Cómo funcionan las enzimas
¿Las células tienen una enzima con muchas funciones, o muchas enzimas, cada una con una sola función? Las enzimas. Proteínas mágicas necesarias para la vida. ¿Cómo funcionan las enzimas? ¿Cómo catalizan una sola reacción bioquímica específica? En un puzzle, sólo dos piezas encajan correctamente. Comprender esto es uno de los principales pasos para entender cómo funcionan las enzimas. Función de las enzimas ¿Cómo aceleran las enzimas las reacciones bioquímicas de forma tan espectacular? Como todos los catalizadores, las enzimas actúan reduciendo la energía de activación de las reacciones químicas. La energía de activación es la energía necesaria para iniciar una reacción química. Esto se ilustra en la siguiente figura. La reacción bioquímica mostrada en la figura requiere aproximadamente tres veces más energía de activación sin la enzima que con ella. En http://www.youtube.com/watch?v=CZD5xsOKres (2:02) se puede ver una animación sobre el funcionamiento de las enzimas.
La reacción representada por este gráfico es una reacción de combustión en la que intervienen los reactivos glucosa (C6H12O6) y oxígeno (O2). Los productos de la reacción son dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Durante la reacción también se libera energía. La enzima acelera la reacción reduciendo la energía de activación necesaria para que ésta se inicie. Compare la energía de activación con y sin la enzima. Por lo general, las enzimas disminuyen la energía de activación al reducir la energía necesaria para que los reactivos se unan y reaccionen. Por ejemplo: El sitio activo es específico para los reactivos de la reacción bioquímica que la enzima cataliza. Al igual que las piezas de un puzzle que encajan, el sitio activo sólo puede unir ciertos sustratos. Esta molécula de enzima se une a las moléculas reactivas -llamadas sustrato- en su sitio activo, formando un complejo enzima-sustrato. Esto hace que los reactivos se unan y se posicionen correctamente para que pueda producirse la reacción. Después de la reacción, los productos se liberan del sitio activo de la enzima. Esto libera a la enzima para que pueda catalizar otras reacciones. La actividad de las enzimas también depende de la temperatura, las condiciones iónicas y el pH del entorno. Algunas enzimas funcionan mejor en pHs ácidos, mientras que otras lo hacen en entornos neutros. Resumen Explora más Explora más I Utiliza este recurso para responder a las preguntas que siguen.
Ejemplo de energía de activación en biología
Una sustancia que ayuda a que se produzca una reacción química se llama catalizador, y las moléculas que catalizan las reacciones bioquímicas se llaman enzimas. La mayoría de las enzimas son proteínas y realizan la tarea crítica de reducir las energías de activación de las reacciones químicas dentro de la célula. La mayoría de las reacciones críticas para una célula viva ocurren demasiado lentamente a temperaturas normales como para ser útiles para la célula. Sin enzimas que aceleren estas reacciones, la vida no podría persistir. Las enzimas lo hacen uniéndose a las moléculas reactivas y manteniéndolas de forma que los procesos de ruptura y formación de enlaces químicos se produzcan más fácilmente. Es importante recordar que las enzimas no cambian si una reacción es exergónica (espontánea) o endergónica. Esto se debe a que no cambian la energía libre de los reactivos o productos. Sólo reducen la energía de activación necesaria para que la reacción avance (Figura 1). Además, una enzima no cambia la reacción que cataliza. Una vez catalizada una reacción, la enzima puede participar en otras.
Cómo funcionan las enzimas
Las enzimas son una clase importante de proteínas que ayudan en los procesos celulares. Las enzimas son particulares en su unión y pueden ser reguladas alostéricamente. En las reacciones catalizadas por enzimas, éstas disminuyen la energía de activación necesaria para una determinada reacción química. La energía libre de los reactivos y los productos no cambia, sólo el nivel de energía umbral necesario para que se inicie la reacción. Las enzimas pueden reducir la energía de activación de una reacción química de tres maneras. Una de las formas de reducir la energía de activación es haciendo que la enzima se una a dos de las moléculas de sustrato y las oriente de forma precisa para favorecer la reacción. Esto se puede considerar como el alineamiento de los bolsillos de unión de los sustratos para que no se deje al azar que choquen y se orienten de esta manera. Otra forma en la que las enzimas pueden reducir la energía de activación es reordenando los electrones en el sustrato de forma que haya zonas que lleven cargas parciales positivas y negativas que favorezcan que se produzca una reacción. Por último, la enzima puede tensar el sustrato unido, lo que le obliga a pasar a un estado de transición que favorece la reacción. Al manipular los sustratos de la reacción, la enzima puede reducir la energía necesaria para que se produzca la reacción. La propia enzima no es un componente de la reacción química y es la misma molécula al principio de la reacción que al final.
4 formas en que las enzimas reducen la energía de activación
Las enzimas: Ya has oído hablar un poco de Sam y su equipo de MODS, pero ¿qué es una enzima y cuál es su función en una reacción química? Descubre más sobre las enzimas en esta videoconferencia http://thelabatcma.com/2012/08/enzymes/ y en este módulo de aprendizaje en línea http://www.ck12.org/concept/Enzymes#allEnzyme Reacciones catalizadas: La mayoría de nosotros aprendemos mejor haciendo. Cada uno de estos laboratorios virtuales te ayudará a comprender diferentes factores que pueden afectar a la actividad de las enzimas. http://www.mhhe.com/biosci/genbio/virtual_labs/BL_11/BL_11.html y http://www.sascurriculumpathways.com/portal/Launch?id=1Activation Energía: La idea de la energía de activación es fundamental para cualquier proceso biológico. Este recurso proporcionará una visión general básica del concepto y algunas aplicaciones adicionales. http://www.ck12.org/concept/Activation-Energy/?ref=%2Fconcept%2FActivation-EnergyReal Mundo: A veces, apreciar el papel de moléculas invisibles, como las enzimas, es más fácil cuando se puede situar en el contexto de nuestras experiencias cotidianas. http://www.npr.org/search/index.php?searchinput=enzymes, http://www.popsci.com/category/tags/enzymes y http://www.radiolab.org/2012/apr/02/
