ENZIMAS

 TEMA5: BIOCATALIZADORES

Las reacciones químicas son procesos en los que se produce la transformación de unas sustancias iniciales o reactivos en otras sustancias finales o productos.

Los catalizadores son compuestos químicos de distinta naturaleza que facilitan y aceleran las reacciones químicas porque disminuyen la cantidad de energía de activación que se necesita para que estas ocurran. Los catalizadores no se consumen en la reacción que catalizan, actúan únicamente mediante su presencia. Por ello cuando termina la reacción quedan libres y pueden volver a utilizarse de nuevo, por lo que se necesitan en pequeñas cantidades.

Los catalizadores que actúan en los seres vivos se denominan biocatalizadores y son imprescindibles para que se produzcan las reacciones adecuadamente por dos razones:

1- En los seres vivos los reactivos no pueden ser calentados a Tª elevadas, ni se pueden someter a fuertes descargas eléctricas ya que eso destruiría a las propias células.

2- En los seres vivos se producen una enorme cantidad de reacciones químicas lo que haría necesario una enorme cantidad de energía para que se pudieran llevar a cabo.

Los biocatalizadores son las enzimas, vitaminas y hormonas aunque las que realmente intervienen como catalizadores son las enzimas.

l   ENZIMAS

Los enzimas son biocatalizadores producidos en las células, son en su mayoría proteínas globulares, excepto las riboenzimas, que son un pequeñísimo grupo de molécula de ARN ribosómico que tienen función enzimática, Su función es catalizar las reacciones químicas que se dan en el organismo, es decir facilitan y aceleran las reacciones químicas disminuyendo la energía de activación. Son autógenos, los fabrica el propio individuo y  suelen realizar su acción en las células en las que se producen, aunque a veces pueden actuar fuera de ellas ej. enzimas digestivas. Las enzimas nunca participan en las reacciones y actúan en pequeñísimas cantidades.

                        A + B +E ↔ AB + E

 Las enzimas se nombran añadiendo “asa” al sustrato sobre el que actúan (sacarosa-sacarasa, lactosa-lactasa) excepto algunas que tienen nombresespeciales.

1. COMPOSICION

Todas las enzimas son proteínas globulares, que tienen pesos moleculares muy elevados  por lo que su tamaño es muy grande mucho mayor que el de la molécula sobre la que actúa a la que se denomina sustrato.

Según su composición molecular las enzimas pueden ser de dos tipos:

-         Holoproteínas globulares: formadas únicamente por una o varias cadenas de aminoácidos.

-         Holoenzimas:  Poseen una parte proteica llamada apoenzima y una parte no proteica denominada cofactor. El cofactor puede ser de distinta naturaleza:

·         Pueden ser Cationes metálicos como: Fe⁺⁺, Mg²⁺, Cu²⁺ etc. Ej la citocromo oxidasa que tiene como cofactor un átomo de hierro y uno de cobre.

·         Pueden ser moléculas orgánicas complejas, en este caso se denominan:

-         Coenzimas compuestos no proteicos muy importantes en el metabolismo celular, suelen ser vitaminas unidas a nucleótidos, actúan transfiriendo energía mediante grupos H₃PO_4..

         Ej:  NAD⁺, FAD- Transfieren H⁺ (Dihidrogenasas) tienen carácter             reductor. Actúan en las reacciones de oxidación-reducción.

         ADP,ATP- Están formados por nucleótidos, transportan grupos H₃PO₄ y con ello energía ( monedas universales de energía)

-         Grupo prostético  por ejemplo el grupo hemo del citocromo c. y hemino de las peroxidasas.

Tanto la apoenzima como el cofactor son inactivas por si mismas, han de estar unidas para que la enzima (holoenzima) sea activa. El apoenzima determina la especificidad de la reacción, es decir determina el sustrato sobre el que puede actuar, mientras que el cofactor presenta los grupos que permiten la transformación del sustrato (adquiere una configuración que es complementaria con el sustrato). Un mismo cofactor puede ser constituyente de diferentes holoenzimas.

2.  ACCION ENZIMÁTICA  

En toda reacción se produce una transformación de sustancias iniciales llamados reactivos o sustratos en unos productos finales mediante la formación de un complejo intermedio entre la enzima y el sustrato.

            S + E ↔ [ ES ] ↔ P + E

En toda reacción enzimática se diferencian dos fases:

1) El sustrato (reactivos) se fija específicamente al enzima, formándose el complejo enzima-sustrato. La unión entre el enzima y el sustrato se debe a enlaces débiles (puentes de hidrógeno, atracciones electrostáticas etc), que se rompen fácilmente una vez que el enzima ha realizado su acción. La unión se produce en una zona del enzima denominado centro activo.

El centro activo es una pequeña región de la superficie del enzima que tiene forma de hueco o repliegue, y cuya estructura tridimensional se adapta perfectamente a la estructura complementaria del sustrato (llave-cerradura). Este centro activo esta formado por: 

-         Aminoácidos de unión que son los que le unen al sustrato.

-          Aminoácidos catalíticos que son los que realizan la acción enzimática. Estos aminoácidos pueden encontrarse muy alejados en la secuencia de la proteína enzimática, pero se encuentran muy próximos entre sí debido a la estructura terciaria de la proteína enzimática; por eso, si la proteína enzimática se desnaturaliza el centro activo se destruye y el enzima dejara de realizar su función.

Una vez que el enzima se une al sustrato mediante los aminoácidos de unión, actúan sobre él los aminoácidos catalíticos que serán los que producen la ruptura de enlaces y la formación de otros nuevos, transformando el sustrato en producto. Cuando el enzima presenta un cofactor, este se localiza en el centro activo.

2)Liberación de los productos. Tras la reacción se liberan rápidamente los productos para permitir el acceso de otros sustratos a las enzimas.

3. PROPIEDADES DE LOS ENZIMAS.

-         Son solubles en agua

-         Actúan en pequeñísimas cantidades.

-         Eficiencia: Tienen gran actividad química, al no intervenir en la reacción no se gastan y puede catalizar la reacción en ambos sentidos (síntesis e hidrólisis)

-         Especificidad:   Las enzimas son altamente específicas, la molécula de sustrato posee una geometría complementaria a la configuración espacial del centro activo (llave-cerradura).

Se  pueden diferenciar tres tipos de especificidad:

-         Absoluta: Solo reconoce a un sustrato. Sacarosa-sacarasa

-         De grupo: reconoce a un grupo semejante de moléculas que presentan un determinado tipo de enlace. Lipasas-lípidos

-         De acción:  un enzima solo puede realizar un determinado tipo de reacción. Hidrolasa- hidrólisis.

4. REGULACIÓN ENZIMÁTICA

La actividad enzimática depende de varios factores:

-         Temperatura: La actividad enzimática aumenta a medida que se incrementa la Tª, pero a partir de la temperatura óptima, si se eleva excesivamente la enzima se desnaturaliza perdiendo su estructura terciaria y por tanto su actividad.

-        
pH: Las enzimas tienen un pH óptimo, si sobrepasamos unos límites la enzima se desnaturaliza.

Concentración de sustrato: La reacción enzimática se produce a una velocidad que es directamente proporcional a la [S]. Si mantenemos constante la cantidad de enzima y aumentamos progresivamente la concentración de sustrato, la velocidad aumentará hasta que todo  enzima esté unido a un sustrato, y por tanto esté saturado. En este momento la velocidad será máxima. En cinemática enzimática se utiliza a menudo la constante de Michaelis, que es la concentración de sustrato a la cual la velocidad de reacción es la mitad de la máxima (Km).

 

                                       [E] · [S]

                        Km =   __________

                                           [ES]

la K_m nos indica la afinidad de un enzima por su sustrato:

l  Si K_m es alta indica que el enzima tiene poca afinidad por el sustrato ya que se necesita una concentración de sustrato elevada para alcanzar la mitad de la velocidad máxima.

l  Si K_m es baja indica que el enzima tiene mucha afinidad por el sustrato ya que se necesita una concentración de sustrato baja para alcanzar la mitad de la velocidad máxima.

-         Inhibición: Son compuestos químicos que se unen al enzima, en distintos puntos del mismo y disminuyen o incluso impiden su actividad. Esta inhibición puede ser:

·         Inhibición irreversible: Cuando el inhibidor impide permanentemente la actividad enzimática, bien porque se une de forma permanente con grupos funcionales importantes del centro activo o bien porque altera su estructura. A estos inhibidores se les denomina venenos y a la inhibición que realizan se la denomina envenenamiento del enzima.

·         Inhibición reversible: El inhibidor se une al enzima de forma temporal mediante enlaces débiles e impide el normal funcionamiento del mismo, pero no la inutiliza permanentemente.

-         Activación: Cationes metálicos  que potencian la catálisis y activan la reacción.

Un caso especial de activación e inhibición lo constituyen las enzimas alostéricas, son aquellas reguladas por el sustrato y el producto de la reacción. Poseen un centro regulador, a este puede unirse bien el sustrato (generalmente  actúa como activador),  o  bien el producto (generalmente  actúa como inhibidor)

5. CLASIFICACION DE LAS ENZIMAS

Hoy día a muchas se las nombra con el nombre del sustrato acabado en asa. Ej. Maltasa, sacarasa etc.

Aunque también se pueden clasificar según el tipo reacción que catalizan. A cada uno de estos grupos se les designa con el nombre de la reacción acabado en asa.

·Clase I Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de oxido-reducción o redox.

·Clase II Transferasas: Catalizan reacciones en las que se transfieren grupos funcionales de un compuesto a otro.           

·Clase III Hidrolasas: Catalizan reacciones de hidrólisis, es decir la ruptura de enlaces con la intervención del agua. A este grupo pertenecen las enzimas digestivas.

·Clase IV Liasas: Catalizan la adición y separación de grupos funcionales sin la intervención de agua, mediante la eliminación o la formación de dobles enlaces.

·Clase V Isomerasas: Catalizan reacciones de isomerización, que producen reordenaciones de los átomos dentro de la molécula.

·Clase VI Ligasas o sintetasas: Catalizan la unión de dos moléculas para sintetizar una mayor.

l  VITAMINAS

Son un grupo de sustancias muy heterogéneas en cuanto a su estructura química. Sus características comunes son:

-         Son componentes principales en la alimentación en animales, ya que estos no pueden sintetizarlas y, por tanto, deben ser aportadas en la dieta, como tales vitaminas o como precursores (provitaminas). Hay algunas excepciones, como las ratas y aves, que son capaces de sintetizar la vitamina C.

-         Se requieren en pequeñas cantidades por ser biocatalizadores y regenerarse cuando finaliza la reacción en la que intervienen. En el hombre las cantidades son inferiores a 10 mg/día, excepto en el caso de la vitamina C de la cual se requieren 75 mg/día.

-         Muchas tienen función coenzimática por ser componentes de algunas enzimas, este es el caso de las vitaminas hidrosolubles, a excepción del ácido ascórbico. Otras intervienen en procesos de crecimiento o en el correcto mantenimiento de los tejidos. En general regulan el buen funcionamiento del organismo.

-         La carencia extrema de vitaminas, denominada avitaminosis, provoca la aparición de enfermedades muy graves, incluso mortales, como la pelagra o el escorbuto.

Cuando la carencia es parcial, hipovitaminosis, se pueden producir trastornos menores, que suele desaparecer con el suministro de la correspondiente vitamina.

También se pueden originar estado patológicos por exceso de vitaminas lipídicas, hipervitaminosis, que al no ser solubles en agua, no se pueden excrementar por la orina y su exceso produce trastornos graves. El acúmulo de las vitaminas hidrosolubles no produce toxicidad aparente.

-         Atendiendo a su solubilidad se las divide en dos grupos:

• Vitaminas liposolubles: Son de carácter lipídico y por lo tanto no son solubles en agua y sí lo son en disolventes orgánicos. Alguna como la A y D si se toman en exceso pueden resultar toxicas, puesto que al no disolverse en agua no se eliminan por la orina. No actúan como coenzimas. Aquí se incluyen las vitaminas A, D, E, K.

• Vitaminas hidrosolubles: Son de naturaleza polar y por lo tanto solubles en agua, su exceso no resulta toxico ya que se eliminan por la orina. Actúan como coenzimas o forman parte de ellos. Aquí se incluyen: el ácido ascórbico (C )  y el complejo vitamínico B  que comprende varias la tiamina (B₁), la riboflavina (B₂), la niacina (B₃), el ácido pantoténico (B₅), la piridoxina (B₆), la biotina (B₈), el ácido fólico (B₉) y la cianocobalamina (B₁₂).

Se las denomina con letras mayúsculas, o por el nombre de las enfermedades carenciales que originan. También se las puede denominar por su fórmula química.

RED VENOSA SUPERFICIAL

Red venosa superficial:

Situada en el tejido celular subcutáneo. Originada en el pie, se resume en dos colectores: vena safena menor y magna.

En la planta del pie

Las venas son muy numerosas y adherentes al tejido subcutáneo. Adelante se originan por arcos que comunican con las venas del dorso.

Lateralmente terminan en dos venas marginales; medial y lateral, que comunican con la red profunda del pie. Atrás en la planta del pie son muy voluminosas y se continúan con las venas superficiales de la pierna.

En el dorso del pie

Existe un arco venoso en el cual terminan las venas de los dedos. De ese arco parten dos venas; una dorsal media y una dorsal lateral que son continuadas por las venas safenas.

Vena Safena menor (safena externa)

Nace en la vena dorsal lateral, pasa detrás del maléolo lateral, sigue el borde lateral del calcáneo.

En el tercio superior de la pierna perfora la fascia superficial y se sitúa en el surco que separa a las 2 cabezas del gastrocnemio. Asciende hasta la fosa poplítea, perfora la fascia profunda y termina en la vena poplítea. En su desembocadura recibe una vena anastomótica suprafacial que contornea la cara medial del muslo y termina en la vena safena magna.

En su trayecto está acompañada por el nervio sural y una arteriola del mismo nombre, rama de las arterias gastrocnemio.

Por venas comunicantes se anastomosan con las venas profundas. Posee numerosas válvulas de 8-15 desde su origen hasta su terminación.

Vena Safena Magna (interna)

Se origina por delante del maléolo medial, continuación de la vena dorsal media. Su trayecto es vertical y ascendente, situada en la cara medial de la pierna, luego en la cara medial de la rodilla, donde es flanqueada por el nervio safeno.

En el músculo se inclina hacia adelante, alcanza el triángulo femoral  y describe un arco arco cóncavo y lateralmente: el arco de  la safena magna, que atraviesa la fascia cribiforme por le hiato safeno, limita lateralmente y abajo por el borde falciforme. De esta manera la safena magna termina en la vena femoral.

Este trayecto aumenta poco a poco de volumen gracias a numerosas colaterales procedentes de los planos superficiales del dorso del pie, pierna y muslo.

El arco de la safena recibe numerosas

*venas pudendas externas

*epigástrica superficial (subcutánea abdominal)

*circunflejas iliacas superficiales

* y vena dorsal superficial del pene o del clítoris, cuya disposición es variable

La vena safena magna dispone de numerosas válvulas, 12 pares, escalonadas en todo su curso.

Anastomosis:

Son numerosas. Entre las 2 venas safenas existen venas transversales, irregulares y variables. Así como una vena transversal situada a nivel de la rodilla que une a la safena magna con el arco de la safena menor.

Anastomosis entre las dos redes

Se establecen por venas comunicantes que atraviesan la fascia del miembro inferior. Se cuentan entre 5 y 7 en la pierna.

Pueden observarse dos o tres comunicantes que perforan la fascia medialmente al sartorio.

En el ser vivo

La circulación venosa lucha contra la acción de la gravedad. En las venas profundas la circulación es favorecida por contracciones  musculares, y del  movimiento del paciente: el levantamiento precoz y la kinesioterapia se utilizan para evitar la estasis venosa que favorece las tromboflebitis después de una operación quirúrgica o de un parto.

En las venas superficiales circula una decimo de la  sangre venosa del MI  debido a la demanda ejercida por la red profunda a través de las anastomosis que la unen.

En caso de trombosis de las venas profundas, la red superficial no basta siempre para asegurar el abastecimiento, aparece entonces el edema tanto más marcado cuanto más alta es la trombosis.

Las válvulas se oponen al reflujo que asciende hacia la raíz del miembro.

Cuando faltan por disposición congénita o se tornan insuficientes , aparecen las várices; que son dilataciones ampulares de las venas.

Exploración in vivo:

Las venas superficiales son visibles bajo la piel del pie y pierna. En el muslo quedan disimuladas por el tejido subcutáneo. La red profunda se puede explorar por flebografía: inyección de un producto radioopaco en una vena periférica, que asciende hacia la raíz del miembro.

Aspecto quirúrgico:

El conjunto del sistema safeno magno puede caracterizarse y extraerse en caso de várices. La vena safena magna se puede utilizar como injerto, reemplazando a un segmento arterial cualquiera de diámetro similar.