Enzimas y metabolismo

1. Enzimas y metabolismo

2. 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.

3. 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.

4. Tipos de metabolismo Según la forma de obtener los materiales, el metabolismo de los organismos puede ser: Autótrofo Forman sus propios compuestos orgánicos utilizando fuentes inorgánicas. ¿Ejemplos? Heterótrofo Forman sus compuestos orgánicos a partir de fuentes orgánicas producidas por otros. ¿Ejemplos?

5. Tipos de metabolismo Según la forma de obtener energía, el metabolismo de los organismos puede ser: Fotosintético La luz es su fuente de energía. ¿Ejemplos? Quimiosintético Obtienen energía a partir de diversas reacciones químicas. ¿Ejemplos?

6. Entonces ¿Cuál es la finalidad del metabolismo? Obtener energía química utilizable por la célula ¿Esta energía se almacena? ¿De dónde se obtiene? Alimentos aportan los nutrientes Fabricar compuestos a partir de los nutrientes ¿Para qué sirven?

7. Tipos de rutas metabólicas. Existen dos grupos de rutas metabólicas: Anabólicas Catabólicas Ambos procesos ocurren simultáneamente y son interdependientes.

8. Reacciones catabólicas: la fase destructiva Su función es reducir, es decir producir a partir de una molécula compleja, moléculas más sencillas. Degradar.

9. Reacciones catabólicas: la fase destructiva Entonces ¿qué es el catabolismo?

10. Reacciones catabólicas: la fase destructiva Características: • Son reacciones de degradación. • Son reacciones exergónicas. • Son procesos convergentes.

11. Reacciones anabólicas: la fase constructiva Su función es la formación de una molécula compleja, a partir de moléculas más simples. Síntesis.

12. Reacciones anabólicas: la fase constructiva Entonces ¿qué es el anabolismo?

13. Reacciones anabólicas: la fase constructiva Características: • Son reacciones de síntesis. • Son reacciones endergónicas. • Son procesos divergentes.

14. Ahora, una actividad: Clasifica los siguientes enunciados, en reacciones catabólicas (C) y anabólicas (A): Almacena energía en forma de ATP Es un proceso divergente Utiliza ATP Proceso de degradación Rompe biomoléculas Proceso de síntesis Produce energía Un ejemplo es la fotosíntesis Degrada biomoléculas Requiere energía Un ejemplo es la respiración celular Es un proceso convergente

15. Actividad de Aplicación A partir de la situación explicada por la profesora, clasifica los procesos planteados y argumenta por qué es catabólica o anabólica:

16. Velocidad de las reacciones metabólicas ¿Qué se necesita para iniciar una reacción? Se necesita siempre una energía de activación (Ea). 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?

17. ¿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

18. Las enzimas y la energía de activación Las enzimas aceleran las reacciones disminuyendo la Ea

19. Propiedades de las enzimas. Naturaleza proteica Especificidad Actúan en pequeñas cantidades Son reutilizables

20. Estructura de las enzimas Definamos algunos conceptos: SUSTRATO Es la molécula sobre la que actúa una enzima. ¿Cuántas son? SITIO ACTIVO Lugar de la enzima al que se une el o los sustratos. ¿Cuál es su función? COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO Unión del sustrato al sitio activo enzimático ¿Importancia?

21. Estructura de las enzimas ¿A qué corresponden A, B, C D y E en el esquema? A B E D C C A y B son el sustrato / C es la enzima /D es el complejo E-S / E es el producto

22. Modelos enzima-sustrato Existen diferentes modelos para explicar cómo interactúan las enzimas con su sustrato específico: A) MODELO LLAVE-CERRADURA La estructura del sitio activo y del sustrato son exactamente complementarias.

23. Modelos enzima-sustrato B) MODELO DEL ENCAJE INDUCIDO 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.

24. Clasificación de las enzimas De acuerdo a su composición, existen 2 tipos de enzimas: Enzimas simples Sólo proteínas. Enzimas conjugadas Apoenzima + Cofactor enzimático: Holoenzima Cofactor: puede ser un ión metálico, como Mg+2, Cu+2, Cl-, Na+; o una molécula orgánica (coenzima).

25. Clasificación de las enzimas Identifica a qué corresponde cada estructura: Sustrato Cofactor Apoenzima Holoenzima

26. Cofactor Sitio activo Coenzima Apoenzima Holoenzima

27. 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

28. a) Efecto del pH Existe un pH óptimo de reacción para las enzimas. ¿Por qué crees que disminuye la actividad enzimática al alejarse del pH óptimo?

29. a) Efecto del pH ¿Cómo interpretarías este gráfico?

30. b) Efecto de la temperatura En 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.

31. b) Efecto de la temperatura ¿Se comportan igual estas dos enzimas? ¿El producto de qué reacción será más abundante a 40ºC? ¿Y a 70ºC?

32. 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)

33. 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.

34. 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.

35. El albinismo es causado por una mutación génica. 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. 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.

36. Apliquemos lo aprendido… ¿Cuál(es) de los siguientes procesos es(son) ejemplo(s) de reacciones anabólicas? I)    Transcripción II)   Traducción. III)   Glicólisis. A)   Sólo IB)   Sólo IIC)   Sólo IIID)   Sólo I y IIE)    I, II y III D

37. Apliquemos lo aprendido… ¿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 I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) I, II y III D

38. Apliquemos lo aprendido… Autótrofos Materiales Heterótrofos Tipos de metabolismo Fotosintéticos Energía Quimiosintéticos

39. Apliquemos lo aprendido… Observa las siguientes dos imágenes…

40. Apliquemos lo aprendido… ¿Qué representa esta imagen? ¿Qué representan?

41. Apliquemos lo aprendido… ¿Qué tipo de inhibición es?

42. Apliquemos lo aprendido… ¿Qué tipo de inhibición es?