Enzimología Y Bioenergética.docx

LOS MECANISMOS ENZIMÁTICOS, SU REGULACIÓN Y LAS REACCIONES DE ÓXIDO- REDUCCIÓN A PARTIR DEL ESTUDIO DE PROCESOS BASADOS EN REACCIONES Y ECUACIONES BIOQUÍMICAS.

ESTUDIANTES Arelys Esther Correa Carbono Cod.57106868 Leidy María Zabaleta Batista Cód. 45528244 Sandra Mejía Torres Cód.1003243160 Yulis Duran Rodríguez Cód. 1047373474 Jasshira Paola Lopez Hoyos

GRUPO DEL CURSO 201103_36 PRESENTADO A ALBERTO GARCÍA

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD Abril 2019

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Temáticas a desarrollar: Temáticas de la unidad 2: ● ●

Enzimas Bioenergética

Pasos, fases o etapa de la l a estrategia de aprendizaje a desarrollar La Tarea 2 está integrada por una actividad colaborativa que desarrolla una estrategia de aprendizaje basada en tareas, mediante 2 ejercicios. Ejercicio 1. Enzimología Ejercicio 2. Bioenergética Actividades a desarrollar Antes de dar inicio con los aportes, leer detenidamente toda la guía de actividades. Los aportes se desarrollarán en el Entorno de Aprendizaje Colaborativo en el tema denominado “Tarea 2 –   Enzimología y Bioenergética”. No olvide revisar la bibliografía de consulta indicada en

cada unidad. Recuerde que los aportes deben ser significativos, es decir, hacer entregas en el foro que contribuyan a la construcción del trabajo colaborativo. Un aporte significativo no es copiar la respuesta del compañero de grupo, es construir una respuesta original que complementa el aporte de los demás compañeros. Las temáticas que “Tarea 2 – Enzimología y Bioenergética”, relaciona la

enzimología con el papel central desempeñan las enzimas en todos los seres vivos a través de la transformación de los sustratos a productos; la especificidad de las enzimas por determinados sustratos, los procesos asociados a las velocidades de transformación de sustratos a producto denominado cinética enzimática, las asociaciones de la enzima con otras moléculas o iones para complementar la actividad de ciertas enzimas y por último las condiciones condiciones físicas y químicas químicas que afectan la actividad actividad enzimática. 3

De otra parte, la actividad enzimática está implícita en los procesos metabólicos y se relaciona directamente con la bioenergética que es la obtención de la energía a través de procesos de óxido reducción, para obtener precursores energéticos como el ATP o adenosín trifosfato. Teniendo en cuenta las temáticas anteriores, es importante que cada integrante del grupo colaborativo asuma la responsabilidad de participar desde el inicio con sus aportes, el análisis de los documentos enviados por sus compañeros y por último en la construcción del documento final. 1. BIOQUIMICA UNIDAD II ARELYS ESTHER CORREA CARBONO 1 ¿Cómo se clasifican las enzimas de acuerdo al tipo de sustrato sobre el que actúa? Clase de enzima

Tipo de reacción

oxidorreductasas

Tienen reacciones oxidorreduccion

Transferasas

Transferencias funcionales

Hidrolasas

Reacción de hidrolisis

Liasas

Eliminación de grupos para formar dobles enlaces

Isomerasas

Reacciones de isomeracion

ligasas

Formación de enlaces acoplada ala hidrolisis de atp

de

de grupos

2 Describa las funciones los mecanismos de acción, los sustratos sobre los que actúan, y reacción que catalizan, las siguientes enzimas: 4

Lipasa: su función es catalizar la hidrolisis de triacilglicerol a glicerol y ácidos grasos su mecanismo d acción es disgregar las grasas de los alimentos de manera que se puedan absorber. Esta enzima se encuentra en la leche materna Proteasa: su función es romper los enlaces peptídicos de las proteínas para liberar los aminoácidos. Es una enzima secretada por el páncreas que participa en la degradación de las proteínas o peptonas. Algunas mejoran la inflamación y fortalecen el sistema inmunológico la podemos encontrar en la papaya piña y kiwi Lactasa: su acción es imprescindible en el proceso de conversión de las lactosa-azúcar doble, la lactasa se produce en el borde del cepillo de las células que recubren las vellosidades intestinales. Su función es permitir la conversión de la lactosa en azúcar, evitar la indigestión de alimentos lácteos facilitar el tránsito intestinal Papaína: efectúa la despolimerización de la fibrina reblandecida y depositada en los tejidos inflamados en forma aguda, por lo que determina un aumento de la permeabilidad de los tejidos, Está indicada para el alivio de hematomas, inflamación y edemas producidos por lesiones inflamatorias Tripsina: es una enzima peptidasa producida en el páncreas y secretada en el duodeno donde es esencial para la digestión, la reacción enzimática catalizada por las tripsinas es termodinámicamente favorable pero tiene una alta energía de activación Sacarasa: es una enzima que convierte la sacarosa (azúcar común) en glucosa y fructosa, está presente en el intestino delgado la ausencia de 5

sacarasa provoca una enfermedad denominada intolerancia a la sacarasa muchos la confunden con intolerancia a la sacarosa 3 Las cervecerías elaboran la cerveza a partir de enzimas que están contenidas en la levadura. El primer paso consiste en hacer crecer el grano de malta y luego detener la germinación del mismo cuando se forma la radícula (proceso llamado malteado). El proceso enzimático para la elaboración de la cerveza, está dado en dos fases el primero comprende las enzimas que contiene el embrión y a continuación la glucosa actúan las enzimas de la levadura. a. ¿Qué tipos de enzimas se activan en el embrión para romper el almidón a carbohidratos más simples? R/ se activa la alfa-amilasa y la beta-amilasa b. En el segundo paso, las levaduras consumen azúcares simples para producir alcohol y dióxido de carbono. ¿Cómo es el mecanismo enzimático para llevar a cabo estas reacciones? R/ la fermentación alcohólica es un proceso realizado por las levaduras y que trasforman el azúcar en alcohol etílico y dióxido de carbono la fermentación alcohólica comienza después que la glucosa se degrada en un acido 4 Los hongos de pudrición blanca como el C. versicolor son los únicos organismos capaces de degradar completamente todos los componentes de los materiales lignocelulósicos gracias a las enzimas lignocelulolíticas que producen La unión de un sustrato con una enzima es una interacción muy específica. a. ¿A qué se refiere la especificidad de una enzima por el sustrato por el sustrato que se encuentra en la madera? 6

b. Durante la cinética enzimática las velocidades de las reacciones químicas que son catalizadas por las enzimas. ¿Qué factores pueden afectar la actividad enzimática? R/ La concentración del sustrato c. ¿Qué estructura enzimática se conoce como sitio activo? R/ es la zona de la enzima donde se une el sustrato para ser catalizado d. ¿Cuáles son las condiciones de pH ideales para la cinética enzimática en las enzimas lignocelulolíticas? R/ origen de la enzima, concentración de sustrato, origen del sustrato presencia de sustancias asociadas 5 Las reacciones catalizadas por enzimas se describen utilizando la ecuación de Michaelis-Menten, la cual se muestra en una curva, dificultando los cálculos cinéticos. Para determinar la actividad cinética, la ecuación de Michaelis-Menten y la curva resultante de los cálculos de la velocidad, se transforma en una línea a través de recíprocos dobles, método establecido por Lineweaver-Burk. a. ¿Qué es la cinética enzimática de Michaelis-Menten? R/ estudio de la velocidad de reacciones catalizadas enzimáticamente b. La transformación de sustratos a productos implica las velocidades de transformación c. n. ¿Qué es la velocidad inicial V 0 y la velocidad máxima V max? Vo=velocidad de reacción en presencia del inhibidor 7

Vmax= es la obtenida cuando la enzima se encuentra saturada con sustrato d. Existe una constante denominada Km  o constante de Michaelis-Menten. e. ¿Qué es la Km? R/ es la concentración del sustrato por la con la cual la velocidad de la reacción enzimática alcanza su valor f. ¿Qué determina en cuanto a la afinidad de la enzima por el sustrato? R/ Determina experimentalmente y se considera una constante característica de la enzima y el sustrato en condiciones específicas y refleja la afinidad enzima-sustrato g. Determine la velocidad máxima y el k m, para los siguientes datos a través del método de Método de Lineweaver –Burk. Para esta actividad realice el cálculo de los valores que se presenta, por el método de Lineweaver – Burk - Calcule los recíprocos de la actividad enzimática y concentración de sustrato y grafique 1/v como función de 1/ [S]. [S] (mM) 50 100 160 190 290 400

Vo (mM/min) 10 19 29 33 46 58 8

1/Vo

1/[S] 1/50

800

83

1000

90

[S] concentración del sustrato y V o es la velocidad inicial. El análisis de Lineweaver-Burk plantea la necesidad de trabajar con los valores inversos, es decir (1/Vo y 1/[S]). m: Es la pendiente de la recta b:  Es el intercepto con el eje y. Esto significa que el análisis de estimación lineal arroja una ecuación de la siguiente forma: y = mx + b (Línea recta). las variables del caso son: 1/Vo = m y 1/[S] = b

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6 ¿Qué son las vitaminas? Investigue cómo se integra la vitamina a la enzima y a la regulación enzimática. R/ Las vitaminas son compuestos heterogéneos imprescindibles para la vida, ya que al ingerirlos de forma equilibrada y en dosis esenciales promueven el correcto funcionamiento fisiológico La vitamina se integra a la regulación enzimática en pequeñas cantidades ya que se regeneran cuando finaliza la acción en la que intervienen pero son imprescindibles para el correcto desarrollo, crecimiento y una reproducción. 7. Las enzimas son muy sensibles a las variaciones de temperatura y pH.

a. En el gráfico 1, indique ¿Qué sucede con la enzima cuando la temperatura está en el punto A? R/: las enzimas presentan un comportamiento dual respecto a la temperatura en el rango de 5ºc—50ºc la actividad aumenta ya que la reacción se incrementa 10

b. ¿Cómo afecta a la enzima la temperatura en el punto B? R/: en esta temperatura la gran mayoría de enzimas se inactivan debido a la desnaturalización que sufre para cada enzima existe una temperatura optima en la cual su actividad es máxima c. Del gráfico 2 indique ¿Qué significa las crestas de la actividad al 100%? R/ significa que al llegar al 100% las enzimas se desnaturalizan y pierden su actividad

Gráficos 2. Actividad de las enzimas en diversos valores de pH d. ¿Qué tipos de enzimas realizan su actividad catalítica en los distintos pHs que indican las gráficas? R/ las enzimas proteolíticas Son sustancias también conocidas como peptidasas, proteasas o proteinasas, producidas por el estómago y el páncreas y responsables de participar en el proceso de digestión, la división celular, coagulación de la sangre y reciclaje de proteínas, entre otros 11

2. Bioenergética Durante la descomposición de las moléculas de los alimentos, estas funcionan como donantes de electrones durante la oxidación. El producto de la energía obtenida es más bajo que el de la molécula donante. De otra parte, la energía es almacenada para su uso posterior. Teniendo en cuenta lo anterior, responda las siguientes preguntas: 1. El potencial de reducción se da para ganar electrones y la oxidación para perder electrones. Las moléculas bioquímicas varían su actividad para ganar o perder electrones. a. ¿Cómo la energía libre liberada durante la oxidación de la glucosa a CO2 se conserva en las coenzimas reducidas a NADH y FADH2? R/ b. ¿Cómo se da las reacciones de óxido reducción en los nucleótidos de nicotinamida cómo el nicotinamida adenín dinuclecleótido (NAD)? R/ está implicado en reacciones de reducción oxidación llevando los electrones de una a otra la enzima se encuentra en 2 formas una como agente oxidante (NAD+) que acepta electrones de otras moléculas dando resultado la forma reducida (NADH) y puede ser usada como agente reductor c.

¿Cómo se forma una molécula de FADH 2 a partir de FAD?  R/ se reduce al aceptar dos átomos de h idrogeno cada uno formado  por un electrón y un protón

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d. Cómo se convierte el adenosín difosfato (ADP) en adenosín trifosfato (ATP)? R/ se produce durante la foto respiración y la respiración celular y es consumido por muchas enzimas en la catálisis de numerosos  procesos químicos

e. En la siguiente reacción NADH+H+ ¿Cuál es el papel del ión de hidrógeno? R/ 2. ¿Cómo se obtiene la energía de los seres vivos, a través del ATP (adenosín trifosfato)? a. ¿Cuántas moléculas de Adenosina trifosfato ATP, se forman en la glucólisis? R/ en la primera parte se necesita energía que es sumistrada por 2 moléculas de atp que se servirán para fosforilar la glucosa y la fructosa b. ¿Cuántas moléculas de adenosina trifosfato se producen en la cadena transportadora de electrones? R/  en la segunda fase se forman 4 moléculas de atp y dos moléculas de nadh se produce una ganancia de 2 moléculas de atp 3. Algunas enzimas requieren de un complemento para desempeñar la función enzimática. 13

a. ¿Cuál es la función y el nombre de los cationes metálicos de importancia en la actividad enzimática de algunas enzimas? R/: se llaman cofactores y su función es llevar a cabo la actividad catalica de una o más sustancias de naturaleza no proteica y reciben el nombre de cofactores

b. ¿Consulta sobre 5 de estos cationes metálicos y sobre que enzimas actúan? Fe2+ catión ferroso Cu2+ catión cúprico K+ catión potásico Mn2+ catión hipo manganoso Mg2+, catión magnésico c. La enzima se puede unir a una molécula orgánica, ¿cómo se denominan? Y consultar sobre la función que cumplen en las enzimas y dar ejemplos R/  Las coenzimas  son necesarias para transportar de forma transitoria grupos funcionales durante la reacción catalizada por la enzima Por ejemplo la mayoría de las carboxilasas (enzimas que catalizan la incorporación de CO2) requieren biotina, que está unida por un enlace amida a un residuo de Lys de la enzima, mientras que la tiamina pirofosfato (que procede de la vitamina o tiamina) se une por interacciones no covalentes. d. Realice la descripción de las enzimas y su constitución como holoenzimas. Sus mecanismos de acción y los factores que afectan la actividad.

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El mecanismo de actuación es el siguiente. Las enzimas (E) se unen de manera específica al sustrato (S) (molécula sobre la que actúa) como una llave se encaja en la cerradura que le corresponde. Formándose así un complejo transitorio llamado “enzima sustrato” (ES). La unión con el sustrato se realiza en una zona específica de la enzima, que recibe el nombre de centro activo. En un primer paso se forma un complejo enzima-sustrato (ES) Los factores que afectan la actividad son pH, temperatura y concentración de sustrato

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2. ENZIMOLOGÍA. LEIDY MARIA ZABALETA BATISTA A partir de las referencias estudiadas en la unidad 2 Feduchi, E. (2014). Bioquímica: Conceptos esenciales   (2ª edición). Madrid. Médica Panamericana, S.A. Torres, G. (2011). Módulo de bioquímica . Universidad Nacional Abierta y a distancia UNAD. Las enzimas están involucradas en una variedad de reacciones químicas en los sistemas alimentarios y biotecnológicos. Actúan como catalizadores (sustancias que aceleran una reacción química pero no se modifican por la reacción) que descomponen o acumulan compuestos biológicos. 3. ¿Cómo se clasifican las enzimas de acuerdo al tipo de sustrato sobre el que actúa? De acuerdo al tipo de sustrato sobre el que actúan las enzimas se clasifican en a. Oxidorreductasas:  Catalizan reacciones de oxidación y reducción. Los electrones que resultan eliminados de la sustancia que se oxida son aceptados por el agente que causa la oxidación (agente oxidante). b. Transferasas: Transfieren un grupo químico de una molécula a otra. es una enzima que cataliza la transferencia de un grupo funcional, por ejemplo un metilo o un grupo fosfato, de una molécula donadora a otra aceptora. Por ejemplo, una reacción de transferencia es la siguiente: A–X + B  A + B–X. →

c. Hidrolasas: Enzima capaz de catalizar la hidrólisis de un enlace químico. Por ejemplo, una enzima que catalice la reacción siguiente será una hidrolasa: A–B + H2O  A–OH + B–H. →

d. Liasas: Son enzimas que catalizan la ruptura de enlaces C-C, C-S, C-N y otros enlaces no peptídicos por otros medios distintos a la hidrólisis o la oxidación.

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e. Isomerasas: Es una enzima que transforma un isómero de un compuesto químico en otro. Puede, por ejemplo, transformar una molécula de glucosa en una de galactosa. f. Ligasas: Enzimas que catalizan la unión de dos moléculas a partir de la formación de enlaces covalentes, que puede ser entre el extremo 5' de una cadena polinucleotídica y el extremo 3' de otra cadena polinucleotídica. También se denomina enzima de unión de poli nucleótidos. 4. Describa las funciones los mecanismos de acción, los sustratos sobre los que actúan, y reacción que catalizan, las siguientes enzimas: Lipasa: es una enzima que se usa en el organismo para disgregar las grasas de los alimentos de manera que se puedan absorber. Su función principal es catalizar la hidrólisis de triacilglicerol a glicerol y ácidos grasos libres. Las lipasas se encuentran en gran variedad de seres vivos. Proteasa: Enzima que digiere la proteína. Grupo de enzimas que hidrolizan las proteínas transformándolas en aminoácidos o en péptidos sencillos. Secretada por el páncreas que participa en la degradación de las proteínas o peptonas, resultantes de la acción de la pepsina gástrica. Lactasa: Pertenece a la familia de las disacaridasas, que son las enzimas que se encargan de romper los disacáridos en los monosacáridos que los forman. Cuando no se produce suficiente lactasa, la lactosa no se digiere correctamente (mal digestión) y puede provocar una malabsorción de lactosa. La intolerancia a la lactosa son los síntomas de esta malabsorción. Papaína: Es una enzima de hidrolisis obtenido de la futa verde inmadura Carica papaya. La enzima de la papaya, la papaína, desempeña una función fundamental en el proceso digestivo al participar en la descomposición de fuertes fibras de proteína. Pertenece a una familia de proteínas relacionadas, que incluye endopeptidasas, aminopeptidasas, dipeptidil peptidasas y otras enzimas con actividades tanto exo-peptolíticas como endopeptolíticas. Las propiedades peptolíticas de la papaína provocan la ruptura de múltiples enlaces en las proteínas animales, lo que 17

tiene por consecuencia que se pueda utilizar para ablandar la carne destinada al consumo humano. Tripsina: Es una enzima peptidasa, que rompe los enlaces peptídicos de las proteínas mediante hidrólisis para formar péptidos de menor tamaño y aminoácidos. La tripsina es producida en el páncreas y secretada en el duodeno (parte del intestino), donde es esencial para la digestión. El pH óptimo es 8 y la temperatura óptima es 37 °C. Es una enzima específica ya que liga al péptido en las posiciones del carboxilo de residuos Arginina (Arg) o Lisina (Lys) en la cadena, ambos aminoácidos con grupos R cargados positivamente, fragmentando al péptido inicial. Esta es producida por el páncreas en forma de tripsinógeno (enzima inactiva), y luego es activado en el duodeno por la enteropeptidasa a tripsina (enzima activa) mediante corte proteolítico. Sacarasa: conocida también como invertasa, es una enzima que convierte la sacarosa (azúcar común) en glucosa y fructosa. Está presente en el intestino delgado, en el borde del cepillo de las vellosidades intestinales. La enzima sucrasa invertasa, presente preferentemente en la fisiología de las plantas, también hidroliza la sacarosa, pero mediante un mecanismo diferente. La ausencia de sacarasa provoca una enfermedad denominada intolerancia a la sacarosa, de difícil diagnóstico, muchas veces se confunde con la intolerancia a la lactosa.

5. Las cervecerías elaboran la cerveza a partir de enzimas que están contenidas en la levadura. El primer paso consiste en hacer crecer el grano de malta y luego detener la germinación del mismo cuando se forma la radícula (proceso llamado malteado). El proceso enzimático para la elaboración de la cerveza, está dado en dos fases el primero comprende las enzimas que contiene el embrión y a continuación la glucosa actúan las enzimas de la levadura.

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a. ¿Qué tipos de enzimas se activan en el embrión para romper el almidón a carbohidratos más simples? R/:  Alfa-amilasa es una enzima (EC 3.2.1.1) que cataliza la hidrólisis de los enlaces alfa-glucosídicos, de los polisacáridos alfa glucosídicos de alto peso molecular, tales como el almidón y el glucógeno, liberando glucosa y maltosa y la beta-amilasa degrada el almidón y las dextrinas a glucosa (una molécula), maltosa (dos moléculas) y maltotriosa (tres moléculas). Una vez ha actuado la beta-amilasa, el almidón se ha reducido a azúcares fermentables. b. En el segundo paso, las levaduras consumen azúcares simples para producir alcohol y dióxido de carbono. ¿Cómo es el mecanismo enzimático para llevar a cabo estas reacciones? R/: La fermentación alcohólica posee como finalidad biológica aportar energía anaerobia a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno a partir de la glucosa, es en este proceso que las levaduras obtienen energía que disocian las moléculas de glucosa y generan como desechos alcohol y CO2. Estos microorganismos se encuentran en las frutas y cereales, y contribuyen en gran medida al sabor de los productos fermentados. 6. Los hongos de pudrición blanca como el C. versicolor son los únicos organismos capaces de degradar completamente todos los componentes de los materiales lignocelulósicos gracias a las enzimas lignocelulolíticas que producen La unión de un sustrato con una enzima es una interacción muy específica. a. ¿A qué se refiere la especificidad de una enzima por el sustrato por el sustrato que se encuentra en la madera? R/:  Al entorno químico adecuado que permite la interacción entre la enzima y el sustrato mediante la formación de un complejo binario denominado Complejo enzima-sustrato (ES).

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b. Durante la cinética enzimática las velocidades de las reacciones químicas que son catalizadas por las enzimas. ¿Qué factores pueden afectar la actividad enzimática? R/: Factores como la Afinidad de la enzima por el sustrato, la Eficiencia con la que se transforma ese sustrato en el producto de la reacción y también la información sobre ciertos detalles del Mecanismo químico  por el que transcurre la reacción catalizada. c. ¿Qué estructura enzimática se conoce como sitio activo? R/:  A la estructura de la enzima con la naturaleza química necesaria para la interacción con el sustrato, siendo este el lugar donde sucede la “acción” catalítica . Para catalizar una reacción, una enzima se adhiere a una o más moléculas de reactivo. Estas moléculas son los sustratos de la enzima.

d. ¿Cuáles son las condiciones de pH ideales para la cinética enzimática en las enzimas lignocelulolíticas? 20

R/: Se haya en el origen de la enzima donde está la concentración del sustrato y hay la presencia de sustancias asociadas. 7. Las reacciones catalizadas por enzimas se describen utilizando la ecuación de Michaelis-Menten, la cual se muestra en una curva, dificultando los cálculos cinéticos. Para determinar la actividad cinética, la ecuación de Michaelis-Menten y la curva resultante de los cálculos de la velocidad, se transforma en una línea a través de recíprocos dobles, método establecido por Lineweaver-Burk. a. ¿Qué es la cinética enzimática de Michaelis-Menten? R/: Muestra la forma de actuar de las enzimas en presencia de inhibidores o en su estado de funcionamiento óptimo en la cual se grafica la concentración del sustrato (S) vs la velocidad máxima (Vmax), esto se cumple solo cuando la concentración del sustrato es mayor que la concentración de la enzima y cuando la concentración del complejo enzima-sustrato es constante. b. La transformación de sustratos a productos implica las velocidades de transformación. ¿Qué es la velocidad inicial V 0 y la velocidad máxima Vmax? R/: V 0 se le llama a las medidas de velocidad que se toman en la primera etapa lineal. Vmax es la tasa máxima teórica que se obtiene en unas condiciones determinadas o la velocidad que obtendríamos cuando toda la enzima se encuentra unido al sustrato. c. Existe una constante denominada Km o constante de MichaelisMenten. ¿Qué es la Km? ¿Qué determina en cuanto a la afinidad de la enzima por el sustrato? R/: Km es aquella concentración de sustrato a la cual la velocidad de reacción se hace la mitad de su valor máximo. Determina con la ayuda de La Km-la afinidad que tiene la enzima por su sustrato, cuanto mayor es Km  menor es la afinidad 21

(predominan las formas E y S libres), cuanto menor es K m mayor es la afinidad (predomina la forma ES) d. Determine la velocidad máxima y el k m, para los siguientes datos a través del método de Método de Lineweaver –Burk. Para esta actividad realice el cálculo de los valores que se presenta, por el método de Lineweaver –  Burk - Calcule los recíprocos de la actividad enzimática y concentración de sustrato y grafique 1/v como función de 1/ [S]. [S] (mM)

Vo 1/Vo 1/[S] (mM/min) 1/50 50 10 100 19 160 29 190 33 290 46 400 58 800 83 1000 90 [S] concentración del sustrato y V o es la velocidad inicial. El análisis de Lineweaver-Burk plantea la necesidad de trabajar con los valores inversos, es decir (1/Vo y 1/[S]). m: Es la pendiente de la recta b: Es el intercepto con el eje y. Esto significa que el análisis de estimación lineal arroja una ecuación de la siguiente forma: y = mx + b (Línea recta). las variables del caso son: 1/Vo = m y 1/[S] =b

Vo [S] (mM) (mM/min)

1/Vo 22

1/[S]

50

10

100

19

160

29

190

33

290

46

400

58

800

83

1000

90

0,1 0,05263 1579 0,03448 2759 0,03030 303 0,02173 913 0,01724 1379 0,01204 8193 0,01111 1111

0,02 0,01 0,0062 5 0,0052 63158 0,0034 48276 0,0025 0,0012 5 0,001

Vmax

Km 833,333 177,416 333 667

8. ¿Qué son las vitaminas? Investigue cómo se integra la vitamina a la enzima y a la regulación enzimática. R/: Las vitaminas son compuestos heterogéneos imprescindibles para la vida, ya que al ingerirlos de forma equilibrada y en dosis esenciales promueven el correcto funcionamiento fisiológico. Estas se integran ya que hay enzimas no funcionan de manera óptima, o incluso no funcionan en absoluto, a menos que estén unidas a otras moléculas auxiliares no proteicas conocidas 23

como cofactores el cual tiene un subconjunto llamado coenzimas las cuales son moléculas orgánicas (basadas en el carbono) y su fuente más común de coenzimas son las vitaminas de la dieta. Algunas vitaminas son precursores de coenzimas y otras actúan directamente como coenzimas. Por ejemplo, la vitamina C es una coenzima de varias enzimas que participan en la construcción de la proteína llamada colágena, una parte clave del tejido conectivo.

9. Las enzimas son muy sensibles a las variaciones de temperatura y pH. a. En el gráfico 1, indique ¿Qué sucede con la enzima cuando la temperatura está en el punto A? R/: La velocidad es pequeña porque la temperatura es demasiado baja para proporcionar la energía cinética suficiente que supere la energía de activación. b. ¿Cómo afecta a la enzima la temperatura en el punto B ? R/:  El aumento de la temperatura conduce al aumento en la velocidad de la reacción, que tiene un límite cuando se sobrepasa la temperatura de desnaturalización de la enzima, lo que con lleva una pérdida de su función

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Gráfico 1. Velocidad de la reacción vs temperatura. c. Del gráfico 2 indique ¿Qué significa las crestas de la actividad al 100%? R:/ La cresta en la gráfica muestra la variación de la velocidad de reacción a diferentes valores de pH. Es decir cada enzima tiene un pH óptimo con el cual su actividad es máxima, por lo cual si es por encima o por debajo del pH la actividad disminuiría bruscamente, además, variación de pH provoca un cambio en las cargas eléctricas superficiales de la enzima, alterándose su estructura terciaria y, por tanto, su actividad biológica. Cada enzima actúa a un pH óptimo en el que la conformación de la proteína permite la acomodación del sustrato en una región denominada centro activo. La unión entre enzima y sustrato implica un reconocimiento estérico, es decir, relacionado con la forma y el volumen del propio sustrato al que se une específicamente.

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d. ¿Qué tipos de enzimas realizan su actividad catalítica en los distintos pHs que indican las gráficas?

Gráficos 2. Actividad de las enzimas en diversos valores de pH Bioenergética A partir de las referencias estudiadas en la unidad 2 Feduchi, E. (2014). Bioquímica: Conceptos esenciales   (2ª edición). Madrid. Médica Panamericana, S.A. Torres, G. (2011). Módulo de bioquímica . Universidad Nacional Abierta y a distancia UNAD. Durante la descomposición de las moléculas de los alimentos, estas funcionan como donantes de electrones durante la oxidación. El producto de la energía obtenida es más bajo que el de la molécula donante. De otra parte, la energía es almacenada para su uso posterior. Teniendo en cuenta lo anterior, responda las siguientes preguntas: 4. El potencial de reducción se da para ganar electrones y la oxidación para perder electrones. Las moléculas bioquímicas varían su actividad para ganar o perder electrones. 26

a. ¿Cómo la energía libre liberada durante la oxidación de la glucosa a CO2 se conserva en las coenzimas reducidas a NADH y FADH2? R/: En el caso de la glucosa, esta transfiere sus electrones a una molécula final aceptadora de electrones, como el oxígeno. Sin embargo, este no lo hace directamente ya que los electrones contenidos en los enlaces de la glucosa irán de pasando de una molécula a otra, de forma de carbones de la glucosa perderán todos los electrones posibles hasta llegar a su estado de oxidación final (CO2). Es ahí donde los electrones son captados por moléculas oxidadas que se van reduciendo, ya sean en coenzimas o moléculas transportadoras de electrones capaces de aceptarlos. Los principales receptores y transportadores de electrones son el NAD+ y el NADP+ ellos actúan intercambiando electrones en un sistema de oxidación-reducción. Que el anillo nicotinamida de la molécula oxidada puede aceptar los dos electrones y un protón (que equivale a un ion hidruro H).

b. ¿Cómo se da las reacciones de óxido reducción en los nucleótidos de nicotinamida cómo el nicotinamida adenín dinuclecleótido (NAD)?

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R/: Se da al encontrar un dinucleótido (dos nucleótidos) que se une a través de grupos fosfatos, el cual uno es una base de adenina y el otro una nicotinamida, de esta forma buscan el intercambio de electrones y protones y la producción de energía de todas las células.

Dinucleótido de nicotinamida y adenina c. ¿Cómo se forma una molécula de FADH 2 a partir de FAD?  R/: Esta FADH 2 se forma en la reoxidación es decir, la liberación de los dos electrones y dos protones capturados tiene lugar en la cadena respiratoria, lo que posibilita la formación de ATP (fosforilación oxidativa). d. ¿Cómo se convierte el adenosín difosfato (ADP) en adenosín trifosfato (ATP)? R/:  El adenosín difosfato (ADP) se convierte en un compuesto químico cuando está formado por un nucleósido y dos radicales fosfato unidos entre sí, debemos contar con que el nucleósido lo componga una base púrica, la adenina, y un azúcar del tipo pentosa que es la ribosa.

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El adenosín trifosfato (ATP) se convierte al formarse una base nitrogenada (adeina) una unidad al carbono unidad de azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que tendrá en su carbono 5 enlazados tres grupos de fosfato.

e. En la siguiente reacción NADH+H +  ¿Cuál es el papel del ión de hidrógeno? R/: El papel de unión de un Hidruro (H +) el cual se libera en la solución.

5. ¿Cómo se obtiene la energía de los seres vivos, a través del ATP (adenosín trifosfato)? 29

R/: Principalmente por el carbono (fuente de carbono los nutrientes reducidos, como los polisacáridos, de donde extraen la energía química en forma de ATP), que como quimiótrofos consiguen la energía a partir de compuestos químicos. Este es un proceso vital que de acuerdo a la energía química contenida en los enlaces covalentes las moléculas se transforman mediante procesos de óxido-reducción (procesos redox), se libera energía química que se almacenará en otros enlaces (ATP) para liberarse de nuevo cuando sea necesario. a. ¿Cuántas moléculas de Adenosina trifosfato ATP, se forman en la glucólisis? R/: A través de la glucólisis se pueden generar dos moléculas de Piruvato (ácido pirúvico) el cual se obtiene por cada uno 2 ATP en cada molécula entonces se forman 4 ATP

b. ¿Cuántas moléculas de adenosina trifosfato se producen en la cadena transportadora de electrones? R/: Dependiendo de la eficiencia del procesos se pueden dar 38 ATP en la cadena transportadora de electrones.

30

6. Algunas enzimas requieren de un complemento para desempeñar la función enzimática. a. ¿Cuál es la función y el nombre de los cationes metálicos de importancia en la actividad enzimática de algunas enzimas? R/: su nombre es cofactor (cationes metálicos) y tiene un componente no proteínico que es necesario para el correcto funcionamiento de numerosas enzimas. Tienen funciones: Estructurales (como Ca, MG, ZN) Balance eléctrico y osmótico (Na, K) Catálisis ácido bases (Zn, Fe, Mn) Catálisis redox (Fe, Cu, Mn, Co) Funciones Electroquímicas “mensajeros” (Ca, Mg) Respiración y fotosíntesis (Mg, Fe, Cu)      

b. ¿Consulta sobre 5 de estos cationes metálicos y sobre que enzimas actúan? R/: Cofactor

Enzima 31

K+ Mg2+ Cu2+ Ni2+ Se

Piruvato quinasa Hexoquinasa, glucosa ó fosfatasa, Piruvato de Quinasa Citocromo oxidasa, amino oxidasa Ureasa Glutatión peroxidasa

c. La enzima se puede unir a una molécula orgánica, ¿cómo se denominan? Y consultar sobre la función que cumplen en las enzimas y dar ejemplos R/: se denominan Coenzima y su función es transportar de forma transitoria grupos funcionales durante la reacción catalizada por la enzima. EJ.  C (ácido ascórbico), coenzima de algunas peptidasas. Interviene en la síntesis de colágena. B2 (riboflavina), constituyen de las coenzimas FAD y FMN B3 (ácido pantotinico), Constituye de la CoA B6 (piridoxina), interviene en las reacciones de transferencia de grupos aminos. B12 (cobalamina), coenzima en la transferencia de grupos metilo. Biotina, coenzima de las enzimas que transfieren grupos carboxilo, en metabolismo de aminoácidos. d. Realice la descripción de las enzimas y su constitución como holoenzimas. Sus mecanismos de acción y los factores que afectan la actividad. R/: Las enzimas son biocatalizadores que aceleran las reacciones químicas de una forma selectiva y eficiente en el entorno celular. Encontramos enzimas que requieren un componente adicional, como la porción proteínica que es la apoenzima y la molécula completa holoenzcima el cual su mecanismo de acción es con una apoenzima más un cofactor o coenzima

3. ENZIMOLOGÍA. 32

Sandra Mejía Torres Cód.1003243160 Las enzimas están involucradas en una variedad de reacciones químicas en los sistemas alimentarios y biotecnológicos. Actúan como catalizadores (sustancias que aceleran una reacción química pero no se modifican por la reacción) que descomponen o acumulan compuestos biológicos. 1. ¿Cómo se clasifican las enzimas de acuerdo al tipo de sustrato sobre el que actúa? Rta: las enzimas se clasifican en seis clases principales cada una con diferentes subclases o según el tipo de reacciones que realicen. 1. Oxidorreductasas 2. Transferasas 3. Hidrolasas 4. Liasas 5. Isomerasas 6. Ligasas

2. Describa las funciones los mecanismos de acción, los sustratos sobre los que actúan, y reacción que catalizan, las siguientes enzimas: *Lipasa: se usa en el organismo para disgregar las grasas de los alimentos de manera que se puedan absorber, el sustrato sobre la que actúa la lipasa es la ligasa, Los triglicéridos (grasas y aceites) ingeridos en la alimentación, son hidrolizados por las lipasas intestinales hasta glicerol y ácidos grasos libres * Proteasa: actúa rompiendo los enlaces peptídicos de las proteínas para liberar los aminoácidos, el sustrato sobre la que actúa es la hidrolasas y cataliza hidrolizando las proteínas * Lactasa: permite romper las moléculas de alto peso molecular, haciendo reaccionar con molécula de agua, el sustrato que actúa en la lactasa es la lactosa, cataliza la hidrólisis de la lactosa en glucosa y galactosa. 33

* Papaína: actúa sobre los aminoácidos básicos arginina, lisina y Histidina, el sustrato en la que actúa es la proteasa. * Tripsina: rompe los enlaces peptídicos de las proteínas, el sustrato son los carbohidratos, hidroliza péptidos para disminuir las proteínas. *Sacarasa: reblandece los alimentos azucarados con tendencia a cristalizar la sacarosa, el sustrato de la sacarasa es la sacarosa, h idroliza la sacarosa en glucosa y fructosa, realizadas por dos enzimas betafructosidasa y alfaglucosidasa.

3. Las cervecerías elaboran la cerveza a partir de enzimas que está n contenidas en la levadura. El primer paso consiste en hacer crecer el grano de malta y luego detener la germinació n del mismo cuando se forma la radícula (proceso llamado malteado). El proceso enzimático para la elaboración de la cerveza, está dado en dos fases el primero comprende las enzimas que contiene el embrió n y a continuación la glucosa actúan las enzimas de la levadura.

a. ¿Qué tipos de enzimas se activan en el embrió n para romper el almidón a carbohidratos más simples? Rta: HIDROLASAS Enzimas que catalizan las reacciones de hidrólisis de un enlace químico utilizando agua en el proceso

b. En el segundo paso, las levaduras consumen a zúcares simples para producir alcohol y dióxido de carbono. ¿Cómo es el mecanismo enzimático para llevar a cabo estas reacciones? Rta: las enzimas catalizan, las transformaciones de energía involucradas, la glicólisis se realiza en el citoplasma celular y las enzimas que intervienen se pueden aislar con relativa facilidad por no estar asociadas a ninguna partícula subcelular; reacciones como ya se menciona o aparecen dichos compuestos. 4. Los hongos de pudrición blanca como el C. versicolor son los únicos organismos capaces de degradar completamente todos los componentes de los materiales lignocelulósicos gracias a las enzimas lignocelulolí ticas que producen La unión de un sustrato con una enzima es una interacción muy específica. 34

a. ¿A qué se refiere la especificidad de una enzima por el sustrato por el sustrato que se encuentra en la madera? Rta: la baja especificidad de una enzimas se refiere a que les permite oxidar, esta características de las enzimas implican que exista un número muy elevado de ellas pues cada sustrato será modificado por su enzima además de la lignina, una amplia diversidad de compuestos orgánicos contaminantes como tintes, hidrocarburos poliaromáticos, pentaclorofenol (Juan C. QUINTERO D., Gumersindo FEIJOO C. y Juan M. LEMA R.,2006). b.Durante la cinética enzimática las velocidades de las reacciones quí micas que son catalizadas por las enzimas. ¿Qué   factores pueden afectar la actividad enzimática? *La temperatura:cuando sobre pasa la temperatura conlleva a la desnaturalización de las enzimas por efecto de la temperatura. *PH:los cambios en el pH del medio pueden alterar su estado de ionización de las cadenas laterales de las AA ácidos y básicos. c.¿Qué estructura enzimática se conoce como sitio activo? Rta: El Sitio activo es un grupo de aminoácidos de la proteína que son los responsables de la actividad catalítica y que, como consecuencia de la estructura terciaria, se disponen espacialmente de tal manera que la conformación del conjunto es complementaria de la conformación del sustrato. d.¿Cuáles son las condiciones de pH ideales para la cinética enzimá tica en las enzimas lignocelulolíticas? Rta:las variaciones en pH óptimo pueden ser hasta de 2,5 a 3 unidades de pH 5. Las reacciones catalizadas por enzimas se describen utilizando la ecuación de Michaelis-Menten, la cual se muestra en una curva, dificultando los cálculos cinéticos. Para determinar la actividad ciné tica, la ecuación de Michaelis-Menten y la curva resultante de los cá lculos de la velocidad, se transforma en una línea a travé s de recíprocos dobles, método establecido por Lineweaver-Burk. 35

a. ¿Qué es la cinética enzimática de Michaelis-Menten? Rta: la cinética enzimatica es la que describe o estudia las velocidades de reacción catalizadas por enzima.

b. La transformación de sustratos a productos implica las velocidades de transformación. ¿Qué es la velocidad inicial V 0 ? rta:se determina como la pendiente de la recta en el inicio de la reacción, y la velocidad máxima Vmax? La velocidad máxima es la tasa máxima teórica que se obtiene en unas condiciones determinadas.

c. Existe una constante denominada K m o constante de MichaelisMenten. ¿Qué es la K m? Rta:es la que equivale la concentració n de sustrato que se requiere para alcanzar la mitad de la velocidad máxima.

d. ¿Qué determina en cuanto a la afinidad de la enzima por el sustrato? Rta:aunque no es una verdadera constante de afinidad, en ocaciones su valor puede servir de referencia para estimar si existe una buena interacción enzimatica -sustrato.

e. Determine la velocidad máxima y el km, para los siguientes datos a través del método de Método de Lineweaver –Burk. Para esta actividad realice el cálculo de los valores que se presenta, por el método de Lineweaver – Burk - Calcule los recí procos de la actividad enzimática y concentración de sustrato y grafique 1/v como f unción de 1/ [S].

36

[S] concentración del sustrato y V o es la velocidad inicial. El análisis de Lineweaver-Burk plantea la necesidad de trabajar con los valores inversos, es decir (1/Vo y 1/[S]). m: Es la pendiente de la recta b: Es el intercepto con el eje y. Esto significa que el aná lisis de estimación lineal arroja una ecuación de la siguiente forma: y = mx + b (Línea recta). las variables del caso son: 1/Vo = m y 1/[S] = b 6. ¿Qué son las vitaminas? Rta:Son moléculas proteicas o lipídicas que no pueden ser sintetizadas por el organismo. Sólo los seres autótrofos y algunos microorganismos son capaces de fabricarlas. En los seres heterótrofos deben ser tomadas con la dieta alimenticia, a partir de alimentos vegetales. Las vitaminas se dividen en dos grandes grupos que son hidrósoluble y liposoluble. ¿Investigue cómo se integra la vitamina a la enzima y a la regulació n enzimática?. Rta:se une por medio de interacciones no covalentes,las coenzimas son un subconjunto de cofactores que son moléculas orgánicas (basadas en el carbono). La fuente más común de coenzimas son las vitaminas de la dieta. Algunas vitaminas son precursores de coenzimas y otras actúan directamente como coenzimas, algunos iones favorecen la unión entre la enzima y el sustrato y por tanto activan la reacción. La diferencia entre coenzima y cofactor está en que la coenzima es de naturaleza orgánica y el cofactor es de naturaleza inorgánica. 7. Las enzimas son muy sensibles a las variaciones de temperatura y pH. a. En el gráfico 1, indique ¿Qué sucede con la enzima cuando la temperatura está en el punto A? Rta: está en un intervalo óptimo en el cua l se logra mayor actividad catalítica. 37

b. ¿Cómo afecta a la enzima la temperatura en el punto B ? Rta: en la gráficas podemos ver que en el punto B es un intervalo muy alto, en la que la enzima se desnaturaliza por efecto de la temperatura perdiendo su función catalítica.

Gráfico 1. Velocidad de la reacción vs temperatura. c. Del gráfico 2 indique ¿Qué significa las crestas de la actividad al 100%? Rta: significa que tiene mayor actividad específica d. ¿Qué tipos de enzimas realizan su actividad catalítica en los distintos pHs que indican las gráficas? Rta: La enzima que realiza su actividad catalítica en diversos pH óptimo son (los enzimas proteolíticos del jugo gástrico). Actividad (º/º)

38

Gráficos 2. Actividad de las enzimas en diversos valores de Ph

1. Ejercicio 2. Bioenergética Durante la descomposici ón de las mol éculas de los alimentos, estas funcionan como donantes de electrones durante la oxidaci ón. El producto de la energía obtenida es más bajo que el de la mol écula donante. De otra parte, la energía es almacenada para su uso posterior. Teniendo en cuenta lo anterior, responda las siguientes preguntas: 1. El potencial de reducción se da para ganar electrones y la oxidació n para perder electrones. Las moléculas bioquímicas varían su actividad para ganar o perder electrones.

a. ¿Cómo la energía libre liberada durante la oxidación de la glucosa a CO2 se conserva en las coenzimas reducidas a NADH y FADH2? Rta:gran parte de la energía que se libera de la glucosa y de otros combustible celulares se conserva mediantes la sintesis acoplada de ATP a partir de ADP+Pi

b. ¿Cómo se da las reacciones de ó xido reducción en los nucleótidos de nicotinamida cómo el nicotinamida adenín dinuclecleó tido(NAD)? 39

Rta:NAD es la forma oxidada y es un aceptor que interviene en el intercambio de electrones y protones en la producción de energía en la célula. Cuando se reduce el NADH transporta dos electrones y un protón

c. ¿Cómo se forma una molécula de FADH 2 a partir de FAD? Rta:una fracción de la energía se utiliza para reducir un segundo transportador de electrones, el FAD. Por cada giro del ciclo, se forma una molecula de FADH2 a partir de FAD y no se requiere O2 para el ciclo de krebs, los electrones y protones eliminados en la oxidación del carbono, son aceptado por el NAD+ y el FAD. FAD+ 2e- + 2H+

FADH2

d. ¿Cómo se convierte el adenosín difosfato (ADP) en adenosí n trifosfato (ATP)? Rta: bajo condiciones estándar, los compuestos que se encuentran por encima de ATP puede transferir de forma espontánea,un grupo fosforilo al ADP para formar ATP, que a su vez de forma espontánea, transfiere un grupo fosforilo a los grupos apropiados de molécula como la glucosa o glicerol para aumentar su energía. e. En la siguiente reacción NADH+H+ ¿Cuál es el papel del ión de hidrógeno? Rta: se une a la posición 1 de gliceraldehído fosfato 2.a ¿Cómo se obtiene la energía de los seres vivos, a través del ATP (adenosín trifosfato)? Rta:los heterotrofos obtiene energía en forma química (energía biológica) mediante el catabolismo de nutrientes, y la consume en múltiples procesos celulares, tales como la sintesis de macromoléculas, el transporte de solutos a través de membrana o el movimiento generado por contracción celular. b.¿Cuántas moléculas de Adenosina trifosfato ATP, se forman en la glucólisis?

40

Rta:A medida que la glucólisis procede, se libera energía y la energía se utiliza para hacer las cuatro moléculas de ATP. Como resultado, hay una ganancia neta de dos moléculas de ATP durante la glucólisis. Durante esta etapa, los electrones de alta energía también se transfieren a las moléculas de +para producir dos moléculas de NADH, otra molécula de transporte de energía. La NADH se usa en la etapa III de la respiración celular para producir más ATP. c.¿Cuántas moléculas de adenosina trifosfato se producen en la cadena transportadora de electrones? Rta:En la cadena transportadora de electrones cada mo lécula de NADH se convierteen 3 de ATP (2 NADH x 3 = 6 ATP). 3.Algunas enzimas requieren de un complemento para desempeñar la función enzimática. a.¿Cuál es la función y el nombre de los cationes metálicos de importancia en la actividad enzimática de algunas enzimas? Rta:Los cofactores son sustancias que se combinan con la enzima potenciando su actividad catalítica, estos son algunos de los cationes Hierro(Fe++), cobre (cu++) y magnesio(Mg++), estos cationes mantienen el medio celular eléctricamente neutro, regulan la presión osmótica, el equilibrio hídrico y el equilibrio ácido-base b.¿Consulta sobre 5 de estos cationes metálicos y sobre que enzimas actúan? Magnesio:cofactor de enzima que transfiere grupos fosfato desde la ATP, y también cofactor de la enzima acetilcolineterasa. Cobre:cofactor de enzima dependiente que intervien en la formación de:hemoglobina,colageno,lectina y mielina. Hierro:cofactor de enzima oxidasa (peroxidasa, catalasas citocromos C. Manganeso:cofactor de ribonucleotidoreductasa

enzimas

41

como

la

arginina

y

la

Zin:cofactor de enzimas de alcohol deshidrogenasa, carboxipeptidasa A y B. c. La enzima se puede unir a una molé cula orgánica, ¿cómo se denominan? Y consultar sobre la función que cumplen en las enzimas y dar ejemplos Rta:estas moléculas organica se le denomina coenzimas, su función principal es es se como intermediarios metabolicos, un ejemplo de esto es son la deshidrogenasa que utiliza la nicotinamida adenina dinulceotido (NAD) como cofactor. d. Realice la descripció n de las enzimas y su constitución como holoenzimas. Sus mecanismos de acción y los factores que afectan la actividad.

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4.ENZIMOLOGÍA. Yulis Duran Rodríguez Cód. 1047373474 A partir de las referencias estudiadas en la unidad 2 Feduchi, E. (2014). Bioquímica: Conceptos esenciales   (2ª edición). Madrid. Médica Panamericana, S.A. Torres, G. (2011). Módulo de bioquímica . Universidad Nacional Abierta y a distancia UNAD. Las enzimas están involucradas en una variedad de reacciones químicas en los sistemas alimentarios y biotecnológicos. Actúan como catalizadores (sustancias que aceleran una reacción química pero no se modifican por la reacción) que descomponen o acumulan compuestos biológicos. 10. ¿Cómo se clasifican las enzimas de acuerdo al tipo de sustrato sobre el que actúa? Oxidorreductasas. Catalizan reacciones de óxido-reducción, o sea, transferencia de electrones o de átomos de hidrógeno de un sustrato a otro. Ejemplo de ellas son las enzimas deshidrogenasa y c  oxidasa. Transferasas. Catalizan la transferencia de un grupo químico específico diferente del hidrógeno, de un sustrato a otro. Un ejemplo de ello es la enzima glucoquinasa. Hidrolasas. Se ocupan de las reacciones de hidrólisis (ruptura de moléculas orgánicas mediante moléculas de agua). Por ejemplo, la lactasa. Liasas. Enzimas que catalizan la ruptura o la soldadura de los sustratos. Por ejemplo, el acetato descarboxilasa. Isomerasas. Catalizan la interconversión de isómeros, es decir, convierten una molécula en su variante geométrica tridimensional. Ligasas. Estas enzimas hacen la catálisis de reacciones específicas de unión de sustratos, mediante la hidrólisis simultánea de nucleótidos de trifosfato (tales como el ATP o el GTP). Por ejemplo, la enzima privato carboxilasa.













11. Describa las funciones los mecanismos de acción, los sustratos sobre los que actúan, y reacción que catalizan, las siguientes enzimas: Lipasa:  Las lipasas (glicerol-éster hidrolasas;) son enzimas que catalizan la hidrólisis de los enlaces éster presentes en los 43

acilgliceroles in vivo. Además, pueden catalizar la hidrólisis o síntesis de un grupo amplio de ésteres carboxílicos. Estas enzimas están ampliamente distribuidas en la naturaleza, y se encuentran en microorganismos, plantas y animales. Una característica peculiar de las lipasas es que son enzimas solubles en agua que actúan sobre sustratos insolubles y agregados, por lo que operan unidas a interfaces lípido-agua. Bajo estas condiciones, se produce un incremento de la actividad catalítica, respecto a las soluciones con concentraciones por debajo de la concentración micelar crítica, fenómeno conocido como activación interfacial. Proteasa: Las proteasas actúan rompiendo los enlaces peptídicos de las proteínas para liberar los aminoácidos. Pueden romper todas las proteínas a menos que sean parte de una célula viva. Es una enzima secretada por el páncreas que participa en la degradación de las proteínas o peptonas, resultantes de la acción de la pepsina gástrica. La proteasa se secreta en forma de proenzima y es activada por el jugo intestinal. Se administra junto con las otras proenzimas pancreáticas (amilasa, lipasa) cuando existe disminución de las secreciones pancreáticas. Lactasa: La enzima lactasa descompone la lactosa en glucosa y galactosa. La lactasa, un tipo de β-galactosidasa, es una enzima producida en el intestino delgado y que se sintetiza durante la infancia de todos los mamíferos. Su acción es imprescindible en el proceso de conversión de la lactosa, azúcar doble (disacárido), en sus componentes glucosa y galactosa. 

Papaína: La papaína que se extrae de la papaya es una enzima proteolítica, es decir, con capacidad para digerir las proteínas de los alimentos. Similar a la pepsina, una enzima que está en nuestro jugo gástrico, sus aplicaciones son en distintas áreas. Hoy se utiliza en la industria alimenticia como ablandador de carnes y también en la clarificación de cervezas y otras bebidas. Hidroliza proteínas, pequeños carbohidratos y grasas.

péptidos,

aminas,

ésteres,

Antihelmíntica, antibacteriana, vermífuga, antidiarreica; Usada en terapia de enfermedades digestivas, efecto anticoagulante, presenta actividad amebicida.

44

Tripsina: cataliza en el intestino delgado la fragmentación de las proteínas en peptonas, péptidos y aminoácidos, es producida en el páncreas y segregado por el duodeno donde es esencial para la digestión. La tripsina actúa hidrolizando péptidos en sus componentes estructurales básicos conocidos como aminoácidos. Sacarasa: La sacarasa, conocida también como invertasa, es una enzima que convierte la sacarosa (azúcar común) en glucosa y fructosa. Está presente en el intestino delgado, en el borde del cepillo de las vellosidades intestinales. 12. Las cervecerías elaboran la cerveza a partir de enzimas que están contenidas en la levadura. El primer paso consiste en hacer crecer el grano de malta y luego detener la germinación del mismo cuando se forma la radícula (proceso llamado malteado). El proceso enzimático para la elaboración de la cerveza, está dado en dos fases el primero comprende las enzimas que contiene el embrión y a continuación la glucosa actúan las enzimas de la levadura. a. ¿Qué tipos de enzimas se activan en el embrión para romper el almidón a carbohidratos más simples? Los primeros productores de cerveza descubrieron que si se dejaba germinar el grano de los cereales, este era especialmente indicado para producir cerveza. Ello se debe a que, durante la germinación, se activan enzimas amilasas, contenidas en el propio grano, para romper el almidón del endospermo en azúcares simples y obtener a partir de estos energía para el desarrollo. El grano de la cebada es uno de los más apropiados para producir cerveza, debido a su alto contenido en enzimas. b. En el segundo paso, las levaduras consumen azúcares simples para producir alcohol y dióxido de carbono. ¿Cómo es el mecanismo enzimático para llevar a cabo estas reacciones? La fermentación alcohólica es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de oxígeno, originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es: CH3CH2-OH), dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y moléculas de adenosín trifosfato (ATP) que consumen los 45

propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbio. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc. En la actualidad ha empezado a sintetizarse también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible. La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbia a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno a partir de la glucosa. En el proceso, las levaduras obtienen energía disociando las moléculas de glucosa y generan como desechos alcohol y CO2. Las levaduras y bacterias causantes de este fenómeno son microorganismos muy habituales en las frutas y cereales y contribuyen en gran medida al sabor de los productos fermentados. Una de las principales características de estos microorganismos es que viven en ambientes completamente carentes de oxígeno (O2), máxime durante la reacción química, y es por ello que la fermentación alcohólica es un proceso anaerobio o anaeróbico. 13. Los hongos de pudrición blanca como el C. versicolor son los únicos organismos capaces de degradar completamente todos los componentes de los materiales lignocelulósicos gracias a las enzimas lignocelulolíticas que producen La unión de un sustrato con una enzima es una interacción muy específica. a. ¿A qué se refiere la especificidad de una enzima por el sustrato que se encuentra en la madera? Los hongos de la podredumbre blanca de la madera, también llamados hongos ligninolíticos, así como sus enzimas ligninolíticas, tienen potencial aplicación en la industria del papel, principalmente en el proceso de des lignificación durante el blanqueo, y en biorremediación de suelos y aguas contaminadas, porque la baja especificidad de estas enzimas les permite oxidar, además de la lignina, una amplia variedad de compuestos orgánicos contaminantes como tintes, hidrocarburos poliaromáticos, pentaclorofenol, etc. La especificidad significa que las enzimas pueden catalizar la transformación de apenas un substrato o una familia de substratos relacionados estructuralmente, 46

catalizando solo una de las posibles reacciones que ese substrato puede experimentar. b. Durante la cinética enzimática las velocidades de las reacciones químicas que son catalizadas por las enzimas. ¿Qué factores pueden afectar la actividad enzimática? Los factores que afectan la actividad enzimática son: Efecto del pH Las enzimas actúan dentro de límites estrechos de pH (pH óptimo de la reacción).Por ejemplo, la pepsina (enzima estomacal) tiene un pH óptimo de 2, al graficar su actividad enzimática para valores crecientes de pH, comenzando desde la zona ácida, se obtiene una curva en forma de campana. El máximo de la curva corresponde al pH óptimo en el cual la enzima tiene su máxima actividad. En medios muy ácidos o muy alcalinos, la enzima se desnaturaliza y se inactiva. Otras enzimas en cambio tienen una actividad óptima a pH alcalino como la tripsina (enzima intestinal) (Figura 1).

Figura 1. Efecto del pH sobre la actividad enzimática de la pepsina y tripsina. Temperatura La velocidad de las reacciones enzimáticas aumenta, por lo general, con la temperatura, dentro del intervalo en que la enzima es estable y activa. La velocidad por lo general se duplica por cada 10°C de aumento térmico. La actividad enzimática máxima se alcanza a una temperatura óptima, luego la actividad 47

decrece y finalmente cesa por completo a causa de la desnaturalización progresiva de la enzima por acción de la temperatura. A bajas temperaturas, las reacciones disminuyen mucho o se detienen porque decrece la cinética molecular, pero la acción catalítica reaparece cuando la temperatura se eleva a valores normales para la enzima. No olvidar que una enzima humana típica posee su óptimo a 37 º C, en cambio otros organismos como, por ejemplo, las bacterias termófilas resistentes a altas temperaturas tienen su óptimo de actividad cercano a los 80º C (Figura 2).

Figura 2. Efecto de la temperatura sobre la actividad enzimática en una enzima típica humana y una bacteria termófila.

48

Figura 3. Desnaturalización de una proteína Concentración Concentración de sustrato Principalmente, la velocidad de la reacción o catálisis varía de acuerdo a la concentración del sustrato. Al aumentar la concentración de sustrato, la actividad enzimática aumenta, hasta alcanzar la velocidad máxima, punto donde la enzima se satura, debido a que las enzimas tienen todos sus sitios activos ocupados (Figura 4).

49

Figura 4. Efecto de la concentración del sustrato sobre la velocidad de una reacción enzimática. c. ¿Qué estructura enzimática se conoce como sitio activo? Para catalizar una reacción, una enzima se pega (une) a una o más moléculas de reactivo. Estas moléculas son los sustratos de la enzima. En algunas reacciones, un sustrato se rompe en varios productos. En otras, dos sustratos se unen para crear una molécula más grande o para intercambiar partes. De hecho, para cualquier rección biolígica que se te pueda ocurrir, probablemente exista una enzima para acelerarla. La parte de la enzima donde se une el sustrato se llama SITIO ACTIVO (ya que ahí es donde sucede la acción catalítica. d. ¿Cuáles son las condiciones de pH ideales para la cinética enzimática en las enzimas lignocelulolíticas? 14. Las reacciones catalizadas por enzimas se describen utilizando la ecuación de Michaelis-Menten, la cual se muestra en una curva, dificultando los cálculos cinéticos. Para determinar la actividad cinética, la ecuación de Michaelis-Menten y la curva resultante de 50

los cálculos de la velocidad, se transforma en una línea a través de recíprocos dobles, método establecido por Lineweaver-Burk. a. ¿Qué es la cinética enzimática de Michaelis-Menten? Describe la velocidad de reacción de muchas reacciones enzimáticas. Recibe este nombre en honor a Leonor Michaelis y Maude y Maude Menten. Este Menten. Este modelo sólo es válido cuando la concentración del sustrato es mayor que la concentración de la enzima, y para condiciones de estado estacionario, estacionario, es decir, cuando la concentración del complejo enzima-sustrato es constante. b. La transformación de sustratos a productos implica las velocidades de transformación. ¿Qué es la velocidad inicial V 0 y la velocidad máxima V max? En donde la velocidad de la acción de un enzima es función de la cantidad de sustrato presente, la cantidad de enzima y las características del enzima, la afinidad del enzima por el sustrato y el poder catalítico del enzima La velocidad máxima Vmáx estima el número de centros activos del enzima. Recordar que hemos definido la Vmáx como la velocidad que obtendríamos cuando todo el enzima se encuentra unido al sustrato. A la constante k2 (poder catalítico del enzima) se la reconoce con con el nombre de número de recambio, es el número de moléculas de sustrato convertidas en producto por unidad de tiempo. Por lo que la Vmáx depende de dos cosas, la cantidad de enzima presente y la capacidad catalítica del enzima, es decir la velocidad con que transforma al sustrato. c. Existe una constante denominada Km o constante de MichaelisMenten. ¿Qué es la Km? ¿Qué determina en cuanto a la afinidad de la enzima por el sustrato? La Km nos da una idea la afinidad que tiene el enzima por su sustrato, cuanto mayor es Km menor es la afinidad (predominan las formas E y S libres), cuanto menor es Km mayor es la afinidad (predomina la forma ES). d. Determine la velocidad máxima y el k m, para los siguientes datos a través del método de Método de Lineweaver –Burk. Para esta actividad realice el cálculo de los valores que se presenta, por el método de Lineweaver – Burk - Calcule los recíprocos de 51

la actividad enzimática y concentración de sustrato y grafique 1/v como función de 1/ [S]. [S] (mM)

Vo 1/Vo 1/[S] (mM/min) 1/50 50 10 100 19 160 29 190 33 290 46 400 58 800 83 1000 90 [S] concentración del sustrato y V o es la velocidad inicial. El análisis de Lineweaver-Burk plantea la necesidad de trabajar con los valores inversos, es decir (1/Vo y 1/[S]). m: Es la pendiente de la recta b: Es el intercepto con el eje y. Esto significa que el análisis de estimación lineal arroja una ecuación de la siguiente forma: y = mx + b (Línea recta). las variables del caso son: 1/Vo = m y 1/[S] =b [S] (mM)

Vo (mM/min)

1/[S]

50 100 160 190 290 400 800 1000

10 19 29 33 46 58 83 90

0,02 0,01 0,00625 0,005263 0,003448 0,0025 0,00125 0,001

52

1/Vo (mM/min) 0,1 0,05263157894 0,03448 0,03030 0,02173 0,01724 0,01204 0,01111

1/Vo (mM/min) y = 4.697x + 0.0058

0.2 0.1 -0.2

-0.15

-0.1

0 -0.05 -0.1 0

0.05 1/Vo (mM/min)

-0.2 -0.3

Linear (1/Vo (mM/min))

-0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8

Vmax = 1/0,0058 Vmax=172,413793 Km= 4,697 x 172,413793 Km= 0,0272426 15. ¿Qué son las vitaminas? Investigue cómo se integra la vitamina a la enzima y a la regulación enzimática. Las vitaminas son sustancias que el cuerpo necesita para crecer y desarrollarse normalmente. Su cuerpo necesita 13 vitaminas. Estas son: 





  

Vitamina A Vitaminas B (tiamina, riboflavina, niacina, ácido pantoténico, biotina, vitamina B-6, vitamina B-12 y folato o ácido fólico Vitamina C Vitamina D Vitamina E Vitamina K Por lo general, las vitaminas provienen de los alimentos que consume. El cuerpo también puede producir vitaminas D y K. Las personas que llevan una dieta vegetariana pueden necesitar un suplemento de vitamina B12. 53

16. Las enzimas son muy sensibles a las variaciones de temperatura y pH. a. En el gráfico 1, indique ¿Qué sucede con la enzima cuando la temperatura está en el punto A? Se desnaturaliza; se dificulta la unión enzima-sustrato y además llega un momento en el que la enzima se desnaturaliza y pierde su actividad enzimática debido a la temperatura. ¿Cómo afecta a la enzima la temperatura en el punto B ?

Gráfico 1. Velocidad de la reacción vs temperatura. b. Del gráfico 2 indique ¿Qué significa las crestas de la actividad al 100%? c. ¿Qué tipos de enzimas realizan su actividad catalítica en los distintos pHs que indican las gráficas? 54

La pepsina gástrica tiene un pH óptimo de 2, la ureasa lo tiene a pH a 7 y la arginada lo tiene a pH 10.

Gráficos 2. Actividad de las enzimas en diversos valores de pH 2 Ejercicio 2. Bioenergética A partir de las referencias estudiadas en la unidad 2 Feduchi, E. (2014). Bioquímica: Conceptos esenciales  (2ª edición). Madrid. Médica Panamericana, S.A. Torres, G. (2011). Módulo de bioquímica . Universidad Nacional Abierta y a distancia UNAD.

Durante la descomposición de las moléculas de los alimentos, estas funcionan como donantes de electrones durante la oxidación. El producto de la energía obtenida es más bajo que el de la molécula donante. De otra parte, la energía es almacenada para su uso posterior. Teniendo en cuenta lo anterior, responda las siguientes preguntas: 55

7. El potencial de reducción se da para ganar electrones y la oxidación para perder electrones. Las moléculas bioquímicas varían su actividad para ganar o perder electrones. a. ¿Cómo la energía libre liberada durante la oxidación de la glucosa a CO2 se conserva en las coenzimas reducidas a NADH y FADH2? Se obtienen cantidades de coenzimas reducidas (NADH y FADH2), y es a través de la oxidación posterior que se obtendrá la energía para sintetizar ATP. Cada coenzima NADH equivale a 3 ATP y cada coenzima FADH2 equivale a 2 ATP.

b. ¿Cómo se da las reacciones de óxido reducción en los nucleótidos de nicotinamida cómo el nicotinamida adenín dinuclecleótido(NAD)? En el metabolismo,  el NAD+ participa en las reacciones redox (oxidorreducción), llevando los electrones de una reacción a otra. La coenzima, por tanto, se encuentra en dos formas en las células: NAD+ y NADH. El NAD+, que es un agente oxidante, acepta electrones de otras moléculas y pasa a ser reducido, formándose NADH, que puede ser utilizado entonces como agente reductor para donar electrones. Estas reacciones de transferencia de electrones son la principal función del NAD+. Sin embargo, también es utilizado en otros procesos celulares, en especial como sustrato de las enzimas que añaden o eliminan grupos químicos de las proteínas, en modificaciones post-traduccionales. Debido a la importancia de estas funciones, las enzimas que intervienen en el metabolismo del NAD+ son objetivos para el descubrimiento de medicamentos. c. ¿Cómo se forma una molécula de FADH 2 a partir de FAD?  El FAD es una coenzima que interviene como dador o aceptor de electrones y protones (poder reductor) en reacciones metabólicas redox; su estado oxidado (FAD) se reduce a FADH2 al aceptar dos átomos de hidrógeno (cada uno 56

formado por un electrón y un protón), según la siguiente reacción:

Por tanto, al reducirse capta dos protones  y dos electrones, lo que lo capacita para intervenir como dador de energía o de poder reductor en el metabolismo. Por ejemplo, el FAD (y también el NAD) se reduce en el ciclo de Krebs y se oxida en la cadena respiratoria (respiración aeróbica). d. ¿Cómo se convierte el adenosín difosfato (ADP) en adenosín trifosfato (ATP)? El ATP se origina por el metabolismo de los alimentos en unos orgánulos especiales de la célula llamados mitocondrias. El ATP se comporta como un coenzima, ya que su función de intercambio de energía y la función catalítica (trabajo de estimulación) de las enzimas están íntimamente relacionadas. La parte adenosina de la molécula está constituida por adenina, un compuesto que contiene nitrógeno (también uno de los componentes principales de los genes) y ribosa, un azúcar de cinco carbonos. Cada unidad de los tres fosfatos (trifosfato) que tiene la molécula, está formada por un átomo de fósforo y cuatro de oxígeno y el conjunto está unido a la ribosa a través de uno de estos últimos. Los dos puentes entre los grupos fosfato son uniones de alta energía, es decir, son relativamente débiles y cuando las enzimas los rompen ceden su energía con facilidad. Con la liberación del grupo fosfato del final se obtienen siete kilocalorías (o calorías en el lenguaje común) de energía disponible para el trabajo y la molécula de ATP se convierte en ADP (difosfato de adenosina). La mayoría de las reacciones celulares que consumen energía están potenciadas por la conversión de ATP a ADP incluso la transmisión de las señales nerviosas, el movimiento de los músculos, la síntesis de proteínas y la división de la célula. e. En la siguiente reacción NADH+H+ ¿Cuál es el papel del ión de hidrógeno? 57

El NADPH+H+ proporciona parte del poder reductor necesario para las reacciones de reducciónde la biosíntesis. El dinucleótido de nicotinamida y adenina, también conocido como nicotin adenin dinucleótido o nicotinamida adenina dinucleótido (abreviado NAD+ en su forma oxidada y NADH en su forma reducida), es una coenzima que se halla en las células vivas y que está compuesta por un dinucleótido, es decir, por dos nucleótidos, unidos a través de grupos fosfatos: uno de ellos es una base de adenina y el otro, una nicotinamida.  Su función principal es el intercambio de electrones y protones y la producción de energía de todas las células. 8. ¿Cómo se obtiene la energía de los seres vivos, a través del ATP (adenosín trifosfato)? Se produce durante la foto respiración y la respiración celular, y es consumido por muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos. Su fórmula molecular es C 10H16N5O13P3. a. ¿Cuántas moléculas de Adenosina trifosfato ATP, se forman en la glucólisis? Durante la glucólisis, una molécula de glucosa se divide en dos moléculas de piruvato, usando 2 ATP mientras se producen 4 moléculas de ATP y 2 moléculas de NADH b. ¿Cuántas moléculas de adenosina trifosfato se producen en la cadena transportadora de electrones? LA RESPIRACIÓN CELULAR AERÓBICA O es el conjunto de reacciones en las cuales el ácido pirúvico producido por la glucólisis se transforma en CO2 y H2O, y en el proceso, se producen 36 moléculas de ATP. 9. Algunas enzimas requieren de un complemento para desempeñar la función enzimática. a. ¿Cuál es la función y el nombre de los cationes metálicos de importancia en la actividad enzimática de algunas enzimas? b. ¿Consulta sobre 5 de estos cationes metálicos y sobre que enzimas actúan? c. La enzima se puede unir a una molécula orgánica, ¿cómo se denominan? Y consultar sobre la función que cumplen en las enzimas y dar ejemplos d. Realice la descripción de las enzimas y su constitución como holoenzimas. Sus mecanismos de acción y los factores que afectan la actividad. 58

5.ENZIMOLOGÍA Jasshira paola lopez hoyos 1. ¿Cómo se clasifican las enzimas de acuerdo al tipo de sustrato sobre el que actúa?

2. Describa las funciones los mecanismos de acción, los sustratos sobre los que actúan, y reacción que catalizan, las siguientes enzimas: Lipasa: Estas enzimas lipolíticas, tienen como función principal catalizar la hidrólisis de los triglicéridos, liberando gliceroles. Es decir que, al hidrolizar las uniones de los esteres de los triglicéridos, provocan que los productos creados puedan ser eliminados en un medio acuoso al ser más solubles Los productos creados son monoglicéridos, diglicéridos o gliceroles. Estas enzimas suelen requerir un pH neutro o alcalino. Proteasa: sustrato proteínas excepto colágeno (e. colágeno). Es una enzima tipo hidrolasa. Por la reacción catalizada: son pocos los casos en 59

que se conoce exactamente la reacción catalizada, en términos de qué unión es hidrolizada en el substrato. Se aplica sobre todo a exopeptidasas. Lactasa: se utiliza de sustrato la lactosa para convertirla en glucosa y galactosa. Papaína: es una enzima que se adquiere por medio de la fruta llamada papaya y ayuda al organismo a hidrolizar proteínas de estructura fuerte o estable. Tripsina: Enzima producida en el páncreas que se encarga de hidrolizar proteínas para transformarla en pequeños péptidos. Sacarasa: Enzima que se encuentra en el intestino delgado, encargada de la transformación de Sacarosa (azúcar de mesa) en glucosa y fructosa. 3. Las cervecerías elaboran la cerveza a partir de enzimas que están contenidas en la levadura. El primer paso consiste en hacer crecer el grano de malta y luego detener la germinación del mismo cuando se forma la radícula (proceso llamado malteado). El proceso enzimático para la elaboración de la cerveza, está dado en dos fases el primero comprende las enzimas que contiene el embrión y a continuación la glucosa actúan las enzimas de la levadura. a. ¿Qué tipos de enzimas se activan en el embrión para romper el almidón a carbohidratos más simples? Alfa amilasa –  La Alfa amilasa romperá las largas ramas de Amilopectina de los almidones y creará los azúcares largos (dextrinas) y amilasas. La Alfa Amilasa trabaja a una temperatura de entre 67ºC – 73ºC, al macerar a estas temperaturas crea un mosto menos fermentable y con bastante cuerpo. Beta amilasa – La Beta amilasa se encarga de la terminación más pequeña de la parte final de cada rama, creando una molécula libre, 60

de maltosa cada vez. Y no trabajará en los almidones creados por la Alpha Amilasa. La Beta Amilasa trabaja a temperaturas entre 55 ° C y 66 ° C y creará un mosto altamente fermentable con menos cuerpo y un final seco. b. En el segundo paso, las levaduras consumen azúcares simples para producir alcohol y dióxido de carbono. ¿Cómo es el mecanismo enzimático para llevar a cabo estas reacciones? a fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbia a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno a partir de la glucosa. En el proceso, las levaduras obtienen energía disociando las moléculas de glucosa y generan como desechos alcohol y CO 2. 4. Los hongos de pudrición blanca como el C. versicolor son los únicos organismos capaces de degradar completamente todos los componentes de los materiales lignocelulósicos gracias a las enzimas lignocelulolíticas que producen La unión de un sustrato con una enzima es una interacción muy específica. a. ¿A qué se refiere la especificidad de una enzima por el sustrato por el sustrato que se encuentra en la madera? es la estructura que se forma de la unión de una enzima con su sustrato (la molécula sobre la que actúa la enzima). Algunas proteínas tienen la capacidad de modificarlos ligándos a los cuales son unidos, es decir, actúan como catalizadores moleculares. Su función es acelerar en varios órdenes de magnitud el ajuste del equilibrio químico y la velocidad de reacciones químicas, que sin ellas podrían tardar una eternidad.

b. Durante la cinética enzimática las velocidades de las reacciones químicas que son catalizadas por las enzimas. ¿Qué factores pueden afectar la actividad enzimática?

61

La medida se realiza siempre en la condiciones optimas de Ph, temperatura, presencia de cofactores, y se utiliza concentraciones saturadas de sustrato. c. ¿Qué estructura enzimática se conoce como sitio activo? Para catalizar una reacción, una enzima se pega (une) a una o más moléculas de reactivo. Estas moléculasson los sustratos de la enzima. En algunasreacciones, un sustrato se rompe en variosproductos. d. ¿Cuáles son las condiciones de pH ideales para la cinética enzimática en las enzimas lignocelulolíticas? En condiciones experimentales definidas (sustrato, pH, temperatura), la constante de Michaelis (KM) tiene un valor propio para cada enzima y es uno de los parámetros que la caracterizan, al igual que el PM, pl, composición en aminoácidos 5. Las reacciones catalizadas por enzimas se describen utilizando la ecuación de Michaelis-Menten, la cual se muestra en una curva, dificultando los cálculos cinéticos. Para determinar la actividad cinética, la ecuación de Michaelis-Menten y la curva resultante de los cálculos de la velocidad, se transforma en una línea a través de recíprocos dobles, método establecido por Lineweaver-Burk. a. ¿Qué es la cinética enzimática de Michaelis-Menten? Los estudios sistemáticos del efecto de la concentración inicial del sustrato sobre la actividad enzimática comenzaron a realizarse a finales del siglo XIX. Y ya en 1882 se introdujo el concepto del complejo enzima-sustrato como intermediario del proceso de catálisis enzimática.

b. La transformación de sustratos a productos implica las velocidades de transformación. ¿Qué es la velocidad inicial V 0 y la velocidad máxima V máx.? La velocidad máximaVmáx estima el número de centros activos del enzima. 62

La velocidad inicial es la aparición y/o desaparición del producto. c. Existe una constante denominada Km o constante de MichaelisMenten. ¿Qué es la Km? ¿Qué determina en cuanto a la afinidad de la enzima por el sustrato? KM es la concentración de sustrato para la cual la velocidad de reacción es la mitad de la velocidad máxima. La Km nos da una idea la afinidad que tiene el enzima por su sustrato, cuanto mayor es Km menor es la afinidad (predominan las formas E y S libres), cuanto menor es Km mayor es la afinidad (predomina la forma ES). La velocidad máxima Vmáx estima el número de centros activos del enzima. ... La cantidad de sustrato presente. d. Determine la velocidad máxima y el k m, para los siguientes datos a través del método de Método de Lineweaver –Burk. Para esta actividad realice el cálculo de los valores que se presenta, por el método de Lineweaver –  Burk - Calcule los recíprocos de la actividad enzimática y concentración de sustrato y grafique 1/v como función de 1/ [S]. [S] (mM) 50 100 160 190 290 400 800 1000

Vo (mM/min) 10

1/Vo

1/[S]

1/50 0.02

19

0..1

29

0,00625

33

0,005263

46

0,1 0,05263157894 0,03448 0,03030

0,003448 0,02173

58

0,0025

83

0,01724

0,00125 0,01204

90

[S] concentración del sustrato y V o es la velocidad inicial. El análisis de Lineweaver-Burk plantea la necesidad de trabajar con los valores inversos, es decir (1/Vo y 1/[S]). 63

m: Es la pendiente de la recta b: Es el intercepto con el eje y. Esto significa que el análisis de estimación lineal arroja una ecuación de la siguiente forma: y = mx + b (Línea recta). las variables del caso son: 1/Vo = m y 1/[S] = b 6. ¿Qué son las vitaminas? Investigue cómo se integra la vitamina a la enzima y a la regulación enzimática. Las vitaminas son sustancias presentes en los alimentos en pequeñas cantidades que son indispensables para el correcto funcionamiento del organismo. Actúan como catalizador en las reacciones químicas que se produce en el cuerpo humano provocando la liberación de energía. Lácteos: leche, mantequilla y queso cheddar. Vegetales: zanahoria, brócoli, batata, col y espinacas. Fruta: melón, albaricoque y mango. Regulación de la actividad enzimática. La totalidad de reacciones bioquímicas de un organismo constituye su metabolismo, el cual consiste en secuencias de reacciones químicas catalizadas por enzimas llamadas vías metabólicas. 7. Las enzimas son muy sensibles a las variaciones de temperatura y pH. a. En el gráfico 1, indique ¿Qué sucede con la enzima cuando la temperatura está en el punto A? Lo que podemos observar es que en el momento pierde la actividad enzimática. b. ¿Cómo afecta a la enzima la temperatura en el punto B?

64

c. Del gráfico 2 indique ¿Qué significa las crestas de la actividad al 100%? d. ¿Qué tipos de enzimas realizan su actividad catalítica en los distintos pHs que indican las gráficas? A medidas que la reacción transcurre la velocidad de acumulación del producto va disminuyendo por que se va consumiendo el sustrato de la reacción.

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Bioenergética A partir de las referencias estudiadas en la unidad 2 Feduchi, E. (2014). Bioquímica: Conceptos esenciales   (2ª edición). Madrid. Médica Panamericana, S.A. Torres, G. (2011). Módulo de bioquímica . Universidad Nacional Abierta y a distancia UNAD. Durante la descomposición de las moléculas de los alimentos, estas funcionan como donantes de electrones durante la oxidación. El producto de la energía obtenida es más bajo que el de la molécula donante. De otra parte, la energía es almacenada para su uso posterior. Teniendo en cuenta lo anterior, responda las siguientes preguntas:

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10. El potencial de reducción se da para ganar electrones y la oxidación para perder electrones. Las moléculas bioquímicas varían su actividad para ganar o perder electrones. a. ¿Cómo la energía libre liberada durante la oxidación de la glucosa a CO2 se conserva en las coenzimas reducidas a NADH y FADH2? Cuando hablamos de oxidación de glucosa, nos referimos a que los enlaces ... pierden los electrones de hidrógeno y el NAD+ se reducen NADH y H+. La energía de esta reacción de oxidación se almacena formando un enlace ... la célula con utilización de O2, proceso conocido como respiración celular. b. ¿Cómo se da las reacciones de óxido reducción en los nucleótidos de nicotinamida cómo el nicotinamida adenín dinuclecleótido(NAD)? La nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (abreviada NADP+ en su forma oxidada y NADPH+ en su forma reducida)  es una coenzima que interviene en numerosas vías anabólicas. c. ¿Cómo se forma una molécula de FADH 2 a partir de FAD?  El flavín adenín dinucleótido o dinucleótido de flavina y adenina (abreviado FAD en su forma oxidada y FADH2 en su forma ... El FAD es una molécula compuesta por una unidad de riboflavina (vitamina B2), unida a un ... (poder reductor) en reacciones metabólicas redox; su estado oxidado (FAD) sereduce a FADH2 d. ¿Cómo se convierte el adenosín difosfato (ADP) en adenosín trifosfato (ATP)? El adenosín difosfato ( ADP ) es un nucleótido difosfato, es decir, un compuesto químico formado por un nucleósido y dos radicales fosfato unidos entre sí. En este caso el nucleósido lo componen una base púrica, la adenina, y un azúcar del tipo pentosa que es la ribosa. e. En la siguiente reacción NADH+H +  ¿Cuál es el papel del ión de hidrógeno? Un ion fosfato se une a la posición 1 del gliceraldehído fosfato. 6. ... Allí participa en una reacción de oxidación que genera un grupo acetilo y una ... por ciclo), y parte se usa para producir NADH y H + a partir del NAD (tres moléculas por ciclo) 67

11. ¿Cómo se obtiene la energía de los seres vivos, a través del ATP (adenosín trifosfato)? a. ¿Cuántas moléculas de Adenosina trifosfato ATP, se forman en la glucólisis? La primera etapa de la respiración celular es la glucólisis, la cual no requiere oxígeno. Durante la glucólisis, una molécula de glucosa se divide en dos moléculas de piruvato, usando 2 ATP mientras se producen 4 moléculas de ATP y 2 moléculas de NADH. b. ¿Cuántas moléculas de adenosina trifosfato se producen en la cadena transportadora de electrones? 3 moléculas ATP 12. Algunas enzimas requieren de un complemento para desempeñar la función enzimática a. ¿Cuál es la función y el nombre de los cationes metálicos de importancia en la actividad enzimática de algunas enzimas? Su función: Los cationes se describen con un estado de oxidación positivo. En términos químicos, es cuando un átomo neutro pierde uno o más b. ¿Consulta sobre 5 de estos cationes metálicos y sobre que enzimas actúan? litio LI, sodio NA, potasio K, magnesio MG, cesio CS,

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c. La enzima se puede unir a una molécula orgánica, ¿cómo se denominan? Y consultar sobre la función que cumplen en las enzimas y dar ejemplos En el proceso de catálisis, o de unir pequeñas moléculas, como los sustratos o ... es la pérdida o merma de la función, de la capacidad enzimática. d. Realice la descripción de las enzimas y su constitución como holoenzimas. Sus mecanismos de acción y los factores que afectan la actividad. Definición de enzima. Una enzima es una proteína que cataliza las reacciones bioquímicas del metabolismo. Las enzimas actúan sobre las moléculas conocidas como sustratos y permiten el desarrollo de los diversos procesos celulares. Las enzimas son moléculas orgánicas que actúan como catalizadores de reacciones . El término "holoenzima" también puede ser aplicado a aquellas enzimas que contienen múltiples subunidades, como en el caso de la ADN ... Los mecanismos de la enzima de la catálisis desempeñan muchos papeles importantes en el funcionamiento de una carrocería sana. Una enzima puede existir mientras que un complejo o ella de la multi-subunidad se puede asociar a un cofactor tal como trifosfato de adenosina (ATP). Las enzimas son vitales para las reacciones bioquímicas que ocurren a un régimen muy lento en la temperatura ambiente o la presión porque pueden impulsar la reacción incluso bajo condiciones de otra manera normales. Factores que afectan la actividad enzimática. Los factores que afectan la actividad enzimática son:Efecto del pH Las enzimas actúan dentro de límites estrechos de pH (pH óptimo de la reacción)....

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