Bioquímica - Las enzimas y su relación en el metabolismo energético de los seres vivos

Saludos comunidad de Steemit y Stem-espanol, después de un breve tiempo sin publicar por razones ajenas a mi voluntad, les quiero enseñar un análisis hecho con la finalidad de entender un poco más sobre la bioquímica de nuestro organismo y como gracias a unas biomoléculas conocidas como enzimas el mismo es capaz de realizar todos sus procesos metabólicos.

Reacciones metabólicas y su relación con la energía

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Una de las características de los seres vivos es el mantenimiento de su estructura química. Para ello, la célula debe invertir energía proveniente del metabolismo que como se comento con anterioridad se dijo que el mismo era:

La interrelación de funcionalidad que existe entre los bioelementos y biomoléculas al momento de realizar procesos metabólicos de catabolismo (obtención de energía por degradación de biomoléculas) o anabolismo (consumo de energía por creación biomolecular a partir de bioelementos).

Las reacciones químicas constan de dos partes: los reactantes y los productos. Para que los primeros puedan realizar la transformación, deben sufrir primero un cambio energético que los llevara a ser productos. Esa energía necesaria para transformarse se denomina ENERGÍA DE ACTIVACIÓN.

La unión de los reactantes debe superar la EA en un Tiempo X para transformarse en producto.

Las reacciones químicas pueden ser divididas en dos grandes grupos de acuerdo con su producción de calor:

1- Reacciones exotérmicas: son reacciones que liberan calor al medio, como las reacciones catabólicas.

Los productos al tener menos energía que los reactantes la liberan al medio, desplazando la curva hacia la derecha.

2- Reacciones endotérmicas: son aquellas que no liberan calor al medio, sino que lo toman de el, como las reacciones anabólicas.

Los productos al tener mayor energía que los reactantes la almacenan, lo que desplaza la curva hacia la izquierda.

El metabolismo del cuerpo busca manejar de manera más optima la energía, con la finalidad de mantener la estructura molecular del organismo es decir evitar que no se pierda ni la más mínima fracción de la energía es por ello que la energía producida en el metabolismo es guardada en una molécula a través de una reacción endergónica, en la cual a un nucleótido de adenina con dos grupos fosfato ADP (adenosín difosfato) se le une un tercer grupo fosfato, creando un enlace de alta energía y dando origen a la molécula de ATP (adenosín trifosfato).

Formación del ATP.

A veces, el último grupo fosfato del ATP puede ser pasado a un compuesto orgánico, se dice entonces que se fosforila, esto sucede en casos donde alguna otra molécula necesita de un fosforo inorgánico (Pi) por ello la molécula de ATP sufre una reacción catabólica y libera energía contenida en ella.

Reacción de catálisis para liberar un Pi y energía que será aprovechada por el medio.

Las enzimas y su función de catálisis en los organismos vivos

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Las células vivas obtienen la energía y los componentes necesarios para cumplir su funcionalidad mediante reacciones químicas que transcurren constantemente. Estas reacciones deben producirse en condiciones relativamente constantes, de pH próximo a la neutralidad y temperatura cercana a 37 °C.

En estas condiciones , la degradación de moléculas orgánicas, sería demasiado lenta e incluso reacciones de síntesis y creación serian prácticamente imposibles, es por ellos que para acelerar estos procesos metabólicos, las células poseen catalizadores específicos denominados enzimas, estas son capaces de disminuir la energía de activación y hacer posible las transformaciones de reactantes y productos.

Diferencia de velocidad con respecto al producto final entre una reacción donde hay actividad enzimática y otra que se genera de manera espontánea.

Las enzimas poseen varias características importantes

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1-Poseen una elevada eficacia catalítica, pues pueden aumentar millones de veces la velocidad de las reacciones en las que participan. Además, como cualquier catalizador, las enzimas recuperan su estado inicial tras cada ciclo catalítico.

2-Son catalizadores específicos, tanto para el tipo de reacción, como para los compuestos sobre los que actúan.

3-Por último, su actividad catalítica puede ser regulada por mecanismos celulares, que varían en función de las necesidades metabólicas de cada momento. Por tanto, las enzimas son componentes esenciales para la célula: permiten que tengan lugar las reacciones necesarias para que puedan funcionar.

“Todas las enzimas son proteínas mas no todas las proteínas son enzimas”

Modo de acción de las enzimas

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Todas las enzimas tienen un centro activo donde se aloja la sustancia que será alterada denominada sustrato. Si la reacción es anabólica, serán dos sustratos los que entran; si la reacción es catabólica, será uno. La estructura formada por la enzima y el sustrato se denomina complejo enzima-sustrato y como cualquier catalizador, las enzimas aceleran las reacciones químicas disminuyendo la energía de activación.

El sustrato, tras su unión a la enzima, puede evolucionar hasta el producto por un camino energéticamente más favorable al disminuir la barrera energética que separa el sustrato del estado de transición, la presencia de una enzima hace que más moléculas de sustrato sean capaces de transformarse en producto, a igual pH, temperatura, presión y concentración.

Unión de la enzima con el sustrato en su sitio activo y posterior transformación en producto.

Clasificación de las enzimas y su nomenclatura

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Inicialmente, las enzimas se identificaban por un nombre genérico, que solía referirse al sustrato preferente de la enzima y acababa normalmente en el sufijo "–asa". Sin embargo, esta nomenclatura no permitía deducir el tipo de reacción catalizada, por lo que era poco informativa esta manera de clasificar a las enzimas evoluciono hasta que fueron identificadas mediante un número de clasificación, fijado por la Comisión de enzimas de la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada). De esta clasificación actual existe una forma resumida donde las enzimas se ven representadas por la clase y su nombre de acuerdo a la función que realizan.

Clasificación resumida de las enzimas según la IUPAC.

Factores que afectan la actividad enzimática

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Por ser proteínas, las enzimas se ven afectadas por:

1. pH: De acuerdo al sitio donde actúa la enzima. Tiene un pH optimo; por ejemplo, la pepsina que se halla en el jugo gástrico tiene un pH optimo acido; por encima de este valor la velocidad de la reacción disminuye porque la estructura de la enzima se ve afectada.

2. Temperatura: como toda proteína, la enzima se ve afectada por las temperaturas muy altas, pues su estructura se rompe y pierde funcionalidad; por debajo de cierta temperatura las enzimas comienzan y perder movilidad y la velocidad de reacción disminuye.

3. Concentración del sustrato: si las cantidades de sustrato son muy altas en comparación con la de la enzima, la velocidad de reacción se enlentece. Por el contrario, si la concentración del sustrato es muy baja, tampoco se podrá alcanzar una velocidad alta, pues no hay que catalizar.

4. Concentración de la enzima: Si las cantidades de enzima son muy pobres, no se podrá alanzar una velocidad de reacción adecuada.

5. Tamaño del sustrato: Si el sustrato no se encuentra en un tamaño adecuado, la enzima tardara mucho mas en poder catalizar la reacción ya que no encajaría fácilmente en el centro activo.

6. Presencia de moduladores o inhibidores: Hay ciertas sustancias, compuestos o iones que inhiben la actividad enzimática hasta detenerla.

7. Presencia de cofactores: algunas enzimas requieren de un compuesto acompañante para funcionar, puesto que estabilizan a las subunidades o intervienen en las reacciones; sin su presencia, la enzima es incapaz de actuar, comúnmente son derivados de vitaminas.