BIBLIOGRAFIA

• Biotecnología para ingenieros (SCRAGG-ELLIS HORWOOD) Balderas 2004, pág. 185-189.
• Bioquímica ( LUBERT STRYER, JEREMY M, JOHN TYMOCZKO) Editorial Reverte, pág. 189-216.
• Lehninger, Albert L. (1995), Bioquímica, Ed. Omega, Barcelona, España. Pág. 189 

SITIO DE ACTIVE

El sitio activo consiste en un átomo de zinc, Su-67, Cys-174, Cys-46, Ser-48, Su-51, lle-269, Val-292, Ala-317 y Fhe-319.

El zinc coordina el sustrato. El zinc es coordinado por todas las anteriores para estabilizar NAD mediante la formación de enlaces de hidrógeno. Su-51 y lle-269 forman enlaces de hidrógeno con los enlaces de alcohol nicotinamida ribosa. Fhe-319 Ala-317 y Val-292 forman enlaces de hidrógeno con la amida de NAD.

LA OXIDACIÓN DEL ALCOHOL

MECANISMOS DE ACCIÓN EN LOS SERES HUMANOS:

Pasos:

• La unión de la coenzima NAD;
• Unión del sustrato de alcohol por la coordinación del zinc;
• Desprotonación del Su-51;
• Desprotonación de la nicotinamida ribosa;
• Desprotonación de la Ser-48;
• La desprotonación del alcohol;
• Tranferencia de Hidruro a partir del ión alcóxido a NAD,  que conduce a NADH y un aldehído o cetona unido al zinc;
• La liberación del aldehído producto;

El mecanismo en la levadura en las bacterias es la inversa de esta reacción. Estos pasos son apoyados a través de estudios cinéticos.

 

SUBUNIDADES INVOLUCRADAS:

 

El sustrato está coordinado con el zinc y esta enzima tiene dos átomos de zinc por subunidad. Uno de ellos es el sitio activo que está implicado en la catálisis. En el sitio activo, los ligandos son Cys-46, Cys-174, Su-67, y una molécula de agua. La otra subunidad está involucrado con la estructura. Este mecanismo, el hidruro a partir del alcohol va a NAD. Las estructuras cristalinas que los Su-51 desprotonan la nicotinamida ribosa, que deprotona Ser-48.

-Por último, Ser-48 desprotona el alcohol, por lo que es un aldehído. Desde un punto de vista mecanicista, si la enzima añade hidruro a la cara de NAD, el hidrógeno resultante se incorpora en la posición pro-R.

Las enzimas que añaden hidruro se consideran como clase A deshidrogenasa.



PROPIEDADES DEL ADH

Las Alcohol-deshidrogenasa comprenden un grupo de varios isoenzimas que catalizan la oxidación de alcoholes primarios y secundarios en aldehídos y cetonas, respectivamente, y también pueden catalizar la reacción inversa.

En los mamíferos, esta es una reacción redox que implica la coenzima dinucleótido de nicotinamida y adenina, y cofactor PQQ. La alcohol-deshidrogenasa es un dímero con una masa de 80kda.  

 

 

 

 

DESCUBRIMIENTO DEL ALCOHOL-DESHIDROGENASA

La primera vez aislado alcohol-deshidrogenasa se purificó en 1937 a partir de  Saccharomyces Cerevisiae. Muchos aspectos del mecanismo catalítico fueron investigados por Hugo Theorell y sus compañeros de trabajo. ADH también fue una de las primeras enzimas oligoméricas que tenían su secuencia de aminoácidos y la estructura tridimensional determinada.

A principios de 1960 se descubrió en moscas de la fruta del género Drosophila. 

EVOLUCIÓN DEL ALCOHOL-DESHIDROGENASA

La evidencia genética de las comparaciones de múltiples organismos, mostró que un formaldehido deshidrogenasa dependiente del glutatión, idéntica a una alcohol-deshidrogenasa clase III, es probable que la enzima ancestral para toda la familia ADH. Al principio de la evolución, un método eficaz para la eliminación de formaldehido tanto endógeno y exógeno era importante y esta capacidad se ha conservado la ancestral ADH-III, seguido por una serie de mutaciones, las otras ADHs evolucionaron. Se cree que la capacidad de producir etanol a partir de azúcar que han evolucionado inicialmente en la levadura, esta característica no es adaptiva desde un punto de vista energético, pero al hacer alcohol en concentraciones tan elevadas por lo que eran tóxicos para otros organismos, las células podrían eliminar de manera efectiva su competencia dado que el medio donde se podría contener más de 4% de etanol, podría causar un desbalance en el sistema de cualquier organismo para metabolizar etanol exógeno.

Esto fue pensado para explicar la conservación de etanol activo ADH en otras especies de levadura, aunque ADH-III se sabe que también tiene un papel importante en las señalización.

DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA: ALCOHOL-DESHIDROGENASA (ADH)

Las enzimas son el producto de expresión de genes; por tanto, su actividad puede verse modulada por el genotipo del individuo. El estudio de la actividad enzimática tiene gran importancia en la ciencia básica, bioquímica y biotecnología. Así mismo, la presencia de distintas isoenzimas y su actividad enzimática diferencial puede ser empleada como marcador bioquímico de normalidad  o anormalidad.

La enzima alcohol-deshidrogenasa (Alcohol: NAD+ OXIDO-REDUCTASA; EC 1.1.1.1) cataliza la oxidación de alcoholes y la oxidación de aldehídos. Existe una clara diferencia en la actividad enzimática ADH entre genotipos de frutas o ácidos. Se observa también una clara influencia del ambiente. Estos resultados apoyan que existe una adaptación de algunos organismos en medios que contengan alcohol.

En los seres humanos y otros animales, sirven para romper alcoholes que de una manera son tóxicos, y que también participan en la generación de aldehído útil, centona, otros grupos de alcohol durante la biosíntesis de diversos metabolitos. En levaduras, plantas y en muchas bacterias, un poco de alcohol-deshidrogenasa puede catalizar la reacción opuesta, como parte de la fermentación para asegurar un suministro constante de NAD.   

RECUPERACIÓN DE LA ENZIMA

La mayor parte de las enzimas industriales son de origen extra celular y, en consecuencia, las técnicas de extracción se ajustan a esta actividad. Sin embargo, al igual que los procesos de fermentación con células, el problema clave concierne al bajo nivel de producto en una gran cantidad de liquido. Para la mayoría de las aplicaciones industriales, una concentración de hasta diez veces, después de la extracción, se puede necesitar una purificación de mil veces.

MECANISMOS DE BIOSÍNTESIS DE ENZIMAS

Una vez que se ha encontrado un organismo adecuado, es esencial asegurar que mantiene la síntesis de enzima, de preferencia, en realidad la aumenta. Así, esto lleva a considerar los factores que pueden afectar la síntesis de la enzima. Estos se pueden agrupar en dos categorías:

1. Sistemas inducibles;
2. Mecanismos de represión.

ENZIMAS INDUCIBLES:

 

Pocas enzimas son realmente constitutivas, es decir, reducidas en todas las condiciones todo el tiempo. Las enzimas que pueden considerarse en esta categoría son las de metabolismo respiratorio central. La síntesis de otras enzimas está  típicamente influenciada por sustancias inductoras y la mayoría de las enzimas industriales caen en esta categoría.

 

*Ejemplos de enzimas inducibles industriales:

 

MECANISMOS DE REPRESIÓN:

 

Los mecanismos de represión utilizan la retroalimentación en la represión de catabolitos.

La representación de catabolitos es la clave en la producción industrial de enzimas, puesto que muchas enzimas blanco son afectadas por este tipo de regulación. Esto es más obvio cuando las células crecen rápidamente sobre sustratos de carbono fácilmente metabolizables. El ejemplo clásico es la represión de la B-galactosidasa por la glucosa, descrita inicialmente por Eppes y Gale en 1942. Mediante la represión de catabolitos, el organismo puede hacer mejor uso de los sustratos disponibles, asumiendo, por supuesto, que el medio de crecimiento está presente más de uno. Los mecanismos de represión de catabolitos no están bien entendidos en las bacterias, y mucho menos en los hongos.  

 

LOS ENZIMAS ESTÀN SOMETIDOS A INHIBICIÒN

Los inhibidores enzimáticos son agentes moleculares que interfieren en la catálisis, haciendo más lentas o deteniendo las reacciones. Los enzimas catalizan, prácticamente todos los procesos celulares por lo que no es sorprendente que los inhibidores enzimáticos se encuentren entre los agentes farmacéuticos más importantes.

Por ejemplo, la aspirina (acetilsalicilato) inhibe el enzima que cataliza el primer paso de  la síntesis de prostaglandinas, compuestos que intervienen en muchos procesos,  algunos de los cueles producen dolor. El estudio de los inhibidores enzimáticos también ha proporcionado información  valiosa sobre los mecanismos enzimáticos y ha ayudado a definir algunas rutas metabólicas. Hay dos amplias clases de inhibidores enzimáticos: reversibles e irreversibles.  

LA CINÈTICA ENZIMÀTICA COMO MÈTODO PARA COMPRENDER EL MECANISMO

Normalmente se utilizan muchos métodos para estudiar el mecanismo de acción purificados. El conocimiento de la estructura tridimensional de la proteína proporciona información importante. El valor de la información estructural aumenta en gran manera con la química de proteínas clásica y con los modernos métodos de la mutagènesis  dirigida, que permiten a los enzimòlogos examinar el papel de aminoácidos concretos en la estructura y en la reacción del enzima. No obstante, el enfoque central para estudiar el mecanismo de una reacción catalizada por un enzima consiste en medir la velocidad de la reacción y la forma en que se modifica como respuesta a cambios en los parámetros experimentales. disciplina que se conoce como cinética enzimática. Es este el método mas antiguo para conocer el mecanismo enzimático y uno de los que continúan siendo mas importantes en la actualidad.   

¿CÒMO FUNCIONAN LAS ENZIMAS?

La catálisis enzimática de las reacciones es esencial para los sistemas vivos. En condiciones biológicamente significativas, las reacciones sin catalizar tienden a ser lentas. La mayoría de moléculas biológicas son muy estables al pH neutro, temperatura suave y ambiente acuoso presentes en el interior de las células. Además, muchas reacciones comunes de bioquímica suponen situaciones químicas que son desfavorables a poco probables en el ambiente celular, tales como la formación transitoria de intermedios cargados inestables o la colisión de dos o más moléculas con la orientación precisa requerida para la reacción. Sencillamente, las reacciones necesarias para digerir los alimentos, enviar señales nerviosas o contraer el músculo no se dan a una velocidad útil sin catálisis.

 Una enzima soluciona estos problemas al proporcionar un ambiente específico dentro del cual una reacción determinada es, energéticamente, más favorable. El rango distintivo de una reacción catalizada enzimáticamente es que tiene lugar dentro de los confines  de una bolsa del enzima denominada sitio activo (Figura 8-1). La molécula fijada en el sitio activo y sobre la que actúa el enzima se denomina sustrato. La superficie del centro activo del enzima esta revestida con residuos aminoácidos cuyos grupos sustituyentes se unen al sustrato y catalizan su transformación química. El complejo enzima-sustrato, cuya existencia fue propuesta por primera vez por Adolphe Wurtz en 1880, es de importancia central en la acción de los enzimas. Es también el punto de partida de los tratamientos matemáticos que definen el comportamiento cinético de las reacciones catalizadas por enzimas así como de las descripciones teóricas de los mecanismos enzimáticos.

  

LOS ESTADOS DE TRANSICIÒN

Una reacción química que transforma el sustrato S en producto P transcurre a través de un estado de transición S‡

que tiene mayor energía libre que S o P.

 

 

      

 

El estado de transición corresponde a la especie molecular que dura menos tiempo en la reacción, debido a que presenta la mayor energía libre. La energía libre de activación de Gibbs simbolizada por

∆G‡ ,  es igual a la diferencia en energía libre entre el estado de transición y el sustrato.

                     

                      

 

 

  

CINÈTICA QUÌMICA

Las reacciones químicas pueden clasificarse basándose en el numero de moléculas que en total deben reaccionar para formar los productos de la reacción. Así tendremos reacciones monomoleculares, bimoleculares y trimoleculares, en las que reaccionan una, dos o tres moléculas.

Las reacciones de primer orden tienen lugar a una velocidad exactamente proporcional a la concentración del reaccionante.

Los principios generales de la cinética de las reacciones químicas son aplicables a las reacciones catalizadas por las enzimas, pero estas muestran también un rasgo característico que no se observan en las reacciones enzimáticas: La saturación con el sustrato.

A una concentración de sustrato baja, la velocidad inicial es casi proporcional a la concentración del sustrato y la reacción, por tanto, es aproximadamente de primer orden con respecto al mismo. Con un aumento posterior de la concentración del sustrato, la velocidad de la reacción llega a ser independiente a una velocidad constante.

INTRODUCCIÒN:

Hemos visto que cada tipo de célula puede contener millares de proteínas diferentes, que cada especie de organismo contiene un conjunto característico de proteínas químicamente diferentes de los otros organismos. Las proteínas han sido conocidas desde hace más de un siglo, el conocimiento presente de su comportamiento como solutos en los sistemas acuosos se han conseguido en los últimos años basándose en estudios fisicoquímicos.

Las Enzimas se sabe que son proteínas especializadas en la catálisis de las reacciones biológicas, se encuentran entre las más notables de las biomolèculas conocidas debido a su especificidad y a su poder catalítico, que es mucho mayor que la de los catalizadores hechos por el hombre.

El nombre de Enzima es aquella biomolècula que puede modificar la velocidad de reacción.

Se clasifica en 6 tipos:

 

• Òxido-reductasas
• Transferasas
• Hidrolasas
• Liasas
• Isomerasas
• Ligasas

La actividad de algunas enzimas depende solamente de su estructura como proteínas mientras que otras necesitan, además uno o más componentes no proteicos llamados: cofactores.

 

Un ejemplo de un cofactor es el zinc2+ el cual actúa en la enzima alcohol-deshidrogenasa.