Enzimas e Inhibidores

Inhibidores Enzimáticos

Los inhibidores son moléculas que afectan la actividad enzimática. Se clasifican en:

• Inhibidores reversibles: Se unen de forma transitoria a la enzima (se pueden desligar). Son inhibidores competitivos, mostrando una similaridad estructural con el sustrato y compitiendo con él por la unión al centro activo de la enzima.
• Inhibidores irreversibles o venenos: Inutilizan la enzima de forma permanente (ejemplo: gas mostaza).

Metabolismo Celular

El Metabolismo es el conjunto de transformaciones químicas y procesos energéticos que ocurren en el ser vivo. Se divide en dos procesos fundamentales:

Catabolismo

Es el proceso de degradación de moléculas para obtener energía. Son reacciones exergónicas (liberan energía), oxidan las moléculas y las transforman de grandes a pequeñas.

Anabolismo

Es la síntesis de moléculas complejas. Requiere energía, la cual es suministrada gracias al catabolismo. Los procesos anabólicos son fuertemente endergónicos (necesitan energía), mientras que los procesos catabólicos desprenden energía libre gracias al estado de mayor oxidación.

Catabolismo Aeróbico

Es la degradación oxidativa de moléculas orgánicas para obtener la energía necesaria para las funciones celulares. La célula debe disponer de una molécula final a la que pueda ceder los electrones o los hidrógenos desprendidos en la oxidación. Se clasifica en:

• Aeróbicos: Si el oxígeno es el aceptor final de electrones (típico de seres vivos eucariotas).
• Anaeróbicos: Si el aceptor final es otra molécula (típico de bacterias).

Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico)

Consiste en una cadena cíclica de reacciones, en las que en cada una interviene una enzima específica. Al pH mitocondrial, los metabolitos que intervienen en la ruta se encuentran en sus formas aniónicas. En este ciclo se degrada y se rompe el CO₂ para obtener las coenzimas reducidas. El proceso implica la reducción de coenzimas que salen y la oxidación de coenzimas que entran.

Conversión del Ácido Pirúvico

El Ácido Pirúvico, producto de la glucólisis realizada en el citosol, pasa a la matriz mitocondrial atravesando las membranas mitocondriales externas e internas. Por la reducción del NAD+, la enzima piruvato deshidrogenasa y la coenzima A, el ácido es descarboxilado (sale CO₂ al citosol) y oxidado como acetilo. Este acetilo se activa por la unión transitoria con la coenzima A, formando Acetil-CoA, que ingresa en el Ciclo de Krebs. El NADH reducido es oxidado de nuevo en la cadena respiratoria en las crestas mitocondriales gracias a la presencia de oxígeno molecular.

Acoplamiento Quimiosmótico y Síntesis de ATP

Este mecanismo depende de la generación de un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial interna. Los complejos enzimáticos I, III y IV actúan como bombas de protones. Por cada par de electrones que recorre la cadena desde el NADH hasta el oxígeno, se pueden bombear aproximadamente 10 protones.

La membrana mitocondrial interna es impermeable a los protones. El bombeo de estos consigue que se establezca un gradiente electroquímico entre la matriz y el espacio intermembrana, capaz de generar una fuerza protomotriz. Esta fuerza proporciona energía y permite que los protones fluyan pasivamente a favor del gradiente hacia la matriz a través de la ATP sintasa. Cada 3 protones que fluyen, se sintetiza un ATP. El flujo de protones es impulsado por el gradiente electroquímico.

Fermentaciones

Las fermentaciones ocurren cuando el catabolismo se desarrolla en condiciones anaerobias, y el último aceptor de los electrones es una molécula orgánica sencilla. Estas rutas de degradación de la glucosa se denominan fermentaciones.

• Fermentación Etílica: Produce etanol. Ocurre en levaduras y ciertas bacterias.
• Fermentación Láctica: Se origina a partir del ácido pirúvico de la glucólisis. Regenera el NAD+ necesario para proseguir la glucólisis. Algo semejante sucede en la fibra muscular estriada de los vertebrados, que en condiciones anaerobias produce ácido láctico. Existe una gran variedad de rutas de fermentación en levaduras y bacterias.

Fotosíntesis

La Fotosíntesis ocurre en los cloroplastos. Permite que las células capten la energía luminosa del Sol y la transformen en energía química, siendo esta la única ruta metabólica capaz de hacerlo. La energía se almacena y se aprovecha en la síntesis de moléculas orgánicas. Los pigmentos, como la clorofila, se mantienen dentro de la membrana tilacoidal.

Fotosistemas

Los fotosistemas son complejos proteicos y pigmentarios. Todos los pigmentos absorben luz y forman una especie de antena para atrapar fotones. Una molécula se excita al captar un fotón y transfiere dicha energía de excitación a una molécula cercana por un proceso de resonancia. Finalmente, la energía se transfiere a las moléculas de pigmentos situadas en el Centro de Reacción. Los electrones que se liberan son enviados hacia la cadena de transporte de electrones de la membrana tilacoidal. Los electrones de la clorofila del centro de reacción saltan y liberan energía.

Fotosistema I (PSI)

Su centro de reacción contiene dos moléculas de clorofila a, denominado P700, puesto que tiene su punto de máxima absorción a una longitud de onda de 700 nm.

Fotosistema II (PSII)

Contiene dos moléculas de clorofila a conocidas como P680, ya que tiene su máxima absorción a una longitud de onda de 680 nm. (A menor longitud de onda, mayor energía).

La luz solar incide sobre las membranas tilacoidales, la energía es absorbida por los pigmentos antena de los dos fotosistemas, excitándolos. Todos los pigmentos pasan la energía de uno al vecino. Al estar excitados, los pigmentos se oxidan por la pérdida de electrones.