Holoenzimas y Holoproteínas
Holoproteínas
Son enzimas formadas por polipéptidos (aminoácidos).
Holoenzimas
Son proteínas conjugadas, es decir, presentan una parte proteica (apoenzima) y una parte no proteica (cofactor).
El cofactor puede ser:
- Un Ion Metálico: Oligoelementos.
- Un Coenzima: Molécula orgánica compleja (NAD+, FAD, etc.). En cuya composición aparece en muchos casos una vitamina. Por ejemplo: la Riboflavina es un componente del FAD; el ácido Nicotínico es un constituyente del NAD+; y el ácido Pantoténico, del Coenzima A.
Si el cofactor se encuentra unido de un modo íntimo y permanente al apoenzima, se llama grupo prostético.
El apoenzima determina la especificidad de la reacción, es decir, el sustrato sobre el que actúa, mientras que el cofactor presenta los grupos que permiten la transformación del sustrato en la catálisis enzimática. El apoenzima y el cofactor por separado son inactivos. Un mismo cofactor, tanto coenzima como ion metálico, puede ser constituyente de diferentes holoenzimas.
Catálisis Enzimática
Para que una reacción química se lleve a cabo es necesario que las moléculas reaccionantes entren en contacto, es decir, choquen. El choque produce reacción si las moléculas tienen suficiente energía para que puedan relajar o romper unos enlaces y formar otros nuevos.
La Energía de Activación
Esta energía mínima necesaria para que se produzca la reacción es la energía de activación. Esta se consigue por medios físicos (como un aumento de temperatura o descargas eléctricas) o por medios químicos (como la utilización de catalizadores).
Dado que las condiciones físicas extremas no pueden darse en los seres vivos, estos resuelven el problema con la utilización de las enzimas (biocatalizadores), que disminuyen la energía de activación necesaria para que una reacción se produzca.
El resultado es que la reacción se produce más rápidamente. La enzima no sufre ninguna alteración en el proceso y se vuelve a utilizar repetidamente.
El Centro Activo
En las reacciones enzimáticas, la enzima se une a un sustrato para formar un complejo que, tras la transformación enzimática, se separa en los productos de la reacción y la enzima libre. La unión tiene lugar en una pequeña parte de la molécula de la enzima, constituida por un número reducido de aminoácidos: el centro activo.
El centro activo tiene forma de hueco o repliegue y su estructura tridimensional se adapta perfectamente a la estructura complementaria del sustrato. En él se localizan dos tipos de residuos de aminoácidos:
- De Unión: Tienen grupos hidrófobos con cargas positivas (+) y negativas (-) que permiten la unión del sustrato en la posición correcta.
- Catalíticos: Son los responsables de la transformación del sustrato en productos. Estos grupos, una vez que se han unido al sustrato, inducen la formación o rotura de enlaces.
En las holoenzimas, el cofactor se encuentra en el centro activo.
Especificidad Enzimática
Las características del centro activo y la necesaria complementariedad del sustrato determinan la elevada especificidad de la acción enzimática, que se establece en dos niveles:
- Especificidad de Acción: Una enzima solo realiza una transformación de todas las que puede sufrir un sustrato. Puede que catalice solo un tipo de reacción química o un grupo de reacciones estrechamente relacionadas.
- Especificidad de Sustrato: Cada enzima actúa sobre un sustrato o sobre un número reducido de sustratos.
Tipos de Especificidad de Sustrato
- Absoluta: La enzima actúa sobre un único sustrato.
- De Grupo: La enzima transforma sustratos que presentan un determinado tipo de enlace.
- Estereoquímica: Cuando actúan sobre uno de los isómeros ópticos, pero no sobre el otro.
Hipótesis del Ajuste Inducido
La unión entre la enzima y el sustrato podría compararse con la existencia entre la mano y el guante. Aunque se ha comprobado que algunas enzimas del centro activo son capaces de modificarse para adaptarse al sustrato (Ajuste Inducido).
Cinética Enzimática
La cinética de las reacciones enzimáticas estudia la velocidad con que se producen los mecanismos de formación y desintegración de un complejo enzima-sustrato, es decir, estudia la velocidad de la catálisis.
La velocidad de reacción depende de numerosos factores, siendo uno fundamental la concentración del sustrato.
Efecto de la Concentración del Sustrato
Si la concentración del sustrato aumenta y se mantiene constante la concentración de la enzima, se observa que la velocidad de la reacción aumenta progresivamente.
Este aumento de velocidad es exponencial para concentraciones bajas del sustrato y, a medida que esta aumenta, se va haciendo más lento hasta que la concentración alcanza cierto valor, a partir del cual, aunque aumente la concentración, no aumenta la velocidad de reacción.
Este comportamiento se explica porque la velocidad de la reacción catalizada por una enzima, medida como la cantidad de producto producido por unidad de tiempo, depende del equilibrio existente entre la forma libre (enzima nativa) y su forma combinada.
- A concentraciones bajas de sustrato, hay moléculas de enzimas libres.
- A medida que se aumenta la concentración del sustrato, se forman complejos enzima-sustrato, por lo que aumenta la velocidad de reacción.
- A altas concentraciones de sustrato, todas las moléculas de la enzima se encuentran combinadas con él. En estas condiciones, el complejo enzima-sustrato se escinde para dar el producto y la enzima libre se combina inmediatamente con otra molécula de sustrato.
Es decir, se alcanza el estado estacionario, en el cual la enzima se encuentra saturada y la velocidad de reacción es máxima (Vmax).