¿Qué es una enzima estándar?
La esencia de la catálisis enzimática: reducir la energía de activación de las reacciones químicas
Comparación de enzimas y catalizadores inorgánicos:
1, los mismos puntos: 1) cambiar la velocidad de las reacciones químicas, no se consume; 2) solo cataliza las reacciones químicas existentes 3) acelera la velocidad de las reacciones químicas y acorta el tiempo para alcanzar el equilibrio, pero no cambia el punto de equilibrio; energía y acelera la velocidad de las reacciones químicas.
2. Diferencia: Características de las enzimas.
Características de las enzimas
1. Alta eficiencia: la eficiencia catalítica de las enzimas es mayor que la de los catalizadores inorgánicos, lo que hace que la reacción sea más rápida 2. Especificidad: una enzima sólo puede catalizar una; o Un sustrato, como la proteasa, solo puede catalizar la hidrólisis de proteínas en polipéptidos; 3. Diversidad: hay muchos tipos de enzimas, alrededor de 4000 4. Suavidad: significa que las reacciones químicas catalizadas por enzimas generalmente ocurren en condiciones suaves;
En general, la temperatura óptima de las enzimas en los animales está entre 35 y 40 grados centígrados, y la temperatura óptima de las enzimas en las plantas está entre 40 y 50 grados centígrados. La temperatura óptima de las enzimas en bacterias y hongos es bastante diferente, y la temperatura óptima de las enzimas puede alcanzar los 70 grados Celsius. El pH óptimo de las enzimas en animales suele estar entre 6,5 y 8,0, pero existen excepciones. Por ejemplo, el pH óptimo de la pepsina es 1,5 y el pH óptimo de las enzimas en las plantas suele estar entre 4,5 y 6,5.
Estas propiedades de las enzimas permiten que el complejo metabolismo de las sustancias en las células se desarrolle de forma ordenada, permitiendo que el metabolismo de las sustancias se adapte a las funciones fisiológicas normales. Si falta una enzima debido a un defecto genético, o su actividad se debilita por otras razones, la reacción catalizada por la enzima será anormal, el metabolismo de la sustancia se alterará e incluso se producirán enfermedades. Por tanto, la relación entre las enzimas y la medicina es muy estrecha.
El descubrimiento de las enzimas
En 1773, el científico italiano L. Spallanzani (1729-1799) diseñó un ingenioso experimento: poniendo carne en una pequeña jaula de metal, dejaba que el águila la tragara. Después de un rato, sacó la pequeña jaula y descubrió que faltaba la carne. Por tanto, concluyó que el jugo gástrico debe contener sustancias que digieran la carne. ¿Pero qué? Él no lo sabe.
En 1836, el científico alemán T. Schwann (1810-1882) extrajo del jugo gástrico sustancias para la digestión de proteínas. Desentrañando el misterio de la digestión gástrica.
En 1926, el científico estadounidense J. B. Sumner (1887-1955) extrajo cristales de ureasa de semillas de frijol espada y confirmó que la ureasa es una proteína mediante experimentos químicos.
En la década de 1930, los científicos extrajeron sucesivamente cristales de proteínas de varias enzimas y señalaron que las enzimas son proteínas biocatalíticas.
En la década de 1980, los científicos estadounidenses T.R Cech (1947-) y S. Altman (1939-) descubrieron que un pequeño número de ARN también tienen efectos biocatalíticos.
Actividad enzimática
Unidad de actividad (U, unidad de actividad):
Una medida de unidades de actividad enzimática. Según la Conferencia Internacional de Enzimología de 1961, 1 unidad de actividad enzimática se refiere a la cantidad de enzima que puede convertir 1 μmol de sustrato o el grupo relevante en 1 μmol de sustrato en 1 minuto bajo condiciones específicas (25°C, otras condiciones son las condiciones más adecuadas).
Actividad específica: Número de micromoles de sustrato convertidos por minuto por miligramo de proteína enzimática a 25°C. La actividad específica es una medida de la pureza de la enzima.
Energía de activación: Energía necesaria para cambiar todas las moléculas de 1 mol de sustrato de reacción desde su estado al estado de transición.
Energía de activación: La enzima contiene el sitio de unión al sustrato y la parte del residuo de aminoácido que cataliza la conversión del sustrato en el producto. El sitio activo suele estar situado en los espacios entre dominios o subunidades de una proteína o en las depresiones de la superficie de la proteína, y suele estar compuesto por varios residuos de aminoácidos que están muy juntos en el espacio tridimensional.
Enzima
Catálisis ácido-base: efecto catalítico de la transferencia de protones para acelerar la reacción.
Catálisis covalente: Un sustrato o parte de un sustrato forma un enlace de valencia con un catalizador y luego se transfiere a un segundo sustrato. Muchas reacciones de transferencia de grupos catalizadas por enzimas se realizan mediante valencia.
Bases moleculares de la acción de las enzimas
1. Composición química de las enzimas
Según la composición química de las enzimas, las enzimas se pueden dividir en dos categorías: enzimas simples. y enzimas conjugadas.
En una molécula de enzima simple, solo existe una cadena peptídica compuesta por residuos de aminoácidos, mientras que en una molécula de enzima conjugada, además de la proteína compuesta por una cadena polipeptídica, también hay componentes no proteicos, como iones metálicos, hierro. Porfirinas o pequeños compuestos orgánicos de vitaminas que contienen B. La parte proteica de la enzima combinada se llama apoenzima y las partes no proteicas se denominan colectivamente cofactores, que en conjunto constituyen la holoenzima. Sólo la enzima completa tiene actividad catalítica; si se separan, se pierde la actividad de la enzima. Las partes no proteicas, como las porfirinas de hierro o los compuestos que contienen vitamina B, si están conectadas a la proteína enzimática mediante enlaces de valencia, se denominan grupos protésicos y no pueden separarse de la proteína enzimática mediante diálisis o ultrafiltración. En cambio, los dos están conectados por un enlace no valente, llamado coenzima, y los dos pueden separarse mediante el método descrito anteriormente. La tabla 4-1 muestra algunos ejemplos del uso de iones metálicos como cofactores para la unión de enzimas. La tabla 4-2 enumera varias coenzimas (grupos) que contienen vitamina B y sus reacciones.
Los iones metálicos de las enzimas conjugadas tienen múltiples funciones y pueden ser componentes del centro activo de la enzima. Algunos pueden desempeñar un papel en la estabilización de la conformación de la molécula de enzima; otros pueden servir como puente entre la enzima y el sustrato. Las coenzimas y los grupos auxiliares sirven como portadores de hidrógeno (H+ y E) o de ciertos grupos químicos en reacciones catalíticas y desempeñan el papel de transferir hidrógeno o grupos químicos. Hay muchos tipos de enzimas en el cuerpo, pero no muchos tipos de cofactores. En la Tabla 4-1, vemos ejemplos de varias enzimas que utilizan los mismos iones metálicos como cofactores. La misma situación también ocurre en las coenzimas y grupos auxiliares, como la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa y la lactato deshidrogenasa, todos usan NAD+ como un. cofactor. La especificidad de una reacción catalizada por enzima depende de la parte proteica de la enzima. La función de las coenzimas y los grupos auxiliares es participar en el transporte de hidrógeno (H+ y E) y algunos grupos químicos especiales durante una reacción específica.
En segundo lugar, el centro activo de la enzima
Las enzimas son macromoléculas biológicas, con un peso molecular de al menos 654,38+0 millones y tan grande como un millón. El efecto catalítico de las enzimas depende de la integridad de la estructura primaria y la estructura espacial de la molécula de enzima. Si la molécula de enzima se desnaturaliza o las subunidades se despolimerizan, la actividad enzimática se pierde. Una cuestión digna de mención es que los reactivos catalizados por enzimas, es decir, sustratos, son en su mayoría sustancias pequeñas con pesos moleculares varios órdenes de magnitud menores que los de las enzimas.
El centro activo de una enzima es sólo una pequeña parte de la molécula de la enzima, y la mayoría de los residuos de aminoácidos de la proteína enzimática no entran en contacto con el sustrato. Existen diferentes grupos funcionales en las cadenas laterales de los residuos de aminoácidos en el centro activo de la enzima constitutiva, como son los grupos -NH2, -COOH, -SH, -OH y imidazol, que provienen de diferentes partes de la cadena polipeptídica de la molécula de enzima. Algunos grupos actúan como grupos de unión cuando se unen a sustratos, mientras que otros actúan como grupos catalíticos en reacciones catalíticas. Sin embargo, algunos grupos desempeñan funciones tanto vinculantes como catalíticas, por lo que los grupos funcionales en el sitio activo a menudo se denominan colectivamente grupos esenciales. Forman cavidades o hendiduras con una estructura tridimensional en la superficie de las moléculas de enzimas a través del entrelazamiento y plegamiento de cadenas polipeptídicas, acomodando así los sustratos entrantes para unirse a ellas (Figura 4-1) y catalizando la conversión de sustratos en productos. Esta región se llama centro activo de la enzima.
Los grupos funcionales fuera del centro activo de la enzima también son necesarios para formar y mantener la conformación espacial de la enzima, por eso se denominan grupos esenciales fuera del centro activo. Para las enzimas que requieren un cofactor, el cofactor también forma parte del centro activo. La especificidad de las reacciones catalizadas por enzimas en realidad depende del grupo de unión, el grupo catalítico y su estructura espacial del centro activo de la enzima.
En tercer lugar, la relación entre la estructura molecular de una enzima y su actividad catalítica.
La estructura molecular de una enzima se basa en su secuencia de aminoácidos. La secuencia de aminoácidos determina el espacio. estructura y centro activo de la formación de la enzima y especificidad catalítica de la enzima. Por ejemplo, las secuencias de residuos de aminoácidos de las gliceraldehído fosfato deshidrogenasas de mamíferos son casi idénticas, lo que indica que la misma estructura primaria es la base para que las enzimas catalicen la misma reacción. Otro ejemplo es que la quimotripsina, la tripsina y la elastasa en el tracto digestivo pueden hidrolizar los enlaces peptídicos de las proteínas alimentarias, pero cada una tiene su propia especificidad. La quimotripsina hidroliza los enlaces peptídicos que contienen residuos de aminoácidos aromáticos para proporcionar grupos carboxilo, mientras que la tripsina hidroliza residuos de aminoácidos básicos como la lisina para proporcionar grupos carboxilo. Sin embargo, la elastasa hidroliza residuos de aminoácidos no cargados con pequeñas cadenas laterales para proporcionar enlaces peptídicos carboxilo. El análisis de la secuencia de aminoácidos de estas tres enzimas muestra que aproximadamente el 40% de ellas son idénticas y todas utilizan residuos de serina como grupo central activo de la enzima. Las tres enzimas tienen la secuencia G1y-Asp-Ser-Gly-Pro que rodea los residuos de serina. Los estudios de difracción de rayos X muestran que estas tres enzimas tienen estructuras espaciales similares, lo que es la base de la hidrólisis de los enlaces peptídicos.
Sin embargo, su especificidad en la hidrolización de enlaces peptídicos surge de diferencias sutiles en la composición de aminoácidos del sitio de unión al sustrato de la enzima.
La figura muestra que los sitios de unión al sustrato de las tres enzimas tienen una estructura de bolsillo y la quimotripsina puede acomodar grupos aromáticos o grupos no polares. El fondo de la bolsa de tripsina es ligeramente diferente en el sentido de que uno de los residuos de aminoácidos se reemplaza con ácido aspártico, lo que fortalece la carga negativa allí y, por lo tanto, favorece la unión de lisina cargada positivamente o residuos de ácido purificados. Los dos lados de la bolsa de elastasa se reemplazan por residuos de valina y treonina, por lo que aquí solo se pueden unir pequeñas cadenas laterales y grupos sin carga, lo que indica que la especificidad catalítica de la enzima está estrechamente relacionada con la estructura molecular de la enzima.
Cuarto, el zimógeno y su activación.
Algunas enzimas, como diversas proteasas del sistema digestivo, se sintetizan y secretan en forma de precursores inactivos y luego se transportan a sitios específicos. Cuando el cuerpo los necesita, se convierten en enzimas activas mediante la acción de enzimas proteolíticas específicas para funcionar. Los precursores de estas enzimas no catalíticas se denominan zimógenos. Los ejemplos incluyen pepsinógeno, tripsinógeno y quimotripsinógeno. El proceso en el que las sustancias actúan sobre los zimógenos para convertirlos en enzimas activas se llama activación de zimógeno. Las sustancias que convierten los zimógenos inactivos en enzimas activas se denominan activinas. La activina tiene cierta especificidad para la activación del zimógeno.
Por ejemplo, la quimotripsina sintetizada por las células pancreáticas era originalmente una única cadena peptídica compuesta por 245 residuos de aminoácidos, con 5 pares de enlaces disulfuro conectados en la molécula. El proceso de activación de este zimógeno se muestra en la Figura 4-3. Primero, el enlace peptídico entre la arginina en la posición 15 y la isoleucina en la posición 16 es hidrolizado por la tripsina, activando la β-quimotripsina con actividad catalítica completa. Sin embargo, la molécula de la enzima es inestable en este momento y es eliminada por la propia β-quimotripsina.
En circunstancias normales, la mayoría de los factores de coagulación en plasma existen básicamente en forma de zimógenos inactivos. Sólo cuando el tejido o la íntima vascular están dañados, el zimógeno inactivo puede convertirse en enzima activa, lo que desencadena una serie de reacciones enzimáticas en cascada que, en última instancia, conducen a la conversión del fibrinógeno soluble en polímeros de fibrina estables, atrapando plaquetas y otras formas de coágulos sanguíneos. .
La esencia de la activación del zimógeno es cortar enlaces peptídicos específicos o eliminar ciertos segmentos peptídicos en la molécula del zimógeno, lo que es beneficioso para la formación del centro activo de la enzima y tiene una importancia fisiológica importante. Por un lado, garantiza que las células que sintetizan la enzima no sean destruidas por la digestión con proteasas, por otro lado, se activa en condiciones fisiológicas específicas y en partes específicas para ejercer sus efectos fisiológicos; Por ejemplo, los factores de coagulación se activan después de un daño tisular o de la íntima vascular; el pepsinógeno secretado por las células principales del estómago y la quimotripsina, el tripsinógeno y la elastasa secretados por las células pancreáticas se activan en las correspondientes enzimas activas en el estómago y el intestino delgado, respectivamente, que es A. claro ejemplo de mejora de la digestión de las proteínas de los alimentos. La activación del zimógeno causada por la escisión de enlaces peptídicos específicos existe ampliamente en los organismos y es una forma importante para que los organismos regulen la actividad enzimática. Si la activación del zimógeno es anormal, se producirán una serie de enfermedades. La pancreatitis hemorrágica ocurre porque el proteasoma se activa antes de ingresar al intestino delgado. La proteasa activada hidroliza sus propias células pancreáticas, provocando sangrado e hinchazón pancreática.
4. Isoenzima (isoenzima)
El concepto de isoenzima: una isoenzima es una enzima que cataliza la misma reacción química, pero la estructura molecular de la proteína enzimática, sus propiedades fisicoquímicas y su inmunogenicidad. son diferentes. Están presentes en distintos tejidos de una misma raza o individuo, e incluso en distintos orgánulos de un mismo tejido y células. Hasta el momento existen decenas de isoenzimas conocidas, como la hexoquinasa y la lactato deshidrogenasa, entre las cuales la lactato deshidrogenasa (LDH) es la más claramente estudiada. Hay cinco formas de la molécula que se encuentran en tejidos humanos y de vertebrados que catalizan las mismas reacciones químicas de la siguiente manera:
Las cinco isoenzimas están compuestas de cuatro subunidades. Las subunidades de LDH se pueden dividir en tipo de músculo esquelético (tipo M) y tipo de músculo cardíaco (tipo H). La composición de aminoácidos de las dos subunidades es diferente. La LDH tiene cinco formas, a saber, H4 (LDHl), H3M1 (LDH2), H2M2 (LDH3) y H1m3 (LDH).
Las subunidades M y H tienen diferentes composiciones de aminoácidos, que están determinadas por genes diferentes. Las diferentes proporciones de subunidades M y H en los cinco tipos de LDH determinan las diferencias en sus propiedades físicas y químicas. Generalmente, se pueden separar cinco tipos de LDH mediante electrocongelación. LDH1 tiene la velocidad de migración más rápida al electrodo positivo, LDH5 tiene la velocidad de migración más lenta y los demás están en el medio, a saber, LDH2, LDH3 y LDH4 (Figura 4-5). La figura 4-5 también muestra que los contenidos de varias LDH en diferentes tejidos son diferentes. LDH1 y LDH2 son abundantes en el miocardio, mientras que LDH5 y LDH4 son dominantes en el músculo esquelético y el hígado.
Las diferencias en las isoenzimas LDH en diferentes tejidos están relacionadas con el proceso fisiológico de utilización del lactato en los tejidos. LDH 1 y LDH 2 tienen una gran afinidad por el ácido láctico, deshidrogenando y oxidando el ácido láctico en piruvato, lo que es beneficioso para el miocardio para obtener energía a partir de la oxidación del ácido láctico. LDH5 y LDH4 tienen una gran afinidad por el piruvato y pueden reducir el piruvato a lactato, que es adecuado para el proceso fisiológico de los músculos que obtienen energía en la glucólisis anaeróbica (consulte el capítulo sobre metabolismo de la glucosa para obtener más detalles). Estas isoenzimas se liberan en la sangre durante la enfermedad tisular y las isoenzimas séricas se alteran debido a la distribución diferencial de las isoenzimas en tejidos y órganos. Por lo tanto, el análisis de isoenzimas séricas se utiliza a menudo para diagnosticar enfermedades (Figura 4-5).
V. Enzimas alostéricas
Las enzimas alostéricas suelen ser oligomerasas multisubunitarias con estructura cuaternaria. Además del centro activo catalítico, las moléculas de enzima también se denominan sitios catalíticos. También hay un sitio alostérico, que es el sitio donde se unen los efectores alostéricos. Cuando se une a un efector alostérico, la conformación molecular de la enzima sufre pequeños cambios que afectan la afinidad del sitio catalítico por el sustrato y la eficiencia catalítica. Si los agentes alostéricos se combinan para aumentar la afinidad o la eficiencia catalítica de una enzima y su sustrato, se denominan activadores alostéricos, mientras que aquellos que disminuyen la afinidad o la eficiencia catalítica del sustrato de la enzima se denominan inhibidores alostéricos. La regulación de la actividad enzimática por agentes alostéricos se denomina regulación alostérica. Los sitios catalíticos y alostéricos de una enzima alostérica pueden ubicarse en diferentes partes de una subunidad, pero lo más común es que se encuentren en subunidades diferentes. En el último caso, la subunidad que lleva el sitio catalítico se llama subunidad catalítica, mientras que la subunidad que lleva el sitio alostérico se llama subunidad reguladora. La mayoría de las enzimas alostéricas se encuentran en el punto de partida de las vías metabólicas, y los agentes alostéricos de las enzimas alostéricas suelen ser sustratos de algunas pequeñas moléculas fisiológicas y enzimas o productos intermedios o productos finales de las vías metabólicas. Por tanto, la actividad catalítica de las alozimas está regulada por la concentración intracelular de sustratos, intermediarios metabólicos o productos finales. La inhibición de las enzimas alostéricas en esta vía por el producto final se llama inhibición por retroalimentación. Una vez que el producto final en la célula aumenta, actúa como un inhibidor alostérico para inhibir la enzima al comienzo de la vía metabólica, ajustando la velocidad de la misma. vía metabólica en el tiempo para satisfacer las necesidades fisiológicas funcionales de la célula. Las enzimas alostéricas juegan un papel importante en la regulación del metabolismo celular. Por lo tanto, las alozimas también se denominan enzimas reguladoras. (Enzimas reguladoras)
6. Enzimas modificadoras
Algunas enzimas en el cuerpo necesitan modificar la estructura molecular de la enzima bajo la acción de otras enzimas para tener actividad catalítica. Estas enzimas se llaman enzimas modificadoras. Entre ellos, * * * la modificación de valencia es más común. Por ejemplo, el grupo funcional -OH de los residuos de serina y treonina de las proteínas enzimáticas puede fosforilarse, acompañado de * * * modificación del enlace de valencia, por lo que se denomina * * * modificación de valencia. El cambio en la actividad enzimática causado por esta modificación se denomina regulación por modificación covalente de la enzima. Las modificaciones de valencia * * * más comunes en el organismo son la fosforilación y desfosforilación de enzimas, además de la acetilación y desacetilación, la uridilación y uridilación, la metilación y desmetilación de enzimas. Debido a que la modificación de valencia de * * * reacciona rápidamente y tiene un efecto de amplificación en cascada, también es una forma importante de regular el metabolismo de sustancias en el cuerpo. Por ejemplo, la glucógeno fosforilasa, que cataliza el primer paso de la descomposición del glucógeno, tiene dos formas: la activa se llama fosforilasa A y la inactiva se llama fosforilasa B. La conversión mutua de estas dos formas es la molécula de enzima fosforilasa. de fosforilación y desfosforilación (consulte el capítulo sobre metabolismo de la glucosa para obtener más detalles).
7. Complejos multienzimáticos y sistemas multienzimáticos.
Algunas enzimas del cuerpo se agregan entre sí para formar una combinación física llamada complejo multienzimático. Si un complejo multienzimático se desintegra, se pierde la actividad catalítica de cada enzima. Muchas enzimas participan en complejos multienzimáticos. Por ejemplo, el complejo multienzimático de piruvato deshidrogenasa que cataliza la descarboxilación oxidativa del piruvato está compuesto por tres enzimas, mientras que el complejo multienzimático que cataliza la β-oxidación de ácidos grasos en las mitocondrias está compuesto por cuatro enzimas. El producto de la primera reacción catalizada por enzima del complejo multienzimático se convierte en el sustrato de la segunda enzima, y así sucesivamente, hasta que se produce el producto final.
Debido a la combinación física, los complejos multienzimáticos favorecen el rápido progreso de este proceso de flujo en la conformación espacial y son una medida eficaz para que los organismos mejoren la eficiencia catalítica enzimática.
A menudo hay muchas enzimas implicadas en diversas vías del metabolismo de sustancias en el cuerpo, completando a su vez el proceso de reacción. Estas enzimas se diferencian de los complejos multienzimáticos y no están relacionadas estructuralmente entre sí. Por eso se le llama sistema multienzimático. Por ejemplo, 11 enzimas implicadas en la glucólisis están todas presentes en el citosol, formando un sistema multienzimático.
8. Enzimas multifuncionales
En los últimos años se ha descubierto que algunas moléculas de enzimas tienen múltiples actividades catalíticas.
Por ejemplo, la ADN polimerasa I de Escherichia coli es una cadena polipeptídica con un peso molecular de 109 kDa, que tiene la actividad de catalizar la síntesis de cadenas de ADN, exonucleasa 3’-5’ y exonucleasa 5’-3’. Se obtienen dos fragmentos peptídicos mediante hidrólisis suave con enzimas proteolíticas, uno que contiene la actividad exonucleasa del ácido nucleico 5'-3' y el otro que contiene las actividades de las otras dos enzimas. La ácido graso sintasa de mamíferos consta de dos cadenas polipeptídicas, cada una de las cuales contiene la actividad catalítica de siete enzimas necesarias para la síntesis de ácidos grasos. Las enzimas con múltiples sitios catalíticamente activos en dichas moléculas se denominan enzimas multifuncionales o enzimas en tándem. Las enzimas multifuncionales son superiores a los complejos multienzimáticos en términos de estructura molecular, porque las reacciones químicas relevantes se realizan en una molécula de enzima, que es más eficiente que los complejos multienzimáticos. Esto también es el resultado de la evolución biológica.
Principios de clasificación y denominación de las enzimas
Para estudiar las enzimas de forma más eficaz, se han propuesto varios métodos de clasificación y denominación de las enzimas, pero el método actualmente generalmente aceptado es el Comité de Enzimas. de la Unión Internacional de Bioquímica Los principales contenidos del sistema recomendado son los siguientes:
Según las propiedades de reacción de las enzimas, las enzimas se dividen en seis categorías:
Oxidoreductasa (oxidorreductasa)
Transferasa (transferasa)
Hidrolasa (hidrolasa)
Liasa (liasa)
Isomerasa
Enzimas Combinadas (ligasas)
Dentro de cada clase, existen varias subclases y subclases basadas en reacciones enzimáticas y propiedades de sustrato más específicas. Para cada enzima se utilizan nombres tanto sistemáticos como habituales.
Terminología habitual
Tercera, nomenclatura sistemática.
En vista del continuo descubrimiento de nuevas enzimas y de la confusión en la denominación de las enzimas en el pasado, para evitar el fenómeno de que una enzima tenga varios nombres o diferentes enzimas usen el mismo nombre, la Asociación Internacional La Comisión de Enzimología ha prescrito una nomenclatura sistemática, que incluye nomenclatura sistemática de enzimas y números de enzimas para cuatro clasificaciones numéricas. Por ejemplo, el nombre de la enzima que cataliza la siguiente reacción es
ATP 10 d glucosa ADP 10 d glucosa-6 fosfato
ATP glucosa fosfotransferasa cataliza la reacción de transferencia de fosfato del ATP a la glucosa. Sus números de clasificación son E, C, 2, 7, L, 1. ey C, el primer número "2" representa la clasificación de la enzima (transferasa) y el segundo número "7" representa la subclase (fosfotransferasa). La tercera "L" representa la subclase (fosfotransferasa con grupo hidroxilo como aceptor); el cuarto "1" representa el número de clasificación de la enzima en la subclase (con D-glucosa como aceptor de grupo fosfato).
Características y mecanismos de las reacciones enzimáticas
1. Características de las reacciones enzimáticas
(1) Las reacciones enzimáticas tienen altas velocidades catalíticas.
La enzima es un catalizador biológico altamente eficiente, 107-1013 veces más eficiente que los catalizadores ordinarios. Las enzimas pueden acelerar las reacciones químicas, pero no pueden cambiar el punto de equilibrio de las reacciones químicas. Es decir, las enzimas pueden promover reacciones directas y reacciones inversas en proporciones iguales, por lo que la función de las enzimas es acortar el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio. pero la constante de equilibrio es constante. Se necesitarían varias horas para alcanzar el punto de equilibrio sin agregar enzima, pero puede que solo se necesiten unos segundos para alcanzar el punto de equilibrio con la enzima.
Las enzimas y catalizadores en general aceleran las reacciones químicas reduciendo la energía de activación.
(2) La catálisis enzimática es altamente específica.
La especificidad catalítica de una enzima reside en su selectividad por los sustratos y en la especificidad de la reacción catalítica. A excepción de las reacciones químicas espontáneas individuales en el cuerpo, la mayoría son catalizadas por enzimas específicas. Una enzima puede encontrar su sustrato entre miles de reactivos. Ésta es la especificidad de la enzima. Según los diferentes grados de especificidad catalítica enzimática, se puede dividir en tres categorías: especificidad absoluta, especificidad relativa y especificidad estereoisomérica. Las enzimas que catalizan un solo sustrato se denominan especificidades absolutas. Por ejemplo, la ureasa sólo puede hidrolizar la urea en dióxido de carbono y amoníaco. Si una enzima puede catalizar un tipo de compuesto o enlace químico, se llama especificidad relativa. Por ejemplo, la esterasa no sólo puede catalizar la hidrólisis de triglicéridos, sino también hidrolizar otros enlaces éster. Las enzimas con estereoespecificidad tienen requisitos estrictos sobre la configuración tridimensional de las moléculas del sustrato. Por ejemplo, la L-lactato deshidrogenasa sólo cataliza la deshidrogenación del L-lactato y no tiene ningún efecto sobre el D-lactato.
(3) Ajustabilidad de la actividad enzimática
La actividad catalítica de algunas enzimas puede verse afectada por una variedad de factores. Por ejemplo, las enzimas alostéricas están reguladas por agentes alostéricos. mediante modificaciones de valencia, las hormonas y los fluidos neurohumorales regulan la actividad enzimática a través de segundos mensajeros, y los inductores o inhibidores regulan el contenido de enzimas intracelulares (cambiando la tasa de síntesis y degradación de las enzimas).
2. Mecanismo de reacción enzimática
Enzima y sustrato forman un complejo enzima-sustrato.
La combinación del centro activo de la enzima con el sustrato para formar un complejo es es el primer paso en la catálisis enzimática. La energía de la unión direccional proviene de varios enlaces no valentes que se forman cuando el grupo funcional del centro activo de la enzima interactúa con el sustrato, como enlaces iónicos, enlaces de hidrógeno, enlaces hidrófobos, incluidas las fuerzas de van der Waals. La energía que se produce cuando se combinan se llama energía de enlace. Es fácil entender que cada enzima es selectiva al unirse a su propio sustrato.
(2) Los estados de transición de la enzima y el sustrato son complementarios
Si la enzima solo complementa el sustrato para formar un complejo ES y no puede promover más el sustrato para que entre en la transición estado, entonces la enzima El efecto catalítico no puede ocurrir. Esto se debe a que después de que la enzima y el sustrato forman un complejo ES, es necesario formar más enlaces no valentes entre la enzima y las moléculas del sustrato para formar un complejo con un estado de transición complementario entre la enzima y el sustrato (Figura 4-8). ), completando así la acción catalítica de la enzima. De hecho, en el proceso de generar más enlaces no valentes, la molécula sustrato cambia del estado fundamental original al estado de transición. Es decir, la molécula sustrato se convierte en una molécula activada, lo que proporciona las condiciones para la combinación y disposición de grupos necesarios para transformaciones tales como reacciones químicas de la molécula sustrato y generación de cargas inestables transitorias. Por tanto, el estado de transición no es una sustancia química estable, a diferencia de los productos intermedios en el proceso de reacción. En cuanto al estado de transición de una molécula, la probabilidad de que se transforme en producto (P) o sustrato (S) es igual.
Cuando la enzima forma un complejo ES con el sustrato y además forma un estado de transición, este proceso libera más energía de unión. Ahora se sabe que esta parte de la energía de enlace puede compensar la energía de activación requerida para la activación de algunas moléculas reactivas, de modo que las moléculas originalmente por debajo del umbral de energía de activación también pueden convertirse en moléculas activadas, acelerando así la velocidad de las reacciones químicas.
(3) Mecanismo de reacción enzimática
1. Efecto de proximidad y disposición direccional
2. Catálisis múltiple
3.
Cabe señalar que la reacción catalítica de una enzima es a menudo una combinación de múltiples mecanismos catalíticos, lo que es una razón importante para la alta eficiencia de las reacciones enzimáticas.
Sección 5 Cinética de reacciones enzimáticas
La cinética de reacciones enzimáticas es el estudio de la velocidad de las reacciones enzimáticas y los factores que afectan la velocidad de las reacciones enzimáticas. Muchos factores, como la concentración de enzimas, la concentración de sustrato, el pH, la temperatura, los activadores e inhibidores, pueden afectar la velocidad de las reacciones enzimáticas. Al estudiar la influencia de un determinado factor en la velocidad de reacción enzimática, otros factores del sistema catalítico enzimático deben mantenerse sin cambios y se deben mantener condiciones estrictas de velocidad de reacción inicial. Por ejemplo, bajo la condición de que la velocidad de reacción enzimática sea proporcional a la concentración de la enzima, la cantidad de sustrato utilizado en el sistema catalítico enzimático es suficiente para saturar todas las enzimas, pero los productos generados no son suficientes para afectar la eficiencia catalítica de la enzima. Otras condiciones del sistema de reacción como el valor del pH No hay cambios significativos. Los estudios cinéticos pueden proporcionar información valiosa sobre el mecanismo de acción de las enzimas y ayudar a determinar las condiciones óptimas para la acción de las enzimas. El uso de inhibidores para explorar la composición de los grupos funcionales del centro activo de las enzimas es de gran valor para la estructura y función de las enzimas e incluso para las aplicaciones clínicas.
1. El efecto de la concentración de la enzima en la velocidad de la reacción enzimática.
A una determinada temperatura y pH, cuando la concentración del sustrato es mucho mayor que la concentración de la enzima, la velocidad de la reacción de la enzima está relacionada. proporcional a la concentración de enzima (Figura 4-11).
Es decir, v=K[E] (1), donde v es la velocidad de reacción, K es la constante de velocidad de reacción y [E] representa la concentración de enzima.
En segundo lugar, el efecto de la concentración del sustrato en la velocidad de la reacción enzimática
(1) Curva de concentración del sustrato
Cuando la concentración de la enzima es constante, la concentración del sustrato El efecto sobre la velocidad de reacción es una hipérbola rectangular.
Ecuación de Michel-Menten
La mayoría de las enzimas del cuerpo muestran una relación entre la concentración de sustrato y la velocidad de reacción. Por lo tanto, Mi-Man propuso enzima y sustrato basándose en trabajos anteriores. formando primero un complejo intermedio, a saber:
K1 K3