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Base de la nomenclatura enzimática: piruvato deshidrogenasa

Base de la nomenclatura enzimática: piruvato deshidrogenasa


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En la formación de AcetilCoA a partir de piruvato, ¿por qué la enzima se llama "piruvato deshidrogenasa (complejo)" cuando implica la descarboxilación de piruvato o el reemplazo de un grupo carbonilo por coenzima A?


El complejo de piruvato deshidrogenasa cataliza la descarboxilación oxidativa del piruvato. Una descripción de esto es fácil de encontrar en la web (por ejemplo, Wikipedia), pero recomendaría la sección en Berg et al. Bioquímica (en línea), ya que es un libro autorizado con una gran reputación.

Piruvato + CoA + NAD+ → acetilCoA + CO2 + NADH

En la reacción general, que se muestra arriba, el piruvato se oxida (se elimina el hidrógeno) por NAD+, que se reduce a NADH. Por lo tanto, no hay nada sorprendente en que la enzima haya adquirido la descripción, deshidrogenasa.

Antes de hacer preguntas sobre la nomenclatura de las enzimas, se debe considerar el contexto histórico y científico en el que surgieron los nombres. Se trataba de una ignorancia científica generalizada de las vías metabólicas generales en las que se producían o incluso de la dirección en la que normalmente procedía la reacción. También está la cuestión del enfoque, aquí en la oxidación de los carbohidratos. Los nombres de trabajo que surgen - trivial los nombres, como se les llama, tienden a pegarse: están en la literatura y todos en el campo saben de lo que estás hablando. Finalmente, cuando el polvo se ha asentado, las comisiones científicas asignan sistemático nomenclatura. En este caso hay tres enzimas involucradas, por lo que cada una tiene su propio nombre sistemático:

  1. Piruvato deshidrogenasa (de transferencia de acetilo) - EC 1.2.4.1
  2. Dihidrolipoil transacetilasa - EC 2.3.1.12
  3. Dihidrolipoamida deshidrogenasa - EC 1.8.1.4

Se puede ver que incluso el nombre sistemático de la enzima E1 (que cataliza la descarboxilación) no se refiere a la descarboxilación, sino a la transferencia del grupo acetilo (al pirofosfato de tiamina y luego a la lipoamida), que es de mayor interés mecanicista.

Los detalles de las reacciones y los nombres alternativos correspondientes a los números EC (números de la Comisión de Enzimas) se pueden encontrar en el sitio de la Universidad Queen Mary o en Expasy.


Soluciones RBSE para biología de clase 12, capítulo 9, enzimas

RBSE Clase 12 Biología Capítulo 9 Preguntas de opción múltiple

Pregunta 1.
¿En qué se diferencian las enzimas de los catalizadores?
(a) Alta tasa de difusión
(b) Activo a alta temperatura
(c) Naturaleza proteica
(d) Usado en la reacción
Respuesta:
(c) Naturaleza proteica

Pregunta 2.
La parte no proteica de la holoenzima se llama?
(a) Apoenzima
(b) Co-factor
(c) Enzima conjugada
(d) Todo lo anterior
Respuesta:
(b) Co-factor

Pregunta 3.
¿Cuál de las siguientes afirmaciones es absolutamente correcta?
(a) Todas las proteínas son enzimas
(b) Todas las enzimas son proteínas
(c) La mayoría de las enzimas son proteínas.
(re. Ninguna de las anteriores
Respuesta:
(c) La mayoría de las enzimas son proteínas.

Pregunta 4.
¿Qué enzima se descubrió primero?
(a) Zymase
(b) Lipasa
(c) Pepsina
(d) Isomerasa
Respuesta:
(a) Zymase

Pregunta 5.
La actividad enzimática se ve afectada por & # 8211
(a) solo pH
(b) Concentración de sustrato
(c) solo temperatura
(d) Todo lo anterior
Respuesta:
(d) Todo lo anterior

Pregunta 6.
¿Los inhibidores no competitivos son las sustancias que?
(a) Combinar con los sitios activos de la enzima
(b) Disminuir los sitios activos de la enzima.
(c) Cambiar la organización estructural de la enzima
(d) No provocan ningún cambio en las propiedades de una enzima.
Respuesta:
(c) Cambiar la organización estructural de la enzima

Pregunta 7.
¿Qué enzima se obtuvo primero en forma cristalina?
(a) ureasa
(b) Catalasa
(c) Amilasa
(d) Aldolasa
Respuesta:
(a) ureasa

RBSE Clase 12 Biología Capítulo 9 Preguntas de respuesta muy corta

Pregunta 1.
Quién propuso la teoría de la cerradura y la llave y cuándo se propuso.
Respuesta:
Emil Fisher (1898).

Pregunta 2.
La parte proteica y la parte no proteica de la holoenzima se denominan?
Respuesta:
La parte proteica se denomina apoenzima y la parte no proteica se denomina cofactor.

Pregunta 3.
Nombra una enzima no proteica.
Respuesta:
La enzima ribozima está compuesta de ARN y es la única enzima no proteica conocida hasta ahora.

Pregunta 4.
Defina el grupo protésico.
Respuesta:
Cuando la parte no proteica de una enzima es una sustancia orgánica y está firmemente adherida a la proteína y no se puede separar de ella fácilmente, se denomina grupo protésico.

RBSE Clase 12 Biología Capítulo 9 Preguntas de respuesta corta

Pregunta 1.
¿Qué es la coenzima? Dé un ejemplo.
Respuesta:
Cuando la parte no proteica de la enzima es una sustancia orgánica y está estrechamente unida a la parte proteica, que puede disociarse fácilmente de la parte proteica y volver a adherirse, se denomina coenzima.
Ejemplo: Co-A, NAD, NADP, FAD, etc.

Pregunta 2.
¿Qué entiendes por inhibición competitiva? Cómo se puede detener esto.
Respuesta:
Algunas sustancias químicas que tienen una estructura muy similar a la molécula del sustrato, se completan con el sustrato al unirse con los sitios activos de la enzima. La presencia de tales sustancias reduce la actividad enzimática. Estas sustancias se denominan inhibidores competitivos y esta inhibición se denomina inhibición competitiva. Este tipo de inhibición se puede detener aumentando la concentración de moléculas de sustrato.

Pregunta 3.
Explique brevemente el método de nomenclatura de enzimas.
Respuesta:
Hay varios métodos para nombrar enzimas. Estos son los siguientes:

  • La mayoría de las enzimas se nombran agregando sufijos al final del nombre del sustrato catalizado por ellas. Ejemplo: maltasa, sacarasa, ureasa.
  • Muchas enzimas se nombran sobre la base del tipo de reacción catalítica gobernada por la enzima. Ejemplo: oxidasa, deshidrogenasa, etc.
  • En el método moderno de nomenclatura, las enzimas se nombran agregando el sufijo-case después del nombre del sustrato sobre el que actúan y del tipo de reacción catalítica gobernada por ellas. Ejemplo: succinato deshidrogenasa.
  • En algunos casos, los nombres tradicionales de las enzimas se han mantenido y están en la práctica. Ejemplo: pepsina, tripsina, quimotripsina.
  • La Unión Internacional de Bioquímica ha propuesto una nomenclatura sistemática en la que se asigna un número de código a cada enzima. En esta nomenclatura, también se incluye el nombre del sustrato, el tipo de reacción catalizada y alguna otra información.

Pregunta 4.
Cómo se acelera la tasa de actividad enzimática.
Respuesta:
Las enzimas son macromoléculas y tienen un alto peso molecular. Existen numerosos sitios activos en la superficie de las enzimas donde las moléculas del sustrato se unen para formar un complejo inestable. Este complejo se denomina complejo enzima-sustrato. Se rompe para liberar el producto y la enzima.

Al aumentar la cantidad de enzima, aumenta la velocidad de reacción, hasta que la concentración del sustrato se convierte en un factor limitante. En esta etapa, la velocidad de reacción se puede incrementar aumentando la concentración de sustrato.

RBSE Clase 12 Biología Capítulo 9 Preguntas de tipo de ensayo

Pregunta 1.
Describe la estructura de la enzima y explica sus características específicas.
Respuesta:

  1. Todas las enzimas están formadas por proteínas, pero no todas las proteínas son enzimas.
  2. Muchas enzimas están compuestas exclusivamente de proteínas y dichas enzimas se denominan enzimas simples.
  3. En muchas enzimas, se encuentra una parte no proteica asociada con la proteína. Tales enzimas se conocen como enzimas conjugadas u holoenzimas.
  4. La parte proteica de la enzima conjugada se llama apoenzima.
  5. La parte no proteica de la enzima conjugada se llama cofactor.
  6. Los cofactores son de tres tipos:
    • Grupo prostético
    • Coenzima
    • Activador

Enzima conjugada u holoenzima = apoenzima + cofactor
1. Grupo protésico:

  • Cuando la parte no proteica unida a la apoenzima es un compuesto orgánico y está firmemente unida a la parte proteica, se denomina grupo protésico.
  • El grupo prostético no puede separarse de la parte proteica (la apoenzima) sin desnaturalizar la proteína.
    Ejemplo: citocromo, flavoproteína.
  • Cuando la parte no proteica es un compuesto orgánico y solo está débilmente unida a la parte proteica (la apoenzima), se denomina coenzima.
  • La coenzima se puede separar fácilmente de la parte de proteína y se puede volver a unir fácilmente con ella.
    Ejemplo: coenzima A, NAD, FAD, NADP, etc.

  • Cuando la parte no proteica es una sustancia inorgánica, como algún ión metálico o mineral, se denomina activador.
  • La función principal del activador es formar un enlace entre la enzima y la molécula de sustrato Ejemplo: K, Cu, Mn, Fe Zn, Ca, etc.

    Nota: La parte principal de la holoenzima o enzima conjugada está formada por proteínas y se llama apoenzima. El tamaño (dimensión) de la molécula de proteína y la secuencia de aminoácidos varía en diferentes enzimas.
  • Como las proteínas son de naturaleza coloidal, tienen una gran superficie por unidad de volumen.
  • La parte proteica de la enzima contiene uno o más sitios específicos llamados sitios activos. Durante la actividad enzimática, las moléculas de sustrato se unen a estos sitios activos.
  • En la holoenzima de la enzima conjugada, la actividad enzimática es provocada por la holoenzima.
  • La apoenzima sola o la parte no proteica sola no puede actuar como enzima.

Pregunta 2.
Describe los mecanismos de acción enzimática.
Respuesta:
Todas las enzimas son macromoléculas y tienen numerosas áreas específicas llamadas sitios activos en su superficie.

  • Durante la actividad enzimática, las moléculas de sustrato se unen a estos sitios activos y se forma un complejo inestable enzima-sustrato.
  • Este complejo enzima-sustrato se disocia para liberar el producto y la enzima.

El mecanismo de formación del complejo enzima-sustrato se ha explicado mediante dos teorías.

La formación del complejo enzima-sustrato da como resultado una disminución de la energía de activación y, por tanto, se acelera la velocidad de reacción.

Modo de acción de la enzima:
El modo de acción de la enzima depende de la naturaleza de la enzima y la molécula de sustrato, y puede entenderse por lo siguiente:
(1) Formación de complejo de sustrato enzimático (ESC):
(2) Disminución de la energía de activación.
(1) Formación de complejo de sustrato enzimático (ESC):

  • En todas las reacciones controladas por enzimas, la enzima y el sustrato se combinan para formar un complejo inestable llamado complejo enzima-sustrato. (ESC). Este complejo se disocia en el producto y la enzima.
    Enzima + Sustrato → Complejo enzima-sustrato.
    Complejo de sustrato enzimático → Enzima + Producto (s).
  • En la superficie de cada enzima se encuentran varias áreas específicas. Estos se denominan sitios activos.
  • Las moléculas de sustrato se combinan con la enzima en estos sitios.
  • Cuando las moléculas de sustrato se combinan en los sitios activos, pueden reaccionar fácilmente entre sí formando el producto.
  • El producto formado por la formación de nuevos enlaces se disocia de la enzima.
  • La enzima se vuelve libre para unirse con otras moléculas del sustrato y se forma un nuevo complejo enzima-molécula de sustrato.

El mecanismo de formación del complejo enzima-sustrato y la propiedad de especificidad de la enzima se han explicado mediante las siguientes teorías.
1. Teoría de cerraduras y llaves:

  • Esta teoría fue postulada por Emil Fisher (1898).
  • De acuerdo con esta teoría, como una cerradura puede ser operada solo por su llave, de manera similar, un sustrato específico que tiene una estructura específica solo puede unirse con el sitio activo específico presente en la superficie de una enzima específica.
  • La enzima permanece sin cambios después de que se libera el producto.

2. Teoría del modelo de ajuste inducido:

  • Esta teoría ha sido propuesta por Daniel Koshland (1966).
  • Según esta teoría, la forma (estructura) de los sitios activos que se encuentran en la superficie de las enzimas no es rígida sino flexible.
  • Estos sitios activos inicialmente no son complementarios a la molécula de sustrato, pero como una molécula de sustrato específica se acerca mucho a la enzima, induce un cambio en la organización del sitio activo y se une a él.
  • En otras palabras, se puede decir que la configuración de los sitios activos no es fija o rígida como se ha estipulado en la teoría de la cerradura y la llave sino que es flexible y cuando una sustancia específica entra en contacto, el sitio activo sufre un cambio menor y se convierte en complementario a la molécula de sustrato.
  • Por tanto, el complejo enzima-sustrato se forma entre un sustrato específico con una enzima específica solamente.
  • Esta teoría estipula que hay dos grupos operativos en los sitios activos, uno ayuda a la unión de la molécula del sustrato y el otro actúa para convertir el sustrato en
    el producto.

(2) Disminución de la energía de activación:

  • Todos los compuestos químicos requieren un aporte de cierta cantidad de energía para iniciar una reacción química. Esta energía se llama energía de activación.
  • Las enzimas tienen la capacidad de reducir la energía necesaria para la activación de la molécula. • Por lo tanto, en presencia de una enzima, los sustratos reactivos se convierten en un producto con un aporte de energía mucho menor.
  • En promedio, las enzimas reducen la energía de activación en aproximadamente un 65%.
  • Es por esto que una reacción que tiene lugar a alta temperatura fuera de la célula tiene lugar en la célula a temperatura atmosférica con la ayuda de una enzima.

Pregunta 3.
Explique en detalle, clasificación de enzimas.
Respuesta:
La Unión Internacional de Bioquímica (IUB) sugirió el uso de todas las reacciones y ecuaciones con el fin de clasificar las enzimas y la Comisión de Enzimas ha clasificado todas las enzimas en seis divisiones (categorías) principales.
1. Oxidorreductasas
2. Transferasas.
3. Hidrolasas
4. Lyases
5. Isomerasas
6. Ligasas o sintetasas.
Las seis divisiones son las siguientes:
1. Oxidorreductasas:
Todas aquellas enzimas que catalizan reacciones de oxidación-reducción se incluyen en esta categoría. Catalizan la eliminación o adición de hidrógeno, oxígeno o electrones del sustrato o al sustrato y, por tanto, provocan oxidación o reducción.
Nota: En función de su actividad, estos pueden dividirse en tres subgrupos:
(a) Oxidasas: provocan la oxidación del sustrato al transferir hidrógeno de la molécula del sustrato al oxígeno.
Ejemplo: citocromo oxidasa, ácido ascórbico oxidasa, etc.

(b) Deshidrogenasas: estas enzimas provocan la oxidación de la molécula de sustrato mediante la eliminación de hidrógeno del sustrato de la siguiente manera:
Ejemplo & # 8211 Lactato deshidrogenasa, Alcohol deshidrogenasa.

(c) Reductasas: estas enzimas provocan la adición de hidrógeno o electrones al sustrato y la eliminación de oxígeno.

2. Transferasas:
Estas enzimas catalizan la transferencia de un grupo (amino, fosfato, metilo, cetona, etc.) de una molécula a otra.
Ejemplo: Transfosfatasa, Transaminasa.

3. Hidrolasas:
Estas enzimas catalizan la adición o eliminación de agua. Hidrolizan una variedad de compuestos y generalmente provocan la escisión del sustrato. Este grupo incluye enzimas digestivas. Que descomponen las macromoléculas en moléculas más pequeñas.
Ejemplo: carbohidrasa, amilasa, nucleasa, esterasa, etc.
La mayoría de las reacciones hidrolíticas son reversibles. Estos tipos de enzimas también pueden condensar pequeñas moléculas para formar macromoléculas. En tales reacciones, se libera la molécula de agua. Ejemplo: Fumarasa, Enolasa, etc.

4. Lyases:
Estas enzimas catalizan la eliminación de un grupo de su molécula de sustrato rompiendo un tipo especial de enlaces covalentes sin hidrólisis.
Ejemplo: Aldolasa.

5. Isomerasas:
Estas enzimas catalizan la reorganización intramolecular en la molécula de sustrato y convierten el sustrato en su isómero.
Ejemplo: fosfohexoisomerasa.

6. Ligasas o sintetasas:
Estas enzimas catalizan reacciones en las que dos compuestos se unen formando enlaces covalentes entre los dos.
Ejemplo: piruvato carboxilasa, citrato sintetasa.

Pregunta 4.
¿Qué es la inhibición enzimática? ¿Cuántos tipos de inhibición enzimática se conocen? Explique cómo se puede detener el efecto de los inhibidores.
Respuesta:
Cuando una actividad enzimática se reduce o se detiene por el efecto de algunas sustancias químicas distintas de las moléculas del sustrato, el acto se denomina inhibición enzimática. Los productos químicos o sustancias que provocan la inhibición se denominan inhibidores enzimáticos.
La inhibición enzimática es de dos tipos:

Inhibidores de enzimas:
Algunas sustancias químicas inhiben la actividad enzimática. Estas sustancias se llaman enzimas
inhibidores y son de dos tipos.
1. Inhibidores competitivos:
Estas sustancias tienen una estructura muy similar a la estructura de las moléculas del sustrato. Por tanto, estas sustancias compiten con el sustrato al unirse con el sitio activo de una enzima. Esto da como resultado una disminución de la actividad enzimática.
Ejemplo: el ácido malónico es un inhibidor competitivo del ácido succínico. El efecto de este tipo de inhibición se puede superar aumentando la concentración de sustrato.

2. Inhibidores no competitivos:
Algunas sustancias no se parecen en estructura a la molécula de sustrato, pero se unen al sitio activo de la enzima de forma permanente y provocan cambios estructurales en su configuración. Estos inhibidores bloquean o destruyen permanentemente el sitio activo y, por lo tanto, actúan como un veneno. Estos se denominan inhibidores no competitivos o venenos enzimáticos. Ejemplo: [látex] ^ <++> [/ látex], [látex] ^ <++> [/ látex], [látex] ^ <++> [/ látex] etc. .
Nota: El cianuro provoca la desnaturalización de la enzima citocromo oxidasa que se utiliza en las reacciones respiratorias y, por tanto, actúa como veneno. El efecto de los inhibidores no competitivos se puede superar aumentando la concentración de la enzima.


& ltp> Esta sección proporciona información útil sobre la proteína, principalmente conocimientos biológicos. & ltp> & lta href = '/ help / function_section' target = '_ top'> Más. & lt / a> & lt / p> Función i

El complejo de piruvato deshidrogenasa cataliza la conversión general de piruvato en acetil-CoA y CO2y, por lo tanto, vincula la vía glucolítica con el ciclo tricarboxílico.

& # xd & ltp> Información seleccionada manualmente para la cual hay evidencia experimental publicada. & lt / p> & # xd & # xd & ltp> & lta href = "/ manual / evidences # ECO: 0000269"> Más. & lt / a> & lt / p> & # xd Aserción manual basada en un experimento en i

& ltp> Esta subsección de la sección & lta href = "http://www.uniprot.org/help/function%5Fsection"> Función & lt / a> describe la actividad catalítica de una enzima, es decir, una reacción química que cataliza la enzima. & ltp > & lta href = '/ help /talytic_activity' target = '_ top'> Más. & lt / a> & lt / p> Actividad catalítica i

    en UniProtKB para esta molécula. en Rea para esta molécula.
    en UniProtKB para esta molécula. en Rea para esta molécula. de esta molécula en ChEBI.
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Afirmación manual basada en el experimento en i

Afirmación manual basada en el experimento en i

& ltp> Esta subsección de la sección 'Función' proporciona información relevante para los cofactores. Un cofactor es cualquier sustancia no proteica necesaria para que una proteína sea catalíticamente activa. Algunos cofactores son inorgánicos, como los átomos metálicos zinc, hierro y cobre en varios estados de oxidación. Otras, como la mayoría de las vitaminas, son orgánicas. & Ltp> & lta href = '/ help / cofactor' target = '_ top'> Más. & lt / a> & lt / p> Cofactor i

Afirmación manual basada en el experimento en i

Sitios

Tecla de funciónPuesto (s)Descripción Acciones Vista graficaLargo
& ltp> Esta subsección de la sección & lta href = "http://www.uniprot.org/help/function%5Fsection"> Función & lt / a> describe la interacción entre un solo aminoácido y otra entidad química. Se da prioridad a la anotación de ligandos fisiológicos. & Ltp> & lta href = '/ help / binding' target = '_ top'> Más. & lt / a> & lt / p> Sitio de enlace i 89 Publicación de pirofosfato de tiamina 1

Afirmación manual basada en el experimento en i

Afirmación manual basada en el experimento en i

& ltp> El proyecto & lta href = "http://www.geneontology.org/"> Gene Ontology (GO) & lt / a> proporciona un conjunto de vocabulario controlado jerárquicamente dividido en 3 categorías: & ltp> & lta href = '/ help / gene_ontology 'target =' _ top '> Más. & lt / a> & lt / p> GO - Función molecular i

    Fuente: GO_Central & # xd & ltp> Inferido de Ensayo directo & lt / p> & # xd & # xd & ltp> Se utiliza para indicar un ensayo directo para la función, proceso o componente indicado por el término GO. & Lt / p> & # xd & #xd & ltp> Más información en & lta href = "http://geneontology.org/page/guide-go-evidence-codes#ida"> Guía de códigos de pruebas de GO & lt / a> & lt / p> & # xd Inferido de directo ensayo i

      GO - Proceso biológico i

      & ltp> UniProtKB Las palabras clave constituyen un & lta href = "http://www.uniprot.org/keywords"> vocabulario controlado & lt / a> con una estructura jerárquica. Las palabras clave resumen el contenido de una entrada de UniProtKB y facilitan la búsqueda de proteínas de interés. & Ltp> & lta href = '/ help / keywords' target = '_ top'> Más. & lt / a> & lt / p> Palabras clave i

      Bases de datos de enzimas y vías

      Colección BioCyc de bases de datos de vías / genomas

      Recurso web Pathway Commons para datos de vías biológicas

      Reactome: una base de conocimientos de vías y procesos biológicos

      SABIO-RK: Base de datos de cinética de reacciones bioquímicas


      Contenido

      A finales del siglo XVII y principios del XVIII, se conocían la digestión de la carne por las secreciones del estómago [7] y la conversión del almidón en azúcares mediante extractos de plantas y saliva, pero no se habían identificado los mecanismos por los que ocurrían. [8]

      El químico francés Anselme Payen fue el primero en descubrir una enzima, la diastasa, en 1833. [9] Unas décadas más tarde, al estudiar la fermentación del azúcar en alcohol por la levadura, Louis Pasteur concluyó que esta fermentación era causada por una fuerza vital contenida en las células de levadura llamadas "fermentos", que se pensaba que funcionaban sólo dentro de los organismos vivos. Escribió que "la fermentación alcohólica es un acto relacionado con la vida y organización de las células de la levadura, no con la muerte o putrefacción de las células". [10]

      En 1877, el fisiólogo alemán Wilhelm Kühne (1837-1900) utilizó por primera vez el término enzima, que viene del griego ἔνζυμον, "fermentado" o "en levadura", para describir este proceso. [11] La palabra enzima se usó más tarde para referirse a sustancias inertes como la pepsina, y la palabra fermentar se utilizó para referirse a la actividad química producida por organismos vivos. [12]

      Eduard Buchner presentó su primer artículo sobre el estudio de extractos de levadura en 1897. En una serie de experimentos en la Universidad de Berlín, descubrió que el azúcar era fermentado por extractos de levadura incluso cuando no había células de levadura vivas en la mezcla. [13] Llamó a la enzima que provocó la fermentación de la sacarosa "zimasa". [14] En 1907, recibió el Premio Nobel de Química por "su descubrimiento de la fermentación libre de células". Siguiendo el ejemplo de Buchner, las enzimas suelen denominarse según la reacción que realizan: el sufijo -Plaza bursátil norteamericana se combina con el nombre del sustrato (por ejemplo, la lactasa es la enzima que escinde la lactosa) o con el tipo de reacción (por ejemplo, la ADN polimerasa forma polímeros de ADN). [15]

      La identidad bioquímica de las enzimas aún se desconocía a principios del siglo XX. Muchos científicos observaron que la actividad enzimática estaba asociada con las proteínas, pero otros (como el premio Nobel Richard Willstätter) argumentaron que las proteínas eran simplemente portadores de las verdaderas enzimas y que las proteínas per se eran incapaces de catálisis. [16] En 1926, James B. Sumner demostró que la enzima ureasa era una proteína pura y la cristalizó. Lo mismo hizo con la enzima catalasa en 1937. La conclusión de que las proteínas puras pueden ser enzimas fue definitivamente demostrada por John Howard Northrop y Wendell Meredith. Stanley, quien trabajó en las enzimas digestivas pepsina (1930), tripsina y quimotripsina. Estos tres científicos fueron galardonados con el Premio Nobel de Química de 1946. [17]

      El descubrimiento de que las enzimas podían cristalizarse finalmente permitió que sus estructuras se resolvieran mediante cristalografía de rayos X. Esto se hizo por primera vez para la lisozima, una enzima que se encuentra en las lágrimas, la saliva y la clara de huevo que digiere el recubrimiento de algunas bacterias. La estructura fue resuelta por un grupo liderado por David Chilton Phillips y publicada en 1965. [18] Esta estructura de alta resolución de La lisozima marcó el comienzo del campo de la biología estructural y el esfuerzo por comprender cómo funcionan las enzimas a un nivel atómico de detalle. [19]

      Las enzimas pueden clasificarse según dos criterios principales: similitud de secuencia de aminoácidos (y, por tanto, relación evolutiva) o actividad enzimática.

      Actividad enzimática. El nombre de una enzima a menudo se deriva de su sustrato o de la reacción química que cataliza, con la palabra terminada en -Plaza bursátil norteamericana. [1]: 8.1.3 Algunos ejemplos son lactasa, alcohol deshidrogenasa y ADN polimerasa. Las diferentes enzimas que catalizan la misma reacción química se denominan isoenzimas. [1]: 10,3

      La Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular ha desarrollado una nomenclatura para las enzimas, los números EC (para "Comisión de Enzimas"). Cada enzima se describe mediante "EC" seguida de una secuencia de cuatro números que representan la jerarquía de la actividad enzimática (de muy general a muy específica). Es decir, el primer número clasifica ampliamente la enzima en función de su mecanismo, mientras que los otros dígitos agregan cada vez más especificidad. [20]

      La clasificación de nivel superior es:

      • EC 1, Oxidorreductasas: catalizan reacciones de oxidación / reducción
      • EC 2, Transferasas: transferir un grupo funcional (p.ej. un grupo metilo o fosfato)
      • EC 3, hidrolasas: catalizan la hidrólisis de varios enlaces
      • EC 4, Lyases: rompen varios enlaces por medios distintos a la hidrólisis y la oxidación
      • EC 5, isomerasas: catalizan cambios de isomerización dentro de una sola molécula
      • EC 6, Ligasas: unen dos moléculas con enlaces covalentes.

      Estas secciones están subdivididas por otras características como el sustrato, los productos y el mecanismo químico. Una enzima está completamente especificada por cuatro designaciones numéricas. Por ejemplo, la hexoquinasa (EC 2.7.1.1) es una transferasa (EC 2) que agrega un grupo fosfato (EC 2.7) a un azúcar hexosa, una molécula que contiene un grupo alcohol (EC 2.7.1). [21]

      Similitud de secuencia. Las categorías EC hacen no reflejan la similitud de secuencia. Por ejemplo, dos ligasas del mismo número de CE que catalizan exactamente la misma reacción pueden tener secuencias completamente diferentes. Independientemente de su función, las enzimas, como cualquier otra proteína, se han clasificado por su similitud de secuencia en numerosas familias. Estas familias se han documentado en docenas de diferentes bases de datos de proteínas y familias de proteínas, como Pfam. [22]

      Las enzimas son generalmente proteínas globulares que actúan solas o en complejos más grandes. La secuencia de los aminoácidos especifica la estructura que a su vez determina la actividad catalítica de la enzima. [23] Aunque la estructura determina la función, aún no se puede predecir una nueva actividad enzimática a partir de la estructura únicamente. [24] Las estructuras enzimáticas se despliegan (desnaturalizan) cuando se calientan o se exponen a desnaturalizantes químicos y esta alteración de la estructura generalmente causa una pérdida de actividad. [25] La desnaturalización enzimática normalmente está relacionada con temperaturas por encima del nivel normal de una especie. Como resultado, los usuarios industriales aprecian las enzimas de las bacterias que viven en entornos volcánicos como las aguas termales por su capacidad para funcionar a altas temperaturas, lo que permite reacciones catalizadas por enzimas. para ser operado a un ritmo muy alto.

      Las enzimas suelen ser mucho más grandes que sus sustratos. Los tamaños van desde solo 62 residuos de aminoácidos, para el monómero de 4-oxalocrotonato tautomerasa, [26] hasta más de 2500 residuos en la sintasa de ácidos grasos animales. [27] Solo una pequeña parte de su estructura (alrededor de 2 a 4 aminoácidos) está directamente involucrada en la catálisis: el sitio catalítico. [28] Este sitio catalítico se encuentra junto a uno o más sitios de unión donde los residuos orientan los sustratos. El sitio catalítico y el sitio de unión juntos componen el sitio activo de la enzima. La mayor parte restante de la estructura enzimática sirve para mantener la orientación y la dinámica precisas del sitio activo. [29]

      En algunas enzimas, ningún aminoácido está directamente involucrado en la catálisis, sino que la enzima contiene sitios para unirse y orientar los cofactores catalíticos. [29] Las estructuras enzimáticas también pueden contener sitios alostéricos donde la unión de una molécula pequeña causa un cambio conformacional que aumenta o disminuye la actividad. [30]

      Existe una pequeña cantidad de catalizadores biológicos basados ​​en ARN llamados ribozimas, que nuevamente pueden actuar solos o en complejo con proteínas. El más común de ellos es el ribosoma, que es un complejo de proteínas y componentes catalíticos de ARN. [1]: 2,2

      Unión de sustrato

      Las enzimas deben unirse a sus sustratos antes de que puedan catalizar cualquier reacción química. Las enzimas suelen ser muy específicas en cuanto a qué sustratos se unen y luego catalizan la reacción química. La especificidad se logra uniendo bolsas con forma, carga y características hidrófilas / hidrófobas complementarias a los sustratos. Por tanto, las enzimas pueden distinguir entre moléculas de sustrato muy similares para que sean quimioselectivas, regioselectivas y estereoespecíficas. [31]

      Algunas de las enzimas que muestran la mayor especificidad y precisión están involucradas en la copia y expresión del genoma. Algunas de estas enzimas tienen mecanismos de "corrección de pruebas". Aquí, una enzima como la ADN polimerasa cataliza una reacción en un primer paso y luego verifica que el producto sea correcto en un segundo paso. [32] Este proceso de dos pasos da como resultado tasas de error promedio de menos de 1 error en 100 millones de reacciones en polimerasas de mamíferos de alta fidelidad. [1]: 5.3.1 También se encuentran mecanismos similares de corrección de pruebas en la ARN polimerasa, [33] aminoacil ARNt sintetasas [34] y ribosomas. [35]

      Por el contrario, algunas enzimas muestran promiscuidad enzimática, tienen una amplia especificidad y actúan sobre una variedad de diferentes sustratos fisiológicamente relevantes. Muchas enzimas poseen pequeñas actividades secundarias que surgieron de manera fortuita (es decir, de forma neutra), lo que puede ser el punto de partida para la selección evolutiva de una nueva función. [36] [37]

      Modelo "cerradura y llave"

      Para explicar la especificidad observada de las enzimas, en 1894 Emil Fischer propuso que tanto la enzima como el sustrato poseen formas geométricas complementarias específicas que encajan exactamente entre sí. [38] Esto a menudo se conoce como modelo de "cerradura y llave". [1]: 8.3.2 Este modelo inicial explica la especificidad de la enzima, pero no explica la estabilización del estado de transición que logran las enzimas. [39]

      Modelo de ajuste inducido

      En 1958, Daniel Koshland sugirió una modificación del modelo de cerradura y llave: dado que las enzimas son estructuras bastante flexibles, el sitio activo se reforma continuamente por interacciones con el sustrato a medida que el sustrato interactúa con la enzima. [40] Como resultado, el sustrato no se une simplemente a un sitio activo rígido, las cadenas laterales de aminoácidos que componen el sitio activo se moldean en las posiciones precisas que permiten que la enzima realice su función catalítica. En algunos casos, como las glicosidasas, la molécula de sustrato también cambia ligeramente de forma al entrar en el sitio activo. [41] El sitio activo continúa cambiando hasta que el sustrato está completamente unido, momento en el que se determina la forma final y la distribución de la carga. [42] El ajuste inducido puede mejorar la fidelidad del reconocimiento molecular en presencia de competencia y ruido a través del mecanismo de corrección de pruebas conformacional. [43]

      Catálisis

      Las enzimas pueden acelerar las reacciones de varias formas, todas las cuales reducen la energía de activación (ΔG ‡, energía libre de Gibbs) [44]

      1. Al estabilizar el estado de transición:
        • Crear un entorno con una distribución de carga complementaria a la del estado de transición para reducir su energía [45]
      2. Al proporcionar una vía de reacción alternativa:
        • Reacciona temporalmente con el sustrato, formando un intermedio covalente para proporcionar un estado de transición de menor energía [46]
      3. Al desestabilizar el estado fundamental del sustrato:
        • Distorsionar los sustratos enlazados en su forma de estado de transición para reducir la energía necesaria para alcanzar el estado de transición [47]
        • Orientando los sustratos en una disposición productiva para reducir el cambio de entropía de la reacción [48] (la contribución de este mecanismo a la catálisis es relativamente pequeña) [49]

      Las enzimas pueden utilizar varios de estos mecanismos simultáneamente. Por ejemplo, las proteasas como la tripsina realizan catálisis covalente usando una tríada catalítica, estabilizan la acumulación de carga en los estados de transición usando un agujero de oxianión, hidrólisis completa usando un sustrato de agua orientada. [50]

      Dinámica

      Las enzimas no son estructuras rígidas y estáticas, sino que tienen movimientos dinámicos internos complejos, es decir, movimientos de partes de la estructura de la enzima, como residuos de aminoácidos individuales, grupos de residuos que forman un bucle de proteína o una unidad de estructura secundaria, o incluso una proteína completa. dominio. Estos movimientos dan lugar a un conjunto conformacional de estructuras ligeramente diferentes que se interconvierten entre sí en el equilibrio. Los diferentes estados dentro de este conjunto pueden estar asociados con diferentes aspectos de la función de una enzima. Por ejemplo, diferentes conformaciones de la enzima dihidrofolato reductasa están asociadas con las etapas de unión del sustrato, catálisis, liberación del cofactor y liberación del producto del ciclo catalítico, [51] consistente con la teoría de la resonancia catalítica.

      Presentación del sustrato

      La presentación del sustrato es un proceso en el que la enzima se secuestra de su sustrato. Las enzimas pueden secuestrarse en la membrana plasmática lejos de un sustrato en el núcleo o citosol. O dentro de la membrana, una enzima puede secuestrarse en balsas de lípidos lejos de su sustrato en la región desordenada. Cuando se libera la enzima, se mezcla con su sustrato. Alternativamente, la enzima se puede secuestrar cerca de su sustrato para activar la enzima. Por ejemplo, la enzima puede ser soluble y, tras la activación, unirse a un lípido en la membrana plasmática y luego actuar sobre moléculas en la membrana plasmática.

      Modulación alostérica

      Los sitios alostéricos son bolsas en la enzima, distintas del sitio activo, que se unen a moléculas en el entorno celular. These molecules then cause a change in the conformation or dynamics of the enzyme that is transduced to the active site and thus affects the reaction rate of the enzyme. [52] In this way, allosteric interactions can either inhibit or activate enzymes. Allosteric interactions with metabolites upstream or downstream in an enzyme's metabolic pathway cause feedback regulation, altering the activity of the enzyme according to the flux through the rest of the pathway. [53]

      Some enzymes do not need additional components to show full activity. Others require non-protein molecules called cofactors to be bound for activity. [54] Cofactors can be either inorganic (e.g., metal ions and iron-sulfur clusters) or organic compounds (e.g., flavin and heme). These cofactors serve many purposes for instance, metal ions can help in stabilizing nucleophilic species within the active site. [55] Organic cofactors can be either coenzymes, which are released from the enzyme's active site during the reaction, or prosthetic groups, which are tightly bound to an enzyme. Organic prosthetic groups can be covalently bound (e.g., biotin in enzymes such as pyruvate carboxylase). [56]

      An example of an enzyme that contains a cofactor is carbonic anhydrase, which uses a zinc cofactor bound as part of its active site. [57] These tightly bound ions or molecules are usually found in the active site and are involved in catalysis. [1] : 8.1.1 For example, flavin and heme cofactors are often involved in redox reactions. [1] : 17

      Enzymes that require a cofactor but do not have one bound are called apoenzymes o apoproteins. An enzyme together with the cofactor(s) required for activity is called a holoenzima (or haloenzyme). El término holoenzima can also be applied to enzymes that contain multiple protein subunits, such as the DNA polymerases here the holoenzyme is the complete complex containing all the subunits needed for activity. [1] : 8.1.1

      Coenzimas

      Coenzymes are small organic molecules that can be loosely or tightly bound to an enzyme. Coenzymes transport chemical groups from one enzyme to another. [58] Examples include NADH, NADPH and adenosine triphosphate (ATP). Some coenzymes, such as flavin mononucleotide (FMN), flavin adenine dinucleotide (FAD), thiamine pyrophosphate (TPP), and tetrahydrofolate (THF), are derived from vitamins. These coenzymes cannot be synthesized by the body de novo and closely related compounds (vitamins) must be acquired from the diet. The chemical groups carried include:

      • the hydride ion (H − ), carried by NAD or NADP +
      • the phosphate group, carried by adenosine triphosphate
      • the acetyl group, carried by coenzyme A
      • formyl, methenyl or methyl groups, carried by folic acid and
      • the methyl group, carried by S-adenosylmethionine[58]

      Since coenzymes are chemically changed as a consequence of enzyme action, it is useful to consider coenzymes to be a special class of substrates, or second substrates, which are common to many different enzymes. For example, about 1000 enzymes are known to use the coenzyme NADH. [59]

      Coenzymes are usually continuously regenerated and their concentrations maintained at a steady level inside the cell. For example, NADPH is regenerated through the pentose phosphate pathway and S-adenosylmethionine by methionine adenosyltransferase. This continuous regeneration means that small amounts of coenzymes can be used very intensively. For example, the human body turns over its own weight in ATP each day. [60]

      As with all catalysts, enzymes do not alter the position of the chemical equilibrium of the reaction. In the presence of an enzyme, the reaction runs in the same direction as it would without the enzyme, just more quickly. [1] : 8.2.3 For example, carbonic anhydrase catalyzes its reaction in either direction depending on the concentration of its reactants: [61]

      The rate of a reaction is dependent on the activation energy needed to form the transition state which then decays into products. Enzymes increase reaction rates by lowering the energy of the transition state. First, binding forms a low energy enzyme-substrate complex (ES). Second, the enzyme stabilises the transition state such that it requires less energy to achieve compared to the uncatalyzed reaction (ES ‡ ). Finally the enzyme-product complex (EP) dissociates to release the products. [1] : 8.3

      Enzymes can couple two or more reactions, so that a thermodynamically favorable reaction can be used to "drive" a thermodynamically unfavourable one so that the combined energy of the products is lower than the substrates. For example, the hydrolysis of ATP is often used to drive other chemical reactions. [62]

      Enzyme kinetics is the investigation of how enzymes bind substrates and turn them into products. [63] The rate data used in kinetic analyses are commonly obtained from enzyme assays. In 1913 Leonor Michaelis and Maud Leonora Menten proposed a quantitative theory of enzyme kinetics, which is referred to as Michaelis–Menten kinetics. [64] The major contribution of Michaelis and Menten was to think of enzyme reactions in two stages. In the first, the substrate binds reversibly to the enzyme, forming the enzyme-substrate complex. This is sometimes called the Michaelis–Menten complex in their honor. The enzyme then catalyzes the chemical step in the reaction and releases the product. This work was further developed by G. E. Briggs and J. B. S. Haldane, who derived kinetic equations that are still widely used today. [sesenta y cinco]

      Enzyme rates depend on solution conditions and substrate concentration. To find the maximum speed of an enzymatic reaction, the substrate concentration is increased until a constant rate of product formation is seen. This is shown in the saturation curve on the right. Saturation happens because, as substrate concentration increases, more and more of the free enzyme is converted into the substrate-bound ES complex. At the maximum reaction rate (Vmax) of the enzyme, all the enzyme active sites are bound to substrate, and the amount of ES complex is the same as the total amount of enzyme. [1] : 8.4

      Vmax is only one of several important kinetic parameters. The amount of substrate needed to achieve a given rate of reaction is also important. This is given by the Michaelis–Menten constant (Kmetro), which is the substrate concentration required for an enzyme to reach one-half its maximum reaction rate generally, each enzyme has a characteristic KMETRO for a given substrate. Another useful constant is kgato, también llamado el turnover number, which is the number of substrate molecules handled by one active site per second. [1] : 8.4

      The efficiency of an enzyme can be expressed in terms of kgato/Kmetro. This is also called the specificity constant and incorporates the rate constants for all steps in the reaction up to and including the first irreversible step. Because the specificity constant reflects both affinity and catalytic ability, it is useful for comparing different enzymes against each other, or the same enzyme with different substrates. The theoretical maximum for the specificity constant is called the diffusion limit and is about 10 8 to 10 9 (M −1 s −1 ). At this point every collision of the enzyme with its substrate will result in catalysis, and the rate of product formation is not limited by the reaction rate but by the diffusion rate. Enzymes with this property are called catalytically perfect o kinetically perfect. Example of such enzymes are triose-phosphate isomerase, carbonic anhydrase, acetylcholinesterase, catalase, fumarase, β-lactamase, and superoxide dismutase. [1] : 8.4.2 The turnover of such enzymes can reach several million reactions per second. [1] : 9.2 But most enzymes are far from perfect: the average values of k c a t / K m >/K_< m >> and k c a t >> are about 10 5 s − 1 M − 1 < m >^<-1>< m >^<-1>> and 10 s − 1 >^<-1>> , respectively. [66]

      Michaelis–Menten kinetics relies on the law of mass action, which is derived from the assumptions of free diffusion and thermodynamically driven random collision. Many biochemical or cellular processes deviate significantly from these conditions, because of macromolecular crowding and constrained molecular movement. [67] More recent, complex extensions of the model attempt to correct for these effects. [68]

      Enzyme reaction rates can be decreased by various types of enzyme inhibitors. [69] : 73–74

      Types of inhibition

      Competitive

      A competitive inhibitor and substrate cannot bind to the enzyme at the same time. [70] Often competitive inhibitors strongly resemble the real substrate of the enzyme. For example, the drug methotrexate is a competitive inhibitor of the enzyme dihydrofolate reductase, which catalyzes the reduction of dihydrofolate to tetrahydrofolate. [71] The similarity between the structures of dihydrofolate and this drug are shown in the accompanying figure. This type of inhibition can be overcome with high substrate concentration. In some cases, the inhibitor can bind to a site other than the binding-site of the usual substrate and exert an allosteric effect to change the shape of the usual binding-site. [72]

      Non-competitive

      A non-competitive inhibitor binds to a site other than where the substrate binds. The substrate still binds with its usual affinity and hence Kmetro remains the same. However the inhibitor reduces the catalytic efficiency of the enzyme so that Vmax is reduced. In contrast to competitive inhibition, non-competitive inhibition cannot be overcome with high substrate concentration. [69] : 76–78

      Uncompetitive

      An uncompetitive inhibitor cannot bind to the free enzyme, only to the enzyme-substrate complex hence, these types of inhibitors are most effective at high substrate concentration. In the presence of the inhibitor, the enzyme-substrate complex is inactive. [69] : 78 This type of inhibition is rare. [73]

      Mixed

      A mixed inhibitor binds to an allosteric site and the binding of the substrate and the inhibitor affect each other. The enzyme's function is reduced but not eliminated when bound to the inhibitor. This type of inhibitor does not follow the Michaelis–Menten equation. [69] : 76–78

      Irreversible

      An irreversible inhibitor permanently inactivates the enzyme, usually by forming a covalent bond to the protein. [74] Penicillin [75] and aspirin [76] are common drugs that act in this manner.

      Functions of inhibitors

      In many organisms, inhibitors may act as part of a feedback mechanism. If an enzyme produces too much of one substance in the organism, that substance may act as an inhibitor for the enzyme at the beginning of the pathway that produces it, causing production of the substance to slow down or stop when there is sufficient amount. This is a form of negative feedback. Major metabolic pathways such as the citric acid cycle make use of this mechanism. [1] : 17.2.2

      Since inhibitors modulate the function of enzymes they are often used as drugs. Many such drugs are reversible competitive inhibitors that resemble the enzyme's native substrate, similar to methotrexate above other well-known examples include statins used to treat high cholesterol, [77] and protease inhibitors used to treat retroviral infections such as HIV. [78] A common example of an irreversible inhibitor that is used as a drug is aspirin, which inhibits the COX-1 and COX-2 enzymes that produce the inflammation messenger prostaglandin. [76] Other enzyme inhibitors are poisons. For example, the poison cyanide is an irreversible enzyme inhibitor that combines with the copper and iron in the active site of the enzyme cytochrome c oxidase and blocks cellular respiration. [79]

      As enzymes are made up of proteins, their actions are sensitive to change in many physio chemical factors such as pH, temperature, substrate concentration, etc.

      The following table shows pH optima for various enzymes. [80]

      Enzima PH óptimo pH description
      Pepsina 1.5–1.6 Highly acidic
      Invertase 4.5 Ácido
      Lipase (stomach) 4.0–5.0 Ácido
      Lipase (castor oil) 4.7 Ácido
      Lipase (pancreas) 8.0 Alkaline
      Amilasa (malta) 4.6–5.2 Ácido
      Amilasa (páncreas) 6.7–7.0 Acidic-neutral
      Cellobiase 5.0 Ácido
      Maltase 6.1–6.8 Ácido
      Sucrasa 6.2 Ácido
      Catalasa 7.0 Neutral
      Ureasa 7.0 Neutral
      Cholinesterase 7.0 Neutral
      Ribonuclease 7.0–7.5 Neutral
      Fumarase 7.8 Alkaline
      Tripsina 7.8–8.7 Alkaline
      Trifosfato de adenosina 9.0 Alkaline
      Arginase 10.0 Highly alkaline

      Enzymes serve a wide variety of functions inside living organisms. They are indispensable for signal transduction and cell regulation, often via kinases and phosphatases. [81] They also generate movement, with myosin hydrolyzing ATP to generate muscle contraction, and also transport cargo around the cell as part of the cytoskeleton. [82] Other ATPases in the cell membrane are ion pumps involved in active transport. Enzymes are also involved in more exotic functions, such as luciferase generating light in fireflies. [83] Viruses can also contain enzymes for infecting cells, such as the HIV integrase and reverse transcriptase, or for viral release from cells, like the influenza virus neuraminidase. [84]

      An important function of enzymes is in the digestive systems of animals. Enzymes such as amylases and proteases break down large molecules (starch or proteins, respectively) into smaller ones, so they can be absorbed by the intestines. Starch molecules, for example, are too large to be absorbed from the intestine, but enzymes hydrolyze the starch chains into smaller molecules such as maltose and eventually glucose, which can then be absorbed. Different enzymes digest different food substances. In ruminants, which have herbivorous diets, microorganisms in the gut produce another enzyme, cellulase, to break down the cellulose cell walls of plant fiber. [85]

      Metabolismo

      Several enzymes can work together in a specific order, creating metabolic pathways. [1] : 30.1 In a metabolic pathway, one enzyme takes the product of another enzyme as a substrate. After the catalytic reaction, the product is then passed on to another enzyme. Sometimes more than one enzyme can catalyze the same reaction in parallel this can allow more complex regulation: with, for example, a low constant activity provided by one enzyme but an inducible high activity from a second enzyme. [86]

      Enzymes determine what steps occur in these pathways. Without enzymes, metabolism would neither progress through the same steps and could not be regulated to serve the needs of the cell. Most central metabolic pathways are regulated at a few key steps, typically through enzymes whose activity involves the hydrolysis of ATP. Because this reaction releases so much energy, other reactions that are thermodynamically unfavorable can be coupled to ATP hydrolysis, driving the overall series of linked metabolic reactions. [1] : 30.1

      Control of activity

      There are five main ways that enzyme activity is controlled in the cell. [1] : 30.1.1

      Regulación

      Enzymes can be either activated or inhibited by other molecules. For example, the end product(s) of a metabolic pathway are often inhibitors for one of the first enzymes of the pathway (usually the first irreversible step, called committed step), thus regulating the amount of end product made by the pathways. Such a regulatory mechanism is called a negative feedback mechanism, because the amount of the end product produced is regulated by its own concentration. [87] : 141–48 Negative feedback mechanism can effectively adjust the rate of synthesis of intermediate metabolites according to the demands of the cells. This helps with effective allocations of materials and energy economy, and it prevents the excess manufacture of end products. Like other homeostatic devices, the control of enzymatic action helps to maintain a stable internal environment in living organisms. [87] : 141

      Modificación post-traduccional

      Examples of post-translational modification include phosphorylation, myristoylation and glycosylation. [87] : 149–69 For example, in the response to insulin, the phosphorylation of multiple enzymes, including glycogen synthase, helps control the synthesis or degradation of glycogen and allows the cell to respond to changes in blood sugar. [88] Another example of post-translational modification is the cleavage of the polypeptide chain. Chymotrypsin, a digestive protease, is produced in inactive form as chymotrypsinogen in the pancreas and transported in this form to the stomach where it is activated. This stops the enzyme from digesting the pancreas or other tissues before it enters the gut. This type of inactive precursor to an enzyme is known as a zymogen [87] : 149–53 or proenzyme.

      Cantidad

      Enzyme production (transcription and translation of enzyme genes) can be enhanced or diminished by a cell in response to changes in the cell's environment. This form of gene regulation is called enzyme induction. For example, bacteria may become resistant to antibiotics such as penicillin because enzymes called beta-lactamases are induced that hydrolyse the crucial beta-lactam ring within the penicillin molecule. [89] Another example comes from enzymes in the liver called cytochrome P450 oxidases, which are important in drug metabolism. Induction or inhibition of these enzymes can cause drug interactions. [90] Enzyme levels can also be regulated by changing the rate of enzyme degradation. [1] : 30.1.1 The opposite of enzyme induction is enzyme repression.

      Subcellular distribution

      Enzymes can be compartmentalized, with different metabolic pathways occurring in different cellular compartments. For example, fatty acids are synthesized by one set of enzymes in the cytosol, endoplasmic reticulum and Golgi and used by a different set of enzymes as a source of energy in the mitochondrion, through β-oxidation. [91] In addition, trafficking of the enzyme to different compartments may change the degree of protonation (e.g., the neutral cytoplasm and the acidic lysosome) or oxidative state (e.g., oxidizing periplasm or reducing cytoplasm) which in turn affects enzyme activity. [92] In contrast to partitioning into membrane bound organelles, enzyme subcellular localisation may also be altered through polymerisation of enzymes into macromolecular cytoplasmic filaments. [93] [94]

      Organ specialization

      In multicellular eukaryotes, cells in different organs and tissues have different patterns of gene expression and therefore have different sets of enzymes (known as isozymes) available for metabolic reactions. This provides a mechanism for regulating the overall metabolism of the organism. For example, hexokinase, the first enzyme in the glycolysis pathway, has a specialized form called glucokinase expressed in the liver and pancreas that has a lower affinity for glucose yet is more sensitive to glucose concentration. [95] This enzyme is involved in sensing blood sugar and regulating insulin production. [96]

      Involvement in disease

      Since the tight control of enzyme activity is essential for homeostasis, any malfunction (mutation, overproduction, underproduction or deletion) of a single critical enzyme can lead to a genetic disease. The malfunction of just one type of enzyme out of the thousands of types present in the human body can be fatal. An example of a fatal genetic disease due to enzyme insufficiency is Tay–Sachs disease, in which patients lack the enzyme hexosaminidase. [97] [98]

      One example of enzyme deficiency is the most common type of phenylketonuria. Many different single amino acid mutations in the enzyme phenylalanine hydroxylase, which catalyzes the first step in the degradation of phenylalanine, result in build-up of phenylalanine and related products. Some mutations are in the active site, directly disrupting binding and catalysis, but many are far from the active site and reduce activity by destabilising the protein structure, or affecting correct oligomerisation. [99] [100] This can lead to intellectual disability if the disease is untreated. [101] Another example is pseudocholinesterase deficiency, in which the body's ability to break down choline ester drugs is impaired. [102] Oral administration of enzymes can be used to treat some functional enzyme deficiencies, such as pancreatic insufficiency [103] and lactose intolerance. [104]

      Another way enzyme malfunctions can cause disease comes from germline mutations in genes coding for DNA repair enzymes. Defects in these enzymes cause cancer because cells are less able to repair mutations in their genomes. This causes a slow accumulation of mutations and results in the development of cancers. An example of such a hereditary cancer syndrome is xeroderma pigmentosum, which causes the development of skin cancers in response to even minimal exposure to ultraviolet light. [105] [106]

      Similar to any other protein, enzymes change over time through mutations and sequence divergence. Given their central role in metabolism, enzyme evolution plays a critical role in adaptation. A key question is therefore whether and how enzymes can change their enzymatic activities alongside. It is generally accepted that many new enzyme activities have evolved through gene duplication and mutation of the duplicate copies although evolution can also happen without duplication. One example of an enzyme that has changed its activity is the ancestor of methionyl amino peptidase (MAP) and creatine amidinohydrolase (creatinase) which are clearly homologous but catalyze very different reactions (MAP removes the amino-terminal methionine in new proteins while creatinase hydrolyses creatine to sarcosine and urea). In addition, MAP is metal-ion dependent while creatinase is not, hence this property was also lost over time. [107] Small changes of enzymatic activity are extremely common among enzymes. In particular, substrate binding specificity (see above) can easily and quickly change with single amino acid changes in their substrate binding pockets. This is frequently seen in the main enzyme classes such as kinases. [108]

      Artificial (in vitro) evolution is now commonly used to modify enzyme activity or specificity for industrial applications (see below).

      Enzymes are used in the chemical industry and other industrial applications when extremely specific catalysts are required. Enzymes in general are limited in the number of reactions they have evolved to catalyze and also by their lack of stability in organic solvents and at high temperatures. As a consequence, protein engineering is an active area of research and involves attempts to create new enzymes with novel properties, either through rational design or in vitro evolución. [109] [110] These efforts have begun to be successful, and a few enzymes have now been designed "from scratch" to catalyze reactions that do not occur in nature. [111]


      Structural basis of enzyme encapsulation into a bacterial nanocompartment

      Compartmentalization is an important organizational feature of life. It occurs at varying levels of complexity ranging from eukaryotic organelles and the bacterial microcompartments, to the molecular reaction chambers formed by enzyme assemblies. The structural basis of enzyme encapsulation in molecular compartments is poorly understood. Here we show, using X-ray crystallographic, biochemical and EM experiments, that a widespread family of conserved bacterial proteins, the linocin-like proteins, form large assemblies that function as a minimal compartment to package enzymes. We refer to this shell-forming protein as 'encapsulin'. The crystal structure of such a particle from Thermotoga maritima determined at 3.1-Å resolution reveals that 60 copies of the monomer assemble into a thin, icosahedral shell with a diameter of 240 Å. The interior of this nanocompartment is lined with conserved binding sites for short polypeptide tags present as C-terminal extensions of enzymes involved in oxidative-stress response.


      Hexokinase, EC 2.7.1.1

      Hexokinases are group of enzymes of transferase family (EC 2.7.1.1), with very wide range of molecular weight, from 40 to 120kDa, that catalyze transfer of phosphate group from ATP molecule to D-glucose or other D-hexoses. The overall reaction can be written as ATP + D-hexose = ADP + D-hexose 6-phosphate. This enzyme is very important because it involved into glycolysis cycle at the first step of converting of &alpha-D-glucose.

      Systematic name for hexokinase is ATP:D-hexose 6-phosphotransferase, but in literature can be used under the different names: hexokinase D, hexokinase (phosphorylating), hexokinase type IV glucokinase, ATP-dependent hexokinase, glucose ATP phosphotransferase, hexokinase type I, hexokinase type II, hexokinase type III and hexokinase type IV.

      Open and Closed glucokinase conformations

      Open (left pdb code 1V4T) and closed (right pdb code 1V4S) conformations of human glucokinase. Protein surface is coloured according to the protein atom chargers.
      Hexokinase comprised from two domains, which can adopt open and closed conformations. In the free enzyme the cleft between two domains is widely open. Glucose, or glucose-6-phosphate binding process cause the closure two domains for catalytic act.

      In closed conformation of hexokinase, or glucokinase, the substrate is completely buried by protein atoms.


      Resumen de vías bioquímicas

      Si bien la oxidación o descarboxilación del piruvato en acetil CoA es importante, no es la única vía bioquímica disponible:

      • En los animales, la lactato deshidrogenasa puede reducir el piruvato a lactato. Este proceso es anaeróbico, lo que significa que no se requiere oxígeno.
      • En plantas, bacterias y algunos animales, el piruvato se descompone para producir etanol. Este también es un proceso anaeróbico.
      • La gluconeogénesis convierte el ácido pirúvico en carbohidratos.
      • Puede usarse acetil Co-A de la glucólisis para producir energía o ácidos grasos.
      • La carboxilación del piruvato por la piruvato carboxilasa produce oxaloacetato.
      • La transaminación del piruvato por la alanina transaminasa produce el aminoácido alanina.

      Construction of aldA mutantes.

      Fig. 3 . Growth of DZ2 cells streaked on A1 minimal medium containing l -alanine as the major carbon source. Minimal A1 medium was prepared as described by Bretscher and Kaiser (1) with the following modification: the major carbon sources, sodium pyruvate and potassium aspartate, were replaced by 10 mg of l -alanine per ml. Media were solidified, using 0.8% ultrapure agarose (Gibco BRL). Cells were incubated at 34°C for 35 days and photographed with a dissecting scope at a magnification of ×12.

      & ltp> Esta sección proporciona información sobre la estructura terciaria y secundaria de una proteína. & ltp> & lta href = '/ help / structure_section' target = '_ top'> Más. & lt / a> & lt / p> Estructura i

      Estructura secundaria

      & # xd & ltp> Información inferida de una combinación de evidencia experimental y computacional, sin validación manual. & lt / p> & # xd & # xd & ltp> & lta href = "/ manual / evidences # ECO: 0000213"> Más. & lt / a> & lt / p> & # xd Aserción automática inferida de la combinación de evidencia experimental y computacional i

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      Bases de datos de estructura 3D

      Repositorio SWISS-MODEL: una base de datos de modelos de estructura de proteínas 3D anotados

      Base de datos de modelos comparativos de estructura de proteínas

      Banco de datos de proteínas en Europa - Base de conocimientos

      Bases de datos diversas

      Importancia evolutiva relativa de los aminoácidos dentro de una secuencia de proteínas


      Referencias

      Unionpedia is a concept map or semantic network organized like an encyclopedia – dictionary. It gives a brief definition of each concept and its relationships.

      This is a giant online mental map that serves as a basis for concept diagrams. It's free to use and each article or document can be downloaded. It's a tool, resource or reference for study, research, education, learning or teaching, that can be used by teachers, educators, pupils or students for the academic world: for school, primary, secondary, high school, middle, technical degree, college, university, undergraduate, master's or doctoral degrees for papers, reports, projects, ideas, documentation, surveys, summaries, or thesis. Here is the definition, explanation, description, or the meaning of each significant on which you need information, and a list of their associated concepts as a glossary. Available in English, Spanish, Portuguese, Japanese, Chinese, French, German, Italian, Polish, Dutch, Russian, Arabic, Hindi, Swedish, Ukrainian, Hungarian, Catalan, Czech, Hebrew, Danish, Finnish, Indonesian, Norwegian, Romanian, Turkish, Vietnamese, Korean, Thai, Greek, Bulgarian, Croatian, Slovak, Lithuanian, Filipino, Latvian, Estonian and Slovenian. More languages soon.

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