acido L - Glutamínico: Función: Tiene gran importancia en el funcionamiento del Sistema Nervioso Central y actúa como estimulante del sistema inmunológico.
10. L - Glicina: Función: En combinación con muchos otros aminoácidos, es un componente de numerosos tejidos del organismo.
11. L - Histidina: Función: En combinación con la hormona de crecimiento (HGH) y algunos aminoácidos asociados, contribuyen al crecimiento y reparación de los tejidos con un papel específicamente relacionado con el sistema cardio-vascular.
12. L - Serina: Función: Junto con algunos aminoácidos mencionados, interviene en la desintoxicación del organismo, crecimiento muscular, y metabolismo de grasas y ácidos grasos.
13. L - Taurina: Función: Estimula la Hormona del Crecimiento (HGH) en asociación con otros aminoácidos, esta implicada en la regulación de la presión sanguínea, fortalece el músculo cardiaco y vigoriza el sistema nervioso.
. L - Tirosina: Función: Es un neurotransmisor directo y puede ser muy eficaz en el tratamiento de la depresión, en combinación con otros aminoácidos necesarios.
15. L - Ornitina: Función: Es específico para la hormona del Crecimiento (HGH) en asociación con otros aminoácidos ya mencionados. Al combinarse con la L-Arginina y con carnitina (que se sintetiza en el organismo, la L-Ornitina tiene una importante función en el metabolismo del exceso de grasa corporal.
16. L - Prolina: Función: Está involucrada también en la producción de colágeno y tiene gran importancia en la reparación y mantenimiento del músculo y huesos.

Los Ocho (8) Esenciales

17. L - Isoleucina: Función: Junto con la L-Leucina y la Hormona del Crecimiento intervienen en la formación y reparación del tejido muscular.
18. L - Leucina: Función: Junto con la L-Isoleucina y la Hormona del Crecimiento (HGH) interviene con la formación y reparación del tejido muscular.
19. L - Lisina: Función: Es uno de los más importantes aminoácidos porque, en asociación con varios aminoácidos más, interviene en diversas funciones, incluyendo el crecimiento, reparación de tejidos, anticuerpos del sistema inmunológico y síntesis de hormonas.
20. L - Metionina: Función: Colabora en la síntesis de proteínas y constituye el principal limitante en las proteínas de la dieta. El aminoácido limitante determina el porcentaje de alimento que va a utilizarse a nivel celular.
21. L - Fenilalanina: Función: Interviene en la producción del Colágeno, fundamentalmente en la estructura de la piel y el tejido conectivo, y también en la formación de diversas neurohormonas.
22. L - Triptófano: Función: Está implicado en el crecimiento y en la producción hormonal, especialmente en la función de las glándulas de secreción adrenal. También interviene en la síntesis de la serotonina, neurohormona involucrada en la relajación y el sueño.
23. L - Treonina: Función: Junto con la con la L-Metionina y el ácido L- Aspártico ayuda al hígado en sus funciones generales de desintoxicación.
24. L - Valina: Función: Estimula el crecimiento y reparación de los tejidos, el mantenimiento de diversos sistemas y balance de nitrógeno.

Estructura y Propiedades de las Cadenas laterales de los Aminoácidos.

Polipéptidos o cadenas polipeptídicas.- si el n º de aminoácidos es mayor de 10.Cada péptido o polipéptido se suele escribir, convencionalmente, de izquierda a derecha, empezando por el extremo N-terminal que posee un grupo amino libre y finalizando por el extremo C-terminal en el que se encuentra un grupo carboxilo libre, de tal manera que el eje o esqueleto del péptido, formado por una unidad de seis átomos (-NH-CH-CO-), es idéntico a todos ellos. Lo que varía de unos péptidos a otros, y por extensión, de unas proteínas a otras, es el número, la naturaleza y el orden o secuencia de sus aminoácidos.Si la hidrólisis de una proteína produce únicamente aminoácidos, la proteína se denomina simple. Si, en cambio, produce otros compuestos orgánicos o inorgánicos, denominados grupo prostético, la proteína se llama conjugada.

ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS

La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales denominados: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria. Cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio.

Estructura primaria
La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte.

Estructura Secundaria.
La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria. Existen dos tipos de estructura secundaria:La a(alfa)-héliceLa conformación betaesta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente sobre sí misma la estructura primaria. Se debe a la formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O de un aminoácido y el -NH- del cuarto aminoácido que le sigue.

Estructura terciaria.

La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular.En definitiva, es la estructura primaria la que determina cuál será la secundaria y por tanto la terciaria..Esta conformación globular facilita la solubilidad en agua y así realizar funciones de transporte , enzimáticas , hormonales, etc.Esta conformación globular se mantiene estable gracias a la existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Aparecen varios tipos de enlaces:
el puente disulfuro entre los radicales de aminoácidos que tiene azufre.
los puentes de hidrógeno.
los puentes eléctricos
las interacciones hifrófobas.

Estructura Cuaternaria
Esta estructura informa de la unión , mediante enlaces débiles ( no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria, para formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero.

Proteínas

Aminoacido
Un aminoácido, es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH; ácido). Los aminoácidos más frecuentes y de mayor interés son aquellos que forman parte de las proteínas.
Proteina
Químicamente son compuestos cuaternarios de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, que a veces contienen elementos adicionales, como azufre, fósforo, hierro, cinc, cobre, magnesio y otros.Pueden actuar como enzimas, proteínas de reserva (caseína), proteínas transportadoras (hemoglobina), contráctiles (miosina), estructurales (colágeno), hormonas (insulina), protectoras de la sangre de los vertebrados (anticuerpos), y toxinas.
¿Por qué son tan importantes?
Todos los tejidos vivos contienen proteínas, debido a que estas son los principales elementos que forman las estructuras de las células y los tejidos del organismo, se encargan de la construcción del cuerpo humano y son la base sobre la que se forman los huesos y músculos. Se diferencian de las grasas y los carbohidratos en que poseen nitrógeno(supone el 16 % del contenido de las proteínas). Las proteínas suponen el segundo elemento más importante en cuanto a cantidad presente en el organismo, tras el agua.




Tipos Ejemplos Localización o función

Enzimas Ácido-graso-sintetosa Cataliza la síntesis de ácidos grasos. Reserva Ovoalbúmina Clara de huevo.
Transportadoras Hemoglobina Transporta el oxígeno en la sangre
Protectoras en Anticuerpos Bloquean a sustancias extrañas.
la sangre
Hormonas Insulina Regula el metabolismo de la glucosa. Estructurales Colágeno Tendones, cartílagos, pelos.
Contráctiles Miosina Constituyente de las fibras musculares