Enzimas y metabolismo

objetivos

-Explicar en qué consiste el metabolismo celular, los tipos existentes y su relación con las enzimas.

-Definir el concepto de enzima y asociarlo con el grupo de biomoléculas al que pertenece.

-Describir las características de las enzimas y los modelos existentes de actividad enzimática.

-Explicar los factores que afectan la velocidad de las reacciones químicas.

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Introducción

Las células llevan a cabo un conjunto de reacciones químicas que tienen como objetivo la obtención de materia y energía para sustentar las diferentes funciones vitales.

El conjunto de estas reacciones se llama METABOLISMO CELULAR.

Forman sus compuestos orgánicos a partir de fuentes orgánicas producidas por otros.

Forman sus propios compuestos orgánicos utilizando fuentes inorgánicas.

Tipos de metabolismo Según la forma de obtener los materiales, el metabolismo de los organismos puede ser:

Autótrofo

Heterótrofo ¿Ejemplos?

¿Ejemplos?

Obtienen energía a partir de diversas reacciones químicas.

La luz es su fuente de energía.

Tipos de metabolismo Según la forma de obtener energía, el metabolismo de los organismos puede ser:

Fotosintético

Quimiosintético

¿Ejemplos?

¿Ejemplos?

Entonces ¿Cuál es la finalidad del

metabolismo? Obtener energía química utilizable por la

célula

Alimentos aportan los nutrientes

¿Esta energía se almacena?¿De dónde se obtiene?

Fabricar compuestos a partir de los nutrientes

¿Para qué sirven?

Tipos de rutas metabólicas.

Existen dos grupos de rutas metabólicas:

Anabólicas

Catabólicas

Ambos procesos ocurren simultáneamente y son interdependientes.

Reacciones catabólicas: la fase destructiva

Su función es reducir, es decir producir a partir de una molécula compleja, moléculas más sencillas. Degradar.


Entonces ¿qué es el catabolismo?


Características:-Son reacciones de degradación.

-Son reacciones exergónicas.

-Son procesos convergentes.

Reacciones anabólicas: la fase constructiva

Su función es la formación de una molécula compleja, a partir de moléculas más simples. Síntesis.


Entonces ¿qué es el anabolismo?


Características:-Son reacciones de síntesis.

-Son reacciones endergónicas.

-Son procesos divergentes.

Ahora, una actividad: Clasifica los siguientes enunciados, en reacciones catabólicas (C) y anabólicas (A):Almacena

energía en forma de ATP

Es un proceso convergente

Es un proceso divergente

Produce energíaRequiere energía

Proceso de síntesis

Proceso de degradación Rompe

biomoléculasDegrada

biomoléculas

Utiliza ATP

Un ejemplo es la

fotosíntesis

Un ejemplo es la respiración celular

Actividad de Aplicación A partir de la situación explicada por la profesora, clasifica los procesos planteados y argumenta por

qué es catabólica o anabólica:

Velocidad de las reacciones metabólicas

Una vez iniciada la reacción ¿De qué depende su velocidad?

La velocidad de las reacciones catabólicas y anabólicas está

regulada por las necesidades de la célula y está controlada por

las enzimas y hormonas.Pero ¿Qué son las enzimas?

¿Qué se necesita para iniciar una reacción?Se necesita siempre una energía de

activación (Ea).

¿Qué son las enzimas?Son catalizadores biológicos que aceleran las reacciones químicas dentro de las células, sin transformarse ellas mismas en una molécula diferente.

¿Cómo logran acelerar la velocidad de las reacciones?

Disminuyendo la Ea de las reacciones y así permiten que la reacción ocurra en un breve

lapso de tiempo.

Reactantes Producto Ea

Las enzimas y la energía de activación

Las enzimas aceleran las reacciones disminuyendo la Ea

Propiedades de las enzimas.

Especificidad

Actúan en pequeñas cantidades

Naturaleza proteica

Son reutilizables

Estructura de las enzimas

Unión del sustrato al sitio activo enzimático

Lugar de la enzima al que se une el o los sustratos.

Es la molécula sobre la que actúa una enzima.

Definamos algunos conceptos:SUSTRATO

¿Cuántas son?

SITIO ACTIVO

¿Cuál es su función? COMPLEJO ENZIMA-

SUSTRATO

¿Importancia?

Estructura de las enzimas¿A qué corresponden A, B, C D y E en el

esquema?A B

C C

D E

A y B son el sustrato / C es la enzima /D es el complejo E-S / E es el producto

La estructura del sitio activo y del

sustrato son exactamente

complementarias.

Modelos enzima-sustratoExisten diferentes modelos para explicar cómo interactúan las enzimas con su sustrato específico:

A) MODELO LLAVE-CERRADURA

La interacción E-S produce un cambio en la geometría del

centro activo.La forma del sitio activo es

complementaria del sustrato sólo después de la unión E-S.

Modelos enzima-sustratoB) MODELO DEL ENCAJE

INDUCIDO

Clasificación de las enzimas

De acuerdo a su composición, existen 2 tipos de enzimas:

Apoenzima + Cofactor enzimático: Holoenzima

Sólo proteínas.Enzimas simples

Enzimas conjugadas

Cofactor: puede ser un ión metálico, como Mg+2, Cu+2, Cl-, Na+; o una molécula orgánica (coenzima).

Clasificación de las enzimas

Apoenzima Holoenzima

Sustrato

Cofactor

Identifica a qué corresponde cada estructura:

Cofactor Sitio activo Coenzima

Apoenzima

Holoenzima

Factores que afectan la velocidad enzimática

La velocidad de las reacciones enzimáticas depende de varios factores:

Concentración de coenzimas

pH y temperatura

Presencia o ausencia de inhibidores

a) Efecto del pHExiste un pH óptimo de reacción para las enzimas.

¿Por qué crees que disminuye la actividad enzimática al alejarse del pH óptimo?

a) Efecto del pH¿Cómo interpretarías este gráfico?

b) Efecto de la temperaturaEn la mayoría de los casos, la actividad enzimática aumenta cuando aumenta la temperatura, dentro del intervalo en que la enzima es estable y activa. Existe una temperatura óptima de reacción para

las enzimas.

¿Se comportan igual estas dos enzimas?

¿El producto de qué reacción será más abundante a 40ºC?

¿Y a 70ºC?

b) Efecto de la temperatura

c) Efecto de la concentración del sustrato

Baja concentración: Vr es directamente proporcional a la concentración de sustrato.

Concentración intermedia: no proporcional

A altas concentraciones: Vr no depende de la concentración del sustrato.

(Vr: velocidad de reacción)

d) Efecto de inhibidores enzimáticos

Existen compuestos

químicos capaces de bloquear o disminuir la

actividad enzimática.

Pueden ser reversibles

(competitivo o no competitivo) o irreversibles.

La anemia falciforme se produce por alteración de una proteína.

Esta enfermedad genética da lugar, en las personas que la padecen, a una forma de hemoglobina, la hemoglobina S. Debido a esto los glóbulos rojos adoptan una forma de hoz cuando disminuye su oxigenación, obturando los capilares sanguíneos.

La causa está en una mutación del gen que genera las cadenas ß de la hemoglobina, gen que se localiza en el cromosoma 11, donde ha ocurrido un cambio en el codón GAG a GTG, que da por resultado la sustitución de un aminoácido, valina, por ácido glutámico en la posición 6 de la cadena β.

El albinismo es causado por una mutación génica.

Los individuos albinos, tienen la ruta metabólica de la tirosinasa

interrumpida ya que la enzima no presenta actividad o muy poca (tan poca que es insuficiente), de modo

que no se produce la transformación y estos individuos no presentarán

pigmentación.

En los individuos no-albinos, los melanocitos transforman el aminoácido tirosina en la sustancia conocida como melanina.

La melanina se distribuye por todo el cuerpo dando color y protección a la piel, el cabello y el iris del ojo.

Cuando el cuerpo es incapaz de producir esta sustancia o de distribuirla se produce la hipopigmentación, conocida como albinismo.

Apliquemos lo aprendido…

¿Cuál(es) de los siguientes procesos es(son) ejemplo(s) de reacciones anabólicas?I) TranscripciónII) Traducción.III) Glicólisis.

A) Sólo IB) Sólo IIC) Sólo IIID) Sólo I y IIE) I, II y III D


¿Cuál (es) de las siguientes afirmaciones es (son) correctas en relación a las enzimas?I) Son biocatalizadores.II) Aumentan la energía de activación de las reacciones químicas.III) Son moléculas formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

A) Sólo IB) Sólo IIC) Sólo IIID) Sólo I y IIIE) I, II y III

D


Tipos de metabolism

o

Materiales

Energía

Autótrofos

Heterótrofos

Fotosintéticos

Quimiosintéticos


Observa las siguientes dos

imágenes…


¿Qué representa esta imagen?¿Qué representan?


¿Qué tipo de inhibición es?

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