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BARRANCA ± PERÚ
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2010
I T
CCI
as enzimas son totalmente esenciales para todo ser vivo de ellas dependen una gran cantidad de reacciones a nivel celular debemos de tomar en cuenta que las enzimas son proteínas que tienen la capacidad de acelerar la velocidad de reacción de determina do compuesto
Hay muchísimos tipos de enzimas en un organismo vegetal no podríamos mencionar a todas pero tambien están clasificadas de acuerdo a su modo de acción por tanto se toma en cuenta que si no existieran las enzimas no se producirían muchísimas reacciones en las plantas y también en nuestro organismo y estaríamos muertos por tal consecuencia
Por tanto podríamos definir a una enzima como una proteína que tiene la capacidad de acelerar determinada reacción el cual va a dar en consecuencia un nuevo compuesto el cual en condiciones de ausencia de la enzima no se podría obtener o tardaría muchísimo en lograrlo
¡ ¡ ¢ ¡ ¡ ¢ ¢
ENZ
I
as enzimas son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas siempre que sea termodinámicamente posible (si bien pueden hacer que el proceso sea más termodinámicamente favorable) En estas reacciones las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos las
cuales se convierten en moléculas diferentes denominadas productos Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas
ebido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su velocidad crece sólo con algunas reacciones el conjunto (set) de enzimas sintetizadas en una célula determina el tipo de metabolismo que tendrá cada célula
génica
E
nzimas egetales
a enzima más importante para la planta esu isC
u isC es la forma abreviada con que normalmente se designa a la enzima cuyo nombre completo es ribulosa-1 5-bisfosfato carboxilasa oxigenasa Esta enzima tiene un doble comportamiento que
justifica su nombre Primero la fijación del C 2 a una forma
orgánica Segundo la fotorrespiración en la que
E
NAD
u isC de las plantas (izquierda) con 8x2 subunidades y de bacterias (derecha) con 2 subunidades
Estructura de la u isC de la plantas
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¥ su vez esta síntesis depende de la regulación de la expresión
¦ ¤ ¥ £ ¨ © ¤ ¥
¤ catalizando dos procesos opuestos
lo que justifica su clasificación como carboxilasa
actúa como oxigenasa del mismo sustrato a u isC es la proteína más abundante en la biosfera s la proteína más abundante del planeta su proporción en el estroma alcanza hasta más del 50 % del total de proteínas Su abundancia se explica debido a que es una enzima relativamente lenta
Su función es la fijación del dióxido de carbono en la fase oscura o biosintética de la fotosíntesis utilizando el TP y PH producidos en la fase luminosa o fotoquímica para la síntesis de moléculas orgánicas como la glucosa
¥ ¤ ¥ ¤ ¤ ¥ £ ¥ ¤ ¥ ¥ ¤ ¦ ¤ ¥
ijación del carbono
a u isC cataliza el primer paso y más significativo del Ciclo de Calvin en concreto de la fijación del dióxido de carbono a una forma orgánica En la reacción se une una molécula de C 2a la cadena
hidrocarbonada de la ribulosa-1 5-bisfosfato una pentosa activada energéticamente por la fosforilación de los dos carbonos situados en los extremos de la cadena A través de un estado de
transición de seis carbonos se forman dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico
El ciclo de Calvin y la fijación del C 2 por la u isC son propios de todos los organismos
autótrofos No se dan sólo en fotosintetizadores típicos ³como cianobacterias algas eucarióticas y
plantas
Estructura
a u isC que se observa en los plastos es una proteína oligómera formada por 16 polipéptidos que son de dos tipos uno grande (subunidad ) y otro pequeño (subunidad S) Esta estructura se observa
también en cianobacterias lo que no sorprende ya que al fin y al cabo los plastos eucarióticos derivan evolutivamente de ellas por endosimbiosis En procariontes distintos de las cianobacterias la u isC
forma agregados más sencillos
tras enzimas importantes para las plantas son
os complejos ATP sintasa de la membrana tilacoidal su función es la fosforilación fotosintética o
fotofosforilación
A
TP sintasa
El complejo ATP sintasa también denominada complejo o o 1- ATP-sintasa ( = factor de
acoplamiento en inglés coupling factor) es una enzima situada en la cara interna de la membrana interna de las mitocondrias y de la membrana de los tilacoides de los cloroplastos encargada de sintetizar ATP a partir de ADP y un grupo fosfato y la energía suministrada por un flujo de protones
(H+) esponde a la síntesis de ATP según la hipótesis quimiosmótica de itchell a síntesis de ATP
gracias a este enzima se denomina fosforilación oxidativa (mitocondrias) y fotofosforilación (cloroplastos) a ATP sintasa se puede imaginar como un motor molecular que produce una gran
cantidad de ATP cuando los protones fluyen a través de ella el organismo
A ediante
A
otofosforilación
a fotofosforilación es un proceso de síntesis de ATP a partir de ADP + fosfato llevado a cabo por las ATP-sintasas de la membrana del tilacoide en los cloroplastos de las células vegetales Es un proceso
de la fase luminosa de la fotosíntesis en que se utiliza la energía liberada en el transporte de electrones para bombear protones desde el estroma al interior del tilacoide con el fin de crear un gradiente electroquímico el cual al disiparse por la salida de protones del tilacoide al estroma a través de las
ATP-sintasas acopla esta energía protón-motriz a la fosforilación del ADP para formar ATP a
energía necesaria la proporciona la luz que es captada por los pigmentos fotosintéticos
Existen dos tipos
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$ que realizan la fotosíntesis oxigénica sino también en arqueas y bacterias dotadas de
metabolismos fotosintetizadores o quimiosintetizadores diversos a u isC es responsable de la producción primaria de la que parte la circulación de energía en la biosfera a reacción de fijación del carbono es en sí extremadamente ineficiente; y lo es más aún por la competencia con la función de oxigenasa $ % ! " # % % ! " # $ $ % $ $ % ! " #
$ típicamente de dos subunidades grandes y dos pequeñas%
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% a tasa de síntesis es grande
humano en fase de reposo puede formar unas 10 moléculas de TP por segundo experimentos in vitro se ha demostrado que la
cadena de transporte de electrones
$
%
TP sintasa actúa de forma independiente respecto a la la adición de un ácido débil (por ejemplo ácido acético) a una suspensión de mitocondrias aisladas es suficiente para inducir la biosíntesis de ATP in vitro
( $ % $ % $ $ % % &
y Fotofosforilación acíclica Están implicados ambos fotosistemas I y II; el flujo de electrones
que produce no es cíclico por lo que se sintetiza tanto ATP comoNADPH
y Fotofosforilación cíclica Está implicado sólo el fotosistema I; se realiza un bombeo de
hidrogeniones del estroma al espacio tilacoidal que contribuye a crear un gradiente electroquímico de hidrogeniones y por tanto a la síntesis del ATP sin que se produzca
NADPH
n fotosistema es el conjunto mínimo de los compuestos necesarios para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis Es un centro de reacción que se sitúa junto con otros muchos en las membranas de los
tilacoides
Las enzimas que producen energía ( ATP) a partir de la glucosa en las mitocondrias en el proceso de la
respiración celular o aerobia enzimas de la glucólisis de la descarboxilación oxidativa de piruvato a acetilCo Ay del ciclo de Krebs
Piruvato
El piruvato es un compuesto orgánico muy importante en la bioquímica Es un subproducto del
metabolismo de la glucosa llamado glucólisis na molécula de glucosa se divide en dos de ácido pirúvico que son utilizadas posteriormente para proveer energía en una de dos formas Si hay suficiente suministro oxígeno el ácido pirúvico es el inicio de una serie de reacciones llamada ciclo de Krebs
Si no hay suficiente cantidad de oxígeno disponible el ácido entra en una serie de reacciones llamado metabolismo anaeróbico creando el ácido láctico en animales (fermentación láctica) y etanol en plantas (fermentación alcohólica) El piruvato proveniente de la glucólisis es convertido en lactato
utilizando la encima lactatodeshidrogenasa y la coenzima NADH en la fermentación láctica En la
fermentación alcohólica es convertida en acetaldehido y luego en etanol
La cadena de transporte de electrones de la membrana tilacoidal la llamada cadena fotosintética El
transporte de electrones por la cadena fotosintética libera energía que se utiliza para la fotofosforilación
Las enzimas vegetales responsables de la replicación o duplicación del ADN ( ADNpolimerasa) de la
transcripción ( ARNpolimerasa) y la traducción o síntesis de proteínas (peptidil transferasa)
ADN
polimerasa
Las ADN polimerasas intervienen en la replicación del ADN para dar a cada célula hija una copia del ADN original en el proceso de la mitosis Llevan a cabo la síntesis de la nueva cadena de ADN
emparejando los desoxirribonucleótidos trifosfato (dNTP) con los desoxirribonucleótidos
complementarios correspondientes del ADNmolde Los dNTP que se usan en la replicación del ADN
contienen tres fosfatos unidos al grupo hidroxilo 5' de la desoxirribosa y dependiendo de la base nitrogenada serán d ATP dTTP dCTP o dGTP La reacción fundamental es una transferencia de un
grupo fosfato en la que el grupo 3'- H actúa como nucleófilo en el extremo 3' de la cadena que está en crecimiento El ataque nucleofílico se produce sobre el fosfato (el más próximo a la
desoxirribosa) del desoxirribonucleósido 5' trifosfato que entra liberándose pirofosfato inorgánico y alargándose el ADN (al formarse un nuevo enlace fosfodiéster) A diferencia de la mayoría de
procesos biológicos que ocurren en la célula en los que sólo se separa un grupo fosfato (P i) durante
la replicación se separan los dos últimos grupos fosfato
) 0 ) 1 2 2 1 3 1 2 2
1 Permite recibir la energía luminosa y transmitirla a lo largo de una cadena de reacciones
que la transforman en energía química1
4 5 4 6 6 4 6 7 4 4 6 4 6 4 4 6 6 6 4 6 6 4 6 6 6 4 4 6 8 6 9 @ 9
Este proceso se puede resumir en una ecuación química
(DNA)n+ dNTP(DNA)n+1+ PPi
A pesar de que la ADN polimerasa sólo tiene un sitio activo para emparejar los cuatro d NTPs
diferentes la unión correcta de los pares de bases A:T C:G es posible basándose en la geometría de
éstos: si la unión es incorrecta se produce un desplazamiento del fosfato haciendo más difícil su
unión al extremo 3'- H y ralentizando así el ritmo de catálisis lo que da lugar a que la ADN
polimerasa añada preferentemente las bases correctas
Las ADN polimerasas pueden añadir hasta 1000 nucleótidos por segundo Esto es debido a su
naturaleza procesiva es decir el número de nucleótidos que son capaces de añadir cada vez que se asocian al molde de ADN que van a copiar Dado que la adición de los nucleótidos es un proceso que
dura unos milisegundos la velocidad de catálisis va a depender del tiempo que la ADN polimerasa
permanece unida al ADN,esto es,de su procesividad
E 3' , ya que se requiere de un grupo 3'- H
ADN ARN ARN E
L ADN
ADN ADN
ARN
polimerasa
Las ARN-polimerasas son un conjunto de proteínas con carácter enzimático capaces de polimerizar
los ribonucleótidos para sintetizar ARNa partir de una secuencia de ADN que sirve como patrón o
molde La ARN polimerasa más importante es la implicada en la síntesis del ARN mensajero o
transcripción del ADN.
La ARNpolimerasa es la enzima soluble conocida de mayor tamaño puesto que mide unos 100 Å de
diámetro y es visible en micrografías electrónicas,donde se observa unida al promotor en el ADN.
Funciones
La reacción química que cataliza la ARN polimerasa consiste en la unión de ribonucleótidos
trifosfato, adenosín trifosfato ( ATP), uracilo trifosfato (
trifosfato (CTP),liberándose los grupos fosfato.
Además de la polimerización de los ribonucleótidos trifosfato, la ARN polimerasa tiene otras
funciones como:
y Reconocer y unirse a localizaciones específicas o promotores de la molécula de ARN. y Desenrollar parcialmente la molécula del molde de ADN,gracias a su actividad helicasa
intrínseca.
y Sintetizar un ARNcebador para la elongación posterior. y Terminación de la cadena.
La ARNpolimerasa cataliza consecutivamente la elongación de la cadena de ARN,al mismo tiempo
que enrolla y desenrolla la doble cadena de ADN,y termina la transcripción después de copiar el gen.
[editar]Estructura ARN
Esta complejidad de funciones se manifiesta en su estructura cuaternaria,ya que al igual que la ADN
polimerasa, esta formada por varias subunidades que conforman la holoenzima, que junto con
A B B C D E E D D E D E
l crecimiento de la cadena se produce en dirección 5'
libre para el inicio de la síntesis puesto que éste es el que realiza el ataque nucleofílico sobre el fosfato del dNTP, de forma que las ADN polimerasas requieren de un iniciador 3'- H (que puede ser de
o ) llamado cebador que es sintetizado por la primasa l extremo 3' del cebador se denomina extremo cebador
as polimerasas también realizan otras funciones durante el proceso de replicación Además de
participar en la elongación, desempeñan una función correctora y reparadora gracias a su actividad
exonucleasa 3' ,que les confiere la capacidad de degradar el partiendo de un extremo de éste Es
importante que existan estos mecanismos de corrección ya que de lo contrario los errores producidos durante la copia del darían lugar a mutaciones
C C E E E E E E
proteínas accesorias forman una máquina proteica o complejo de transcripción que llevan a cabo la síntesis del ARN.
Algunas subunidades aisladas de la ARN polimerasa son catalíticamente funcionales, mientras que
otras sólo pueden detectarse cuando el complejo de transcripción se encuentra totalmente ensamblado.
Los complejos de transcripción de distintos organismos presentan una composición variable, pero
esencialmente todos catalizan el mismo tipo de reacciones. Debido a esta coincidencia,en el estudio
del proceso de transcripción se toma como modelo la reacciones catalizadas por el complejo de transcripción de la bacteria Escherichia coli, que aunque se diferencia en el ensamblamiento de la
células eucarióticas,actúan de forma análoga.
La ARN polimerasa fue descubierta al mismo tiempo que el ARN mensajero en 1960 por los
investigadores Samuel Weiss y erard Hurwits de laboratorios diferentes. ARNpolimerasa en procariotas
En procariotas,la misma enzima cataliza la síntesis de todos los tipos de ARN: ARNm, ARNr y ARN t.
La ARN polimerasa en procariotas en una gran molécula. Para unirse a regiones promotoras
específicas, la holoenzima requiere un factor con el que se reduce enormemente la afinidad con
regiones de ADN inespecíficas, aumentando la especificidad por regiones promotoras para formar la
holoenzima de cinco subunidades2' (~480 kDa).La estructura de la ARNpolimerasa presenta
una ranura de 55 Å de longitud y una anchura 25 Å. Esta ranura permite el paso de la doble hélice de ADNque mide 20 Å.La longitud de 55 Å puede aceptar la secuencia de 18 nucleótidos.
Todas las unidades que forman la enzima funcionan conjuntamente para llevar a cabo las reacciones de transcripción. La subunidad ' participa en la unión del ADN, la subunidad contiene parte del
centro activo y la subunidad está implicada principalmente en la iniciación de la transcripción,
disociándose del resto de la enzima una vez iniciada la transcripción.
Las ARN polimerasas de los organismos procariontes funcionan de forma análoga, aunque alguna
subunidad de la proteína difiera en su composición.
[editar] ARNpolimerasa en eucariotas
Las células eucariotas existen tres tipos de ARNpolimerasa,cada uno especializado en síntesis de ARN
determinados:
y ARN polimerasa I: sintesis, reparaciòn, revisión y retiro de cebadores (primers), Sintetiza
precursores de ARNribosómico.
y ARNpolimerasa II: reparación, Sintetiza precursores de ARNmensajero, micro ARNs y otros
tipos de ácido ribonucleico.1 Esta polimerasa es el tipo más estudiado,y se requieren factores
de transcripción para que se una a los promotores del ADN
y ARNpolimerasa III: sintetiza ARNde transferencia, ARNribosómico de 5S y otros pequeños
ARN( ARNpequeños) encontrados en el núcleo celular ( ARNp nucleares) y en el citoplasma
( ARNp citoplasmáticos).
y ARNpolimerasa I y :reparación en condiciones únicas.
y O tros tipos de ARN polimerasa se encuentran en la mitocondria y en cloroplasto y en el
núcleo del ribosoma.
Peptidil transferasa
La enzima peptidil transferasa es una aminoacil transferasam que realiza la función esencial de los
ribosomas.Se encarga de la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos adyacentes durante la
traducción de ARNmensajero y,por tanto,la síntesis proteica. No obstante,estas enzimas están
implicadas también en procesos no relacionados con la traducción.
La peptidil transferasa es una Actividad enzimática presente en los ribosomas, que cataliza la
formación de un enlace peptídico entre un nuevo aminoácido y la cadena peptídica naciente .
participa en el proceso : la síntesis de proteína; bueno se sabes que en el mecanismo de síntesis de
G
proteínas ocurre en dos etapas: la transcripción y la traducción; Esta fase ocurre en el citoplasma y
requiere de tres etapas llamadas:inicio,alargamiento y terminación.
Alargamiento: Esta etapa la podemos describir con ayuda de los siguientes puntos:
y En esta etapa, el ribosoma empieza a leer los tripletes del RNAm e inicia la formación del
polipéptido.
y Al inicio de esta etapa, el segundo codón delRNAm se encuentra en el sitio Ao aminoacil de
la subunidad mayor.
y Un RNA t con un anticodón complementario lleva al aminoácido correspondiente hasta el
interior del ribosoma y lo ubica en el sitio A, en el lugar que le corresponde de acuerdo al
mensaje del RNAm.
y Cuando los sitios p y a están ocupados, una enzima llamada peptidil transferasa, forma un
enlace entre los dos aminoácidos. Después de esto,el primerRNA t es liberado.
y Posteriormente, el ribosoma se mueve un codón a lo largo de la cadena del RNAm y entra el
siguiente triplete; el ribosoma lo lee y un RNA t específico se encarga de ubicar al aminoácido
dentro del sitio A,se forma el enlace entre este aminoácido y el anterior y se libera uno de los
RNA t.
y El ribosoma continúa leyendo y traduciendo el mensaje hasta que recorre toda la fibra del
RNAm.
En resumen su importancia radica en que se encarga de romper o catalizar la formación de los enlaces
pépticos para permitir la traducción.
La lista de las enzimas puede ser interminable pero aquí están las que son más importantes para las
C
ONC
LUSI
ONES
Las enzimas son catalizadores de origen biológico que cumplen muchos requisitos para impulsar
nuevas industrias químicas.
La tecnología enzimática tiene múltiples aplicaciones, como fabricación de alimentos, los progresos
que están realizando actualmente la ingeniería genética y la biotecnología permiten augurar el desarrollo cada vez mayor del uso de las enzimas.
La utilización de enzimas en los alimentos presentan una serie de ventajas, porque la mayoría proviene
de los vegetales.
Las enzimas utilizadas dependen de la industria y del tipo de acción que se desee obtener.
La producción de enzimas vegetales a gran escala tiene su principal aplicación en la industria de la
