Enzims: Funció, Activitat i Regulació en Biocatàlisi
Enzims: Catalitzadors Biològics Essencials
Els enzims actuen com a catalitzadors biològics. La seva funció principal és disminuir l'energia d'activació necessària perquè es dugui a terme una reacció química.
Característiques dels Enzims
- No alteren el producte final de la reacció.
- Intervenen en la reacció sense patir cap modificació.
- No desplacen la constant d'equilibri per tal d'obtenir més producte.
- Tenen una alta especificitat.
- Són molt efectius.
Gràcies als enzims, es poden dur a terme reaccions a gran velocitat i a temperatures baixes, ja que una molècula d'enzim pot catalitzar milers de molècules per segon.
Activitat de les Reaccions Enzimàtiques
La molècula d'enzim interacciona amb el substrat en un procés que consta de dues fases principals:
- Primera fase: El substrat s'acobla mitjançant fixació a l'enzim, formant així el complex substrat-enzim (E + S = Complex E-S).
- Segona fase: El complex enzim-substrat se separa i allibera el producte i l'enzim intacte (Complex E-S = P + E).
En resum, el procés global és: E + S = ES = P + E.
La regió en la qual l'enzim interacciona amb el substrat s'anomena centre actiu.
Factors que Modifiquen l'Activitat Enzimàtica
- Temperatura (Tº): Quan la temperatura puja, l'activitat enzimàtica augmenta fins a arribar a la temperatura òptima, on l'activitat és màxima. Això és degut al fet que l'augment de temperatura provoca una major energia cinètica i, per tant, major moviment, la qual cosa implica més possibilitat que es trobin l'enzim i el substrat. Però si la temperatura és excessiva, l'enzim es desnaturalitza i es torna inactiu.
- pH: Cada enzim actua dins d'uns valors de pH específics. Si aquests valors se superen, l'enzim es desnaturalitza i perd activitat. El punt de màxima activitat enzimàtica es troba en el pH òptim.
- Concentració de substrat: Si tenim una concentració d'enzim constant i augmentem la concentració de substrat, la velocitat de reacció augmenta fins que la molècula d'enzim se satura.
Equació de Michaelis-Menten:
V = Vmax * ( [S] / ( [S] + Km ) )
- V
- velocitat de reacció
- [S]
- concentració de substrat
- Vmax
- velocitat màxima
- Km
- constant de Michaelis-Menten
Regulació Enzimàtica
La regulació de l'activitat enzimàtica es pot dur a terme de diverses maneres:
- Control genètic: Actua sobre els trams d'ADN que codifiquen cada enzim.
- Substàncies activadores/inhibidores: Es necessiten substàncies per activar o desactivar els enzims situats en zones metabòliques específiques:
- Activadors: Poden col·laborar en la reacció enzimàtica potenciant la catàlisi.
- Inhibidors: Són petites molècules específiques que disminueixen l'activitat d'un enzim o impedeixen la seva actuació. Hi ha dos tipus d'inhibició:
- Inhibició irreversible: Es dona quan s'altera el centre actiu de l'enzim, es modifica la seva estructura i, per tant, l'inutilitza de forma permanent.
- Inhibició reversible: Es dona quan no s'altera el centre actiu de forma permanent, sinó que l'inhibidor només impedeix el normal funcionament de l'enzim. Hi ha dues maneres:
- Inhibició reversible competitiva: L'inhibidor és una molècula molt semblant a la del substrat que arriba a unir-se amb el centre actiu de l'enzim. Com l'enzim no és actiu sobre l'inhibidor, aquest es queda unit a l'enzim i impedeix que el substrat ocupi el centre actiu.
- Inhibició reversible no competitiva: Es dona quan un inhibidor o bé actua sobre el complex E-S i el fa fix, o bé s'uneix amb l'enzim en un lloc diferent del centre actiu i impedeix l'accés del substrat al centre actiu.
- Enzims al·lostèrics: Són enzims formats per protòmers, que tenen un centre actiu idèntic i un altre centre anomenat regulador, on s'acobla un activador o un inhibidor de l'enzim.
Estructura dels Enzims
- Enzims estrictament proteics: Formats exclusivament per seqüències de proteïnes.
- Holoenzims: Formats per l'associació d'una fracció polipeptídica (apoenzim) i una fracció no polipeptídica o cofactor.
- Coenzims: Són molècules orgàniques de baix pes molecular que s'encarreguen de reconèixer la reacció. Desenvolupen la seva acció enzimàtica de les següents maneres:
- Col·laborant en l'acoblament del substrat al centre actiu de l'apoenzim.
- Servint com a lloc addicional de fixació del substrat.
- Participant directament en el mecanisme catalític i actuant sobre el substrat.
Vitamines
Les vitamines són biomolècules orgàniques necessàries per a l'activitat metabòlica cel·lular. Un excés d'elles s'anomena hipervitaminosi, i un dèficit, avitaminosi.
Hormones
Les hormones són biomolècules orgàniques que actuen com a biocatalitzadors cel·lulars. Solen ser pèptids o proteïnes. Són sintetitzades per les glàndules endocrines i transportades a través de la sang.
La seva funció consisteix a estimular la secreció d'una glàndula o bé regular el funcionament d'un teixit. Cada glàndula té unes cèl·lules sensibles anomenades cèl·lules diana.
La secreció de cada hormona és regulada pel sistema nerviós central.