ENZIM: FUNCIONAMENT I EXEMPLES - BIOLOGIA - 2025

Una enzim, catalitzador biològic o biocatalizador és una molècula, generalment d'origen proteic, que té la capacitat d'accelerar les reaccions químiques que tenen lloc a l'interior dels éssers vius. Les molècules proteiques catalitzadores són els enzims, i les de naturalesa d'ARN són ribozims.

En absència dels enzims, el nombre enorme de reaccions que tenen lloc en la cèl·lula i que permeten la vida, no podrien ocórrer. Aquests s'encarreguen d'accelerar el procés en ordres de magnitud propers a 10 ⁶ - i en alguns casos molt més gran.

Diagrama esquemàtic d'una unió clau-pany d'un complex enzim-substrat. Font: Competitive_inhibition_es.svg: * Competitive_inhibition.svg: Authored by Jerry Crimson Mann, modified by TimVickers, vectorized by Fvasconcellosderivative work: Ginesta (talk) derivative work: Bekerr

catàlisi

Un catalitzador és una molècula capaç d'alterar la velocitat d'una reacció química sense ser consumit en aquesta reacció.

Les reaccions químiques involucren energia: les molècules inicials involucrades en la reacció o reactants comencen amb un grau d'energia. Una quantitat addicional d'energia és absorbida per aconseguir el "estat de transició". Posteriorment, l'energia és alliberada amb els productes.

La diferència d'energia entre els reactants i els productes s'expressa com AG. Si els nivells d'energia dels productes és més gran que els reactants la reacció és endergónica i no és espontània. En contrast, si l'energia dels productes és menor, la reacció és exergónica i espontània.

No obstant això, que una reacció sigui espontània, no vol dir que passarà a una velocitat apreciable. La velocitat de la reacció depèn de l'AG * (l'asterisc fa referència a l'energia d'activació).

El lector ha de mantenir aquests conceptes en ment per poder entendre com ocorre el funcionament dels enzims.

enzims

Què és un enzim?

Els enzims són molècules biològiques d'una complexitat increïble, formada principalment per proteïnes. Les proteïnes, al seu torn, són llargues cadenes d'aminoàcids.

Una de les característiques més destacades dels enzims és la seva especificitat en la molècula blanc - aquesta molècula es denomina substrat.

Característiques dels enzims

Els enzims existeixen en diverses formes. Algunes estan compostes totalment de proteïnes, mentre altres tenen regions de naturalesa no proteica anomenades cofactors (metalls, ions, molècules orgàniques, etc.).

Així, una apoenzima és un enzim sense el seu cofactor, i la combinació de la apoenzima i el seu cofactor es denominen holoenzima.

Són molècules d'una mida considerablement gran. No obstant això, només un petit lloc de l'enzim participa directament en la reacció amb el substrat, i aquesta regió és el lloc actiu.

Quan la reacció comença l'enzim s'acobla amb el seu substrat com una clau s'acobla amb el seu pany (aquest model és una simplificació de l'procés biològic real, però serveix per il·lustrar el procés).

Totes les reaccions químiques que ocorren al nostre cos estan catalitzades per enzims. De fet, si aquestes molècules no existissin, haguéssim d'esperar centenars o milers d'anys perquè les reaccions es completessin. Per això, la regulació de l'activitat enzimàtica ha de ser controlada de manera molt específica.

Nomenclatura i classificació dels enzims

Quan veiem una molècula el nom acaba en -asa, podem estar segurs que és un enzim (encara que existeixen excepcions a aquesta regla, com la tripsina). Aquesta és la convenció per designar el nom dels enzims.

Hi ha sis tipus bàsics d'enzims: oxidoreductases, transferases, hidrolases, liases, isomerasas i lligases; encarregades de: reaccions redox, transferència d'àtoms, hidròlisi, addició de dobles enllaços, isomerització i unió de molècules, respectivament.

Com funcionen els enzims?

En l'apartat de catàlisi esmentem que la velocitat de la reacció depèn de la valor de AG *. Mentre més gran és aquest valor, la reacció és cada vegada més lenta. L'enzim s'encarrega de disminuir aquest paràmetre - incrementant així la velocitat de la reacció.

La diferència entre els productes i els reactants roman idèntica (l'enzim no l'afecta), igual que la distribució dels mateixos. L'enzim facilita la formació de l'estat transició.

inhibidors enzimàtics

En el context de l'estudi dels enzims, els inhibidors són substàncies que aconsegueixen disminuir l'activitat de l'catalitzador. Es classifiquen en dos tipus: inhibidors competitius i no competitius. Els de el primer tipus competeixen amb el substrat i els altres no ho fan.

Generalment el procés d'inhibició és reversible, encara que alguns inhibidors poden romandre acoblats a l'enzim de manera gairebé permanent.

exemples

Hi ha una àmplia quantitat d'enzims en les nostres cèl·lules - i en les cèl·lules de tots els éssers vius. No obstant això, les més conegudes són les que participen en rutes metabòliques com la glucòlisi, cicle de Krebs, cadena transportadora d'electrons, entre d'altres.

La succinat deshidrogenasa és un enzim de l'tipus oxidoreductasa que catalitza l'oxidació de l'succinat. En aquest cas, la reacció involucra la pèrdua de dos àtoms d'hidrogen.

Diferència entre els catalitzadors biològics (enzims) i els catalitzadors químics

Hi catalitzadors de naturalesa química que, com els biològics, incrementen la velocitat de les reaccions. No obstant això, hi ha diferències notables entre ambdós tipus de molècules.

Les reaccions catalitzades per enzims ocorren més ràpid

En primer lloc, els enzims aconsegueixen incrementar la velocitat de les reaccions en ordres de magnitud properes a 10 ⁶ fins a 10 ¹². Els catalitzadors químics també incrementen la velocitat, però només uns pocs ordres de magnitud.

La majoria dels enzims treballen a condicions fisiològiques

Com les reaccions biològiques són dutes a terme a l'interior dels éssers vius, les seves condicions òptimes envolten els valors fisiològics de temperatura i pH. Els químics, per la seva banda, necessiten condicions dràstiques de temperatura, pressió i acidesa.

especificitat

Els enzims són molt específiques en les reaccions que catalitzen. En la majoria dels casos, només treballen amb un substrat o amb uns pocs. L'especificitat també s'aplica per al tipus de productes que produeixen. El rang de substrats dels catalitzadors químics és molt més ampli.

Les forces que determinen l'especificitat de la interacció entre l'enzim i el seu substrat són les mateixes que dicten la conformació de la proteïna mateixa (interaccions de Van der Waals, electrostàtiques, enllaços d'hidrogen i hidrofòbiques).

La regulació enzimàtica és precisa

Finalment, els enzims tenen una major capacitat de regulació i l'activitat d'aquestes varien d'acord a la concentració de diferents substàncies en la cèl·lula.

Entre els mecanismes de regulació trobem el control al·lostèric, la modificació covalent dels enzims i la variació en la quantitat d'enzim que es sintetitza.

referències

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Bioquímica. Reverté.
2. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Bioquímica. Sixth edition. Thomson. Brooks / Cole.
3. Devlin, TM (2011). Textbook of biochemistry. John Wiley & Sons.
4. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Bioquímica: text i atles. Ed. Mèdica Panamericana.
5. Mougios, V. (2006). Exercise biochemistry. Human Kinetics.
6. Müller-Esterl, W. (2008). Bioquímica. Fonaments per a medicina i ciències de la vida. Reverté.
7. Poortmans, JR (2004). Principles of exercise biochemistry. Karger.
8. Voet, D., & Voet, JG (2006). Bioquímica. Ed. Mèdica Panamericana.