Función de las enzimas

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Introduction0:00–1:29

Las enzimas son proteínas que desempeñan un papel fundamental en las reacciones bioquímicas que se producen en cada momento dentro del organismo, desde la digestión de un plato de fideos hasta la flexión de los músculos frente al esp Las enzimas actúan como catalizadores, es decir, aceleran el ritmo de estas reacciones bioquímicas.
Así, en lugar de esperar meses o años para que se produzca una reacción, esta puede tener lugar en cuestión de segundos, algo esencial para la vida.
Imagine que fuera necesario un año para digerir un simple plato de fideos. Nos moriríamos de hambre.
Cada reacción bioquímica tiene un sustrato y un producto, que representaremos en un gráfico llamado diagrama de coordenadas de reacción.
El eje X muestra cómo progresa una reacción, mientras que el eje Y indica el valor de energía en los diferentes puntos de la misma.
Al principio, tenemos el sustrato (llamémoslo A) con una buena cantidad de energía libre. Al final queda el producto, o B, que se clasifica como de menor energía.
La energía del producto menos la energía del sustrato recibe el nombre de energía de la reacción, también conocida como energía libre de Gibbs, o ΔG.
Como se prefieren los estados de menor energía, una reacción tiene lugar espontáneamente cuando el producto tiene una energía libre menor que la del sustrato, es decir, una ΔG negativa.

Mechanism1:29–4:12

Supongamos que estamos viendo una de esas reacciones que ocurren espontáneamente, pero entre el paso del sustrato al producto hay uno de transición intermedio que tiene un estado de energía realmente alt La cantidad de energía adicional que el sustrato requiere para llegar al estado de transición, por lo que la altura de la pendiente ascendente, se llama energía de activación, o una ΔG‡ plus plus.
En cuanto entra en el estado de transición, la molécula es muy inestable y quiere pasar a una molécula más estable y de menor energía.
Si vuelve a ser un sustrato, puede ascender de nuevo al estado de transición si hay suficiente energía de activación una vez más, pero si se convierte en un producto entonces necesita aún más energía para regresar al estado de transición.
Por eso, con el tiempo, con millones de moléculas en esta dinámica, la mayor parte del sustrato se convierte en producto.
Es cierto que, sin una enzima, el sustrato podría acabar aprovechando la energía de activación suficiente para entrar en el estado de transición, pero las enzimas ayudan a acelerar bastante las cosa Las enzimas son proteínas que se pliegan de una manera particular, de modo que tienen una especie de bolsa llamada sitio activo en su superfici Cuando las enzimas participan en una reacción, el sustrato se une al sitio activo, y juntos forman un complejo enzima-sustrato, lo cual ayuda a estabilizar el estado de transición.
Así que las enzimas disminuyen esa necesidad de energía adicional para la reacción, convirtiendo gráficamente la montaña en una colin Considere la siguiente analogía.
Imagine a un niño pequeño que está nervioso porque se le va a inyectar una vacuna: ese es el sustrato. El niño vacunado es el producto de la reacció El estado de transición es aquel durante el cual entra la aguja y, como cabe imaginar, el niño puede ponerse muy ansioso y molesto; se trata de un estado altamente energético e incómod En este escenario, las enzimas son como los adultos que sostienen al niño y lo calman, reduciendo la ansiedad o el nivel de energía del estado de transición y haciendo que todo suceda más rápido.
Afortunadamente, las enzimas no se agotan en el proceso. Se adhieren al sustrato hasta que se convierte en el producto y luego lo liberan.
En cuanto terminan su labor, buscan otro sustrato. Además, las enzimas y los sustratos son como almas gemelas bioquímicas: cada enzima está diseñada específicamente para un tipo concreto de sustrato.
Por ejemplo, la amilasa es una enzima de la saliva que ayuda específicamente a descomponer los hidratos de carbono grandes en moléculas de azúcar más pequeñas que luego son descompuestas por otras enzimas La velocidad a la que las enzimas catalizan las reacciones bioquímicas se denomina cinética enzimática, y hay dos formas gráficas de verla.

Enzyme kinetics4:12–5:57

La primera es el gráfico de Michaelis Menten que representa la concentración del sustrato, o [S], en el eje X, y la velocidad de la reacción o V, que es la cantidad de producto que se forma en el tiempo, en el eje Y.
Si existe una cantidad fija de enzima, la velocidad de la reacción aumenta a medida que se añade más sustrato, es decir, hasta que todos los sitios activos de toda la enzima se saturan.
Llegados a este punto, añadir más sustrato no servirá de nada, ya que no hay más enzimas que se unan a él; así pues, la velocidad de la reacción se estanca.
El punto en el que la curva se aplana corresponde a la velocidad máxima, o Vmáx, en el eje Y. Ahora es posible determinar la Km, que es la concentración de sustrato a la que la velocidad de la reacción se reduce exactamente a la mitad de la velocidad máxi Analizando el eje Y, encontramos que es la mitad de Vmáx, y luego avanzamos en paralelo al eje X hasta llegar a nuestra curva de reacción.
A partir de ahí, bajamos directamente hacia el eje X: Km será igual a esa concentración de sustrato. La razón por la que merece la pena averiguar la Km es que refleja inversamente la afinidad de la enzima: si la Km es baja, solo se necesita un poco de sustrato para que la reacción se dispare hasta la mitad de su velocidad máxima, por lo que se tratará de una enzima con alta afinidad.
Por otro lado, si la Km es alta, se necesita mucho sustrato para que la reacción se produzca a la mitad de la velocidad máxima, por lo que la enzima tiene poca afinidad por su sustrat Fundamentalmente, estos gráficos nos hablan de la unión.

Substrate binding5:57–8:45

De hecho, podría utilizarse la misma representación gráfica para mostrar la fuerza con la que se unen los fármacos a los receptores, o incluso los factores de transcripción que se unen al AD A partir de este punto, veamos cómo pueden aumentar o disminuir la Vmáx o la Km.
La Vmáx depende del número de enzimas capaces de catalizar la reacción, por lo que el aumento o la disminución del número de enzimas aumentará y disminuirá la Vmáx.
Una forma de incrementar la Vmáx es la inducción, que sucede cuando existe un aumento en la expresión genética de una enzima.
Lo contrario, una disminución de la Vmáx, podría ocurrir si hay represión o silenciamiento de la expresión génica. Si hablamos de receptores o transportadores de membrana, la regulación positiva o negativa de los receptores o transportadores en la superficie de la célula provocaría un aumento o una disminución de la Vmáx, respectivamente.
Por último, un fármaco puede bloquear enzimas, transportadores o receptores de forma no competitiva y provocar una disminución de la Vmáx.
Con la inhibición no competitiva, la molécula inhibidora se une de forma irreversible al sitio activo de la enzima, o de forma reversible a un lugar diferente llamado sitio alostérico.
El efecto neto es que los sustratos ya no pueden unirse al sitio activo y es como si el número de enzimas disponibles hubiera disminuido Así que los efectos de la inhibición no competitiva son similares a lo que ocurre cuando hay menos enzimas, disminuyendo la Vmáx.
Ahora veamos el Km, que varía según la afinidad de la enzima. La afinidad depende de la forma de la enzima y de lo bien que encaje el sustrato en el sitio activo.
Así, supongamos que alteramos la enzima de forma que se una más al sustrato. Una manera de hacerlo es cuando una molécula llamada activador se une a la enzima y aumenta la afinidad de esa enzima por el sustrato, con lo que se reduce la Km.
Por el contrario, la inhibición competitiva puede utilizarse para disminuir la afinidad de la enzima. Un inhibidor competitivo se une al sitio activo en lugar de al sustrato, y normalmente no se metaboliza, bloqueando la enzim Ahora bien, dado que se trata de un proceso reversible, añadir más sustrato significa que es posible acabar superando y desplazando al inhibidor.
Pero esto aumenta el valor de Km. En términos prácticos, una forma común de modificar la forma de una enzima es a través de la fosforilación por parte de las cinasas o la desfosforilación por las fosfatasas: muchos procesos se regulan de esta manera en las células.
De hecho, los términos desensibilización y sensibilización se refieren a cambios en la forma de un receptor que disminuyen o aumentan su afinidad por un fármaco.

Lineweaver-Burke plot8:45–10:47

Cambiemos ahora de escenario y analicemos el gráfico de Lineweaver-Burke. Este gráfico se basa en la ecuación de Michaelis Menten que establece que la velocidad inicial de la reacción (V0) es igual a la concentración de sustrato [S] por la velocidad máxima Vmáx, sobre la concentración de sustrato + K Aquí es donde las cosas se ponen interesantes: para llegar al gráfico de Lineweaver Burke, estamos escribiendo esta ecuación como un doble valor inverso.
Dándole la vuelta al asunto, se obtiene que 1 sobre V0 es igual a Km sobre Vmáx más 1 sobre Vmáx más 1 sobre la concentración de sustrato - [S].
Ahora podemos utilizar esta ecuación en el gráfico: 1/V0 va en el eje Y y 1/[S] va en el eje X. Convenientemente, después de dar la vuelta a la ecuación, Km/Vmáx se representa como una línea recta, que intercepta los ejes Y y X El punto de corte en Y es igual a 1/Vmáx, y el punto de corte en X, que pasa por la zona negativa al origen de los ejes, es -1/Km.
Así, los puntos de corte x e y pueden utilizarse para identificar rápidamente Km y Vmáx. El único truco es que, al igual que nuestra ecuación inversa, ahora todo está del revés.
De este modo, los procesos como la inducción y la regulación positiva que aumentan la Vmáx, en realidad hacen que 1/Vmáx disminuya, por lo que la línea que representa Km/Vmáx tendría una pendiente menor en el gráfico que el control.
Por el contrario, procesos como la represión o la regulación negativa o incluso la inhibición no competitiva que disminuyen la Vmáx, aumentarán 1/Vmáx, haciendo que la pendiente de la línea sea más alta en el gráfico que el contro De este modo, la interpretación de un gráfico de Lineweaver Burke es la siguiente.
La estimulación hace que la línea recta parezca descender, y la inhibición la dispara hacia arriba, en sentido inverso. ##Resumen Como breve resumen...

Review10:47–11:21

Las enzimas reducen la energía de activación necesaria para que el sustrato entre en el estado de transición. El sustrato se une a la enzima en el sitio activo, formando un complejo enzima-sustrato, y se libera tras transformarse en el producto.
Hay dos formas principales de observar la cinética de las enzimas: el gráfico de Michaelis Menten y el gráfico de Lineweaver Burk Estos dos gráficos pueden utilizarse para determinar las dos variables cinéticas, Vmáx, o la velocidad máxima de la reacción, y Km, o la afinidad de la enzima por su sustrato.