Concepto y estructura de las enzimas
Valentina pone en el laboratorio del liceo un trocito de carne con jugo de lechosa fresca (papaya) y, al rato, la carne se ablanda. Sin embargo, con jugo de lechosa hervida no pasa nada. ¿Qué hay en el jugo fresco que ablanda la carne y por qué el calor lo estropea? Al final de la página lo resolvemos.
Qué es una enzima
Dentro de una célula ocurren miles de reacciones químicas por segundo: digerir el almidón de una arepa, obtener energía de la glucosa, copiar el ADN. Sin ayuda, muchas de esas reacciones tardarían horas o días a la temperatura del cuerpo. Los seres vivos no pueden calentarse a 200 °C para acelerarlas, así que usan enzimas.
Un catalizador es una sustancia que hace que una reacción ocurra más rápido, sale intacta al final y no cambia cuánto producto se obtiene. Se llama biológico porque lo fabrica un ser vivo.
Casi todas las enzimas son proteínas: cadenas de aminoácidos plegadas en una forma tridimensional precisa. Esa forma es la clave de todo lo que hacen.
Define con tus propias palabras qué es una enzima y explica por qué se dice que las enzimas son catalizadores biológicos. Indica además a qué tipo de biomolécula…
Define con tus propias palabras qué es una enzima y explica por qué se dice que las enzimas son catalizadores biológicos. Indica además a qué tipo de biomolécula pertenece la mayoría de ellas.
Sustrato, sitio activo y producto
Para describir la acción enzimática se usan cuatro términos. Obsérvalos en la figura.
| Término | Qué es |
|---|---|
| Sustrato | La molécula sobre la que actúa la enzima (la que se transforma). |
| Sitio activo | Zona pequeña de la enzima, con forma y cargas precisas, donde se une el sustrato. |
| Complejo enzima-sustrato | La unión temporal de la enzima con el sustrato en el sitio activo. |
| Producto | La sustancia o sustancias nuevas que resultan de la reacción. |
Algunas enzimas necesitan ayuda para funcionar: un cofactor (un ion metálico, como el zinc o el magnesio) o una coenzima (una molécula orgánica pequeña, muchas veces derivada de una vitamina). Se unen a la enzima y colaboran en la reacción.
En la acción enzimática intervienen los siguientes términos: sustrato, sitio activo, producto y complejo enzima-sustrato. Escribe una definición breve de cada uno de…
En la acción enzimática intervienen los siguientes términos: sustrato, sitio activo, producto y complejo enzima-sustrato. Escribe una definición breve de cada uno de ellos.
Cómo se nombran las enzimas
Casi todos los nombres de enzimas terminan en -asa y empiezan con el nombre del sustrato o del tipo de reacción. Así, el nombre te da una pista de qué hacen.
| Enzima | Sustrato | Dónde actúa |
|---|---|---|
| Amilasa | Almidón (amilo = almidón) | Saliva e intestino: digiere el almidón de la arepa o la yuca |
| Lipasa | Lípidos o grasas | Intestino: digiere grasas |
| Proteasa | Proteínas | Estómago e intestino; también en la lechosa |
| Sacarasa | Sacarosa | Intestino: rompe el azúcar de mesa |
Observa los siguientes nombres de enzimas: amilasa, lipasa, proteasa y sacarasa. Indica, para cada una, cuál es el sustrato sobre el que actúa (almidón, grasas,…
Observa los siguientes nombres de enzimas: amilasa, lipasa, proteasa y sacarasa. Indica, para cada una, cuál es el sustrato sobre el que actúa (almidón, grasas, proteínas o sacarosa) y explica qué pista del nombre te permitió deducirlo.
Etapas de la acción enzimática
La enzima actúa siempre siguiendo una secuencia.
Describe, en el orden en que ocurren, las etapas de la acción de una enzima desde que el sustrato se acerca a ella hasta que se liberan los productos. Menciona en qué…
Describe, en el orden en que ocurren, las etapas de la acción de una enzima desde que el sustrato se acerca a ella hasta que se liberan los productos. Menciona en qué momento se forma el complejo enzima-sustrato y qué sucede con la enzima al final de la reacción.
Especificidad: llave-cerradura y ajuste inducido
Cada enzima suele actuar solo sobre un sustrato (o un grupo muy parecido). Esto se llama especificidad. La amilasa digiere almidón, pero no grasas. La razón está en la forma del sitio activo: su estructura tridimensional solo acepta sustratos con la forma y las cargas adecuadas.
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Modelo de llave y cerradura (Fischer, 1894): el sitio activo tiene una forma rígida que encaja con el sustrato, como una llave en su cerradura.
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Modelo de ajuste inducido (Koshland, 1958): el sitio activo es flexible. Al acercarse el sustrato, la enzima cambia un poco de forma y se «amolda» a él, como un guante a la mano. Es el modelo más aceptado hoy.
| Llave-cerradura | Ajuste inducido | |
|---|---|---|
| Sitio activo | Rígido, forma fija | Flexible, se adapta |
| Encaje | Previo a la unión | Se completa al unirse |
| Explica | Especificidad | Especificidad y por qué la enzima se ajusta mejor |
Explica qué quiere decir que las enzimas son «específicas». Relaciona tu respuesta con la forma tridimensional del sitio activo y compara el modelo de llave y cerradura…
Explica qué quiere decir que las enzimas son «específicas». Relaciona tu respuesta con la forma tridimensional del sitio activo y compara el modelo de llave y cerradura con el modelo de ajuste inducido.
Una enzima A actúa sobre el sustrato X y no sobre el sustrato Y, cuya forma es muy parecida a la de X. Un estudiante afirma: «Si la secuencia de aminoácidos de la enzima…
Una enzima A actúa sobre el sustrato X y no sobre el sustrato Y, cuya forma es muy parecida a la de X. Un estudiante afirma: «Si la secuencia de aminoácidos de la enzima cambia en una zona lejana al sitio activo, la enzima seguirá funcionando igual». Analiza esta afirmación: explica en qué casos podría ser cierta y en qué casos no, relacionando la secuencia de aminoácidos, la estructura tridimensional de la proteína y la especificidad. Incluye también una explicación de por qué el sustrato Y no se une.
Por qué las enzimas aceleran las reacciones
Para que una reacción comience, las moléculas necesitan una cantidad mínima de energía llamada energía de activación: es como la loma que debe subir una pelota antes de rodar cuesta abajo. A la temperatura del cuerpo (37 °C), pocas moléculas la alcanzan y la reacción sería muy lenta.
La enzima reduce la energía de activación: en el sitio activo coloca al sustrato en la posición adecuada y debilita sus enlaces, de modo que la loma es más baja y mucha más gente la supera.
Fíjate en dos cosas. Primero, la enzima solo baja la «loma»: hace la reacción más rápida. Segundo, el nivel de energía del sustrato y del producto es el mismo con y sin enzima, así que no cambia la cantidad de producto que se obtiene, solo la rapidez con que se alcanza. Y como al final queda libre, tampoco se consume.
Una reacción química necesita cierta energía de activación para producirse. Argumenta cómo una enzima hace posible que esa reacción ocurra rápidamente a la temperatura…
Una reacción química necesita cierta energía de activación para producirse. Argumenta cómo una enzima hace posible que esa reacción ocurra rápidamente a la temperatura del cuerpo humano, y explica por qué la enzima no modifica la cantidad de producto final que se obtiene ni se consume en el proceso. Incluye en tu explicación el papel del sitio activo.
La lechosa y la carne: el caso de Valentina
Volvamos al laboratorio. La lechosa fresca contiene papaína, una proteasa. Su sustrato son las proteínas de la carne: al romperlas en trozos más pequeños, la carne se ablanda. Ese es el efecto.
Con el jugo hervido no ocurre nada porque el calor intenso desnaturaliza la proteína: se deshace su plegamiento, el sitio activo pierde su forma y ya no puede unirse al sustrato. Una enzima desnaturalizada no cataliza. (En el siguiente apartado verás cómo la temperatura y el pH afectan a las enzimas.)
En el laboratorio del liceo, Valentina mezcla jugo de lechosa (papaya) fresca con trocitos de carne y observa que la carne se ablanda. Con el jugo de una lechosa hervida…
En el laboratorio del liceo, Valentina mezcla jugo de lechosa (papaya) fresca con trocitos de carne y observa que la carne se ablanda. Con el jugo de una lechosa hervida previamente no ocurre lo mismo. Interpreta estos resultados: indica qué sustancia del jugo actúa, sobre qué sustrato y por qué el calentamiento previo impide el efecto.
Vuelve al principio: lo que ablanda la carne es una enzima (la papaína, una proteasa) que actúa sobre las proteínas; el calor la desnaturaliza y pierde su acción.
Resumen
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Las enzimas son catalizadores biológicos, casi siempre proteínas: aceleran reacciones sin consumirse ni cambiar la cantidad de producto.
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El sustrato se une al sitio activo y forma el complejo enzima-sustrato; al final se liberan los productos y la enzima queda intacta.
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Sus nombres terminan en -asa y suelen indicar el sustrato (amilasa, lipasa, proteasa, sacarasa).
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La especificidad depende de la forma del sitio activo, que depende del plegamiento de la proteína: modelo de llave y cerradura (rígido) y de ajuste inducido (flexible).
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Las enzimas bajan la energía de activación, lo que permite reacciones rápidas a 37 °C.
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Si la proteína se desnaturaliza, el sitio activo se deforma y la enzima deja de funcionar.