Las enzimas son las proteínas que el cataliza las reacciones químicas del ( es decir aceleran ) en reacciones enzimáticas, las moléculas que al principio del proceso se llaman los substratos, y la enzima las convierte en diversas moléculas, los productos. Casi todos los procesos en una célula biológica necesitan las enzimas para ocurrir a las tarifas significativas. Puesto que las enzimas son extremadamente selectivas para sus substratos y aceleran solamente algunas reacciones entre de muchas posibilidades, el sistema de enzimas hechas en una célula determina qué caminos metabólicos ocurrir en esa célula.
Como todos los catalizadores, las enzimas trabajan bajando la energía de activación ( E a o el ‡ del de G del de Δ) para una reacción, así dramáticamente acelerando el índice de la reacción. La mayoría de las tarifas de la reacción enzimática son millones de épocas más rápidamente que los de reacciones uncatalyzed comparables. Como con todos los catalizadores, las enzimas no son consumidas por las reacciones que catalizan, ni alteran el equilibrio de estas reacciones. Sin embargo, las enzimas diferencian de la mayoría de los otros catalizadores siendo mucho más específicas. Las enzimas se saben para catalizar cerca de 4.000 reacciones bioquímicas. Aunque casi todas las enzimas sean proteínas, no todos los catalizadores bioquímicos son enzimas, puesto que algunas moléculas del ARN llamadas Ribozymes también catalizan reacciones. Las moléculas sintéticas llamaron el las enzimas artificiales que también exhiben enzima-como catálisis. La actividad enzimática se puede afectar por otras moléculas. Los inhibidores son las moléculas que disminuyen actividad enzimática; los activadores son las moléculas que aumentan actividad. Muchas drogas y los venenos son inhibidores enzimáticos. La actividad también es afectada por la temperatura, el ambiente químico (e. pH ), y la concentración de substrato. Algunas enzimas se utilizan comercialmente, por ejemplo, en la síntesis de los antibióticos además, algunas enzimas del uso de los productos del hogar para acelerar reacciones bioquímicas (el e., enzimas en los detergentes biológicos analiza manchas gordas de la proteína o en la ropa; las enzimas en los ablandadores de la carne analizan las proteínas, haciendo la carne más fácil masticar). En el siglo XIX, al estudiar la fermentación del azúcar al alcohol por la levadura, el Louis Pasteur llegó a la conclusión que esta fermentación fue catalizada por una fuerza vital contenida dentro de las células de levadura llamadas " el fermenta el " de ;, que fueron pensadas para funcionar solamente dentro de organismos vivos. Él escribió ese " la fermentación alcohólica es un acto correlacionado con la vida y la organización de las células de levadura, no con la muerte o la putrefacción del cells." En el alemán Wilhelm Kühne (1837-1900) del fisiólogo 1878 primero utilizó la enzima del término, que viene del " griego del ενζυμον ; en leaven", para describir este proceso. La enzima del de la palabra fue utilizada más adelante para referir a sustancias nonliving tales como pepsina, y al fermento del de la palabra usado para referir a la actividad química producida por los organismos de vida. En el 1897 Eduard Buchner comenzó a estudiar la capacidad de los extractos de levadura que carecieron cualquier célula de levadura viva para fermentar el azúcar. En una serie de experimentos en la universidad de Berlín, él encontró que el azúcar fue fermentado incluso cuando no había células de levadura vivas en la mezcla. Él nombró la enzima que causó la fermentación del " de la sucrosa; " de la zimasa ;. En 1907 él recibió el Premio Nobel Del en " de la química ; para su investigación bioquímica y su descubrimiento del fermentation" sin células;. Ejemplo de Buchner de siguiente; las enzimas se nombran generalmente según la reacción que realizan. Típicamente el del sufijo - el ase se agrega al nombre del substrato ( e., la lactasa es la enzima que hiende la lactosa ) o del tipo de reacción (el e., polimerasa de DNA forma los polímeros de la DNA). Demostrando que las enzimas podrían funcionar fuera de una célula viva, el paso siguiente era determinar su naturaleza bioquímica. Muchos trabajadores tempranos observaron que la actividad enzimática fue asociada a las proteínas, pero varios científicos (tales como Richard Willstätter del premio Nobel) sostuvieron que las proteínas eran simplemente portadores para las enzimas verdaderas y que el por sí mismo de las proteínas era incapaz de catálisis. Sin embargo, en 1926, el James B. Sumner demostró que la ureasa de la enzima era una proteína pura y cristalizado le; Sumner hizo además para la catalasa de la enzima en 1937. La conclusión que las proteínas puras pueden ser enzimas fue probada definitivo por el Northrop y el Stanley, que trabajaron en la pepsina de las enzimas digestivas (1930), la tripsina y la quimotripsina. Concedieron estos tres científicos el Premio Nobel 1946 En química. Este descubrimiento que las enzimas podrían ser cristalizadas eventual permitió que sus estructuras fueran solucionadas por la cristalografía de la radiografía. Éste era primer hecho para la lisozima, una enzima encontrada en rasgones, la saliva y las claras de huevo que digiere la capa de algunas bacterias; la estructura fue solucionada por un grupo llevado por el David Chilton Phillips y publicado en 1965. Esta estructura de alta resolución de la lisozima marcó el principio del campo de la biología estructural y del esfuerzo de entender cómo las enzimas trabajan en un nivel de detalle atómico. Las enzimas son generalmente proteínas globulares y se extienden de apenas 62 residuos del aminoácido de tamaño, para el monómero del tautomerase del oxalocrotonate 4, sobre a 2.500 residuos en el synthase animal del ácido graso. Una pequeña cantidad de catalizadores biológicos ARN-basados existen, con ser más común el ribosoma, éstos o se refieren como ARN-enzimas del, o el Ribozymes las actividades de enzimas es determinado por su estructura tridimensional . La mayoría de las enzimas son mucho más grandes que los substratos que actúan encendido, y solamente una pequeña porción de la enzima (alrededor 3-4 aminoácidos están implicados directo en catálisis. La región que contiene estos residuos catalíticos, ata el substrato, y después realiza la reacción se conoce como el sitio activo . Las enzimas pueden también contener los sitios que atan los cofactores, que son necesarios para la catálisis. Algunas enzimas también tienen puntos de enlace para las pequeñas moléculas, que son a menudo productos directos o o substratos indirectos de la reacción catalizada. Este atascamiento puede servir aumentar o disminuir la actividad enzimática, el prever los medios la regulación de la regeneración . Como todas las proteínas, las enzimas se hacen como de largo, las cadenas lineares de los aminoácidos que el doblez para producir un producto tridimensional . Cada secuencia de aminoácido única produce una estructura específica, que tiene características únicas. Las cadenas individuales de la proteína pueden agrupar a veces juntas para formar una proteína complejo. La mayoría de las enzimas pueden ser desnaturalizados - es decir, revelado y hacer inactivo-por la calefacción, que destruye la estructura tridimensional de la proteína. Dependiendo de la enzima, la desnaturalización puede ser reversible o irreversible. Algunas de las enzimas que demuestran la especificidad y la exactitud más altas están implicadas en el copiado y la expresión del genoma . Estas enzimas tienen " prueba-reading" mecanismos. Aquí, una enzima tal como polimerasa de DNA cataliza una reacción en un primer paso y entonces cheques que el producto está correcto en un segundo paso. Este resultados de proceso de dos etapas en índices de error medio de menos de 1 error en 100 millones de reacciones en polimerasas mamíferas de alta fidelidad . Los mecanismos que corrigen similares también se encuentran en la polimerasa de ARN, las ligasas ref> del tRNA de Aminoacyl y los ribosomas Algunas enzimas que producen los metabilitos secundarios se describen como promiscuas, pues pueden actuar en una gama relativamente amplia de diversos substratos. Se ha sugerido que esta especificidad amplia del substrato es importante para la evolución de nuevos caminos biosintéticos. Interesante, este efecto entrópico implica la desestabilización del estado de tierra, y su contribución a la catálisis es relativamente pequeña. Debe ser aclarado, sin embargo, que los procesos dependientes del tiempo dinámicos no son probables ayudar a acelerar reacciones enzimáticas, puesto que tales movimientos seleccionan al azar y el constante de la tarifa es determinado por la probabilidad (p) de alcanzar el estado de transición, (P = exp {‡ considera también: Cofactor (bioquímica), la coenzima Un ejemplo de una enzima que contenga un cofactor es la anhidrasa carbónica, y se demuestra en el diagrama de la cinta arriba con un cofactor del cinc limitado como parte de su sitio activo. Este apretado-limitar las moléculas se encuentran en el sitio activo y están implicados generalmente en catálisis. Por ejemplo, el flavin y los cofactores del heme están implicados a menudo en reacciones redox . Las enzimas que requieren un cofactor pero no tienen un límite se llaman los apoenzymes del . Un apoenzyme junto con sus cofactores se llama un holoenzyme del (ésta es la forma activa). La mayoría de los cofactores covalente no se atan a una enzima, sino están limitados muy firmemente. Sin embargo, los grupos prostéticos orgánicos pueden covalente estar limitados (el e., el pirofosfato de la tiamina en la deshidrogenasa del piruvato de la enzima). Puesto que las coenzimas químicamente se cambian como consecuencia de la acción enzimática, es útil considerar las coenzimas para ser una clase especial de substratos, o los segundos substratos, que son comunes a muchas diversas enzimas. Por ejemplo, cerca de 700 enzimas se saben para utilizar la coenzima NADH. Las coenzimas se regeneran y sus concentraciones se mantienen generalmente en un nivel constante dentro de la célula: por ejemplo, NADPH es regenerado a través del camino del fosfato de la pentosa y del S - adenosylmethionine por adenosyltransferase de la metionina. Como todos los catalizadores, las enzimas no alteran la posición del equilibrio químico de la reacción. Generalmente, en presencia de una enzima, la reacción funciona en la misma dirección que sin la enzima, apenas más rápidamente. Sin embargo, en la ausencia de la enzima, otro uncatalyzed posible, " spontaneous" las reacciones pudieron llevar a diversos productos, porque en esas condiciones este diverso producto se forma más rápidamente. Además, las enzimas pueden juntar dos o más reacciones, para poder utilizar una reacción termodinámico favorable al " drive" termodinámico desfavorable. Por ejemplo, la hidrólisis de ATP es de uso frecuente conducir otras reacciones químicas. Las enzimas catalizan las reacciones delanteras y posteriores igualmente. No alteran el equilibrio sí mismo, sino solamente la velocidad a la cual se alcanza. Por ejemplo, la anhidrasa carbónica cataliza su reacción en cualquier dirección dependiendo de la concentración de sus reactivo. (en los tejidos ; altos (en la concentración baja de los pulmones CO2) Sin embargo, si el equilibrio se desplaza grandemente en una dirección, es decir, en mismo una reacción exergónica, la reacción es el con eficacia irreversible. Bajo estas condiciones la enzima, de hecho, sólo catalizar la reacción en la dirección termodinámico permitida. considera también: la cinética de la enzima La cinética de la enzima es la investigación de cómo las enzimas atan los substratos y les dan vuelta en productos. Los datos de la tarifa usados en análisis cinéticos se obtienen de los análisis de enzima En el vencedor 1902 Enrique propuso una teoría cuantitativa de la cinética de la enzima, pero sus datos experimentales no eran útiles porque la significación de la concentración de iones de hidrógeno todavía no fue apreciada. Después de que el Peter Lauritz Sørensen hubiera definido el logarítmico pH-escalar e introdujo el concepto de proteger en 1909 el alemán Leonor Michaelis del químico y su canadiense Maud Leonora Menten del postdoc repitió los experimentos de Enrique y confirmó su ecuación que se refiere como cinética (a veces también cinética de Enrique-Michaelis-Menten de Michaelis-Menten). Su trabajo fue desarrollado más a fondo por el G. Haldane, que derivaron las ecuaciones cinéticas que son todavía ampliamente utilizadas hoy. La contribución principal de Enrique era pensar en las reacciones enzimáticas en dos etapas. En el primer, el substrato ata reversible a la enzima, formando el complejo del sustrato enzimático. Esto a veces se llama el complejo de Michaelis. La enzima después cataliza el paso químico en la reacción y lanza el producto. Las enzimas pueden catalizar hasta vario millón de reacciones por segundo. Por ejemplo, la reacción catalizada por el Orotidine 5 ' - la decarboxilasa del fosfato consumirá mitad de su substrato en 78 millones de años si no hay enzima presente. Sin embargo, cuando se agrega la decarboxilasa, el mismo proceso tarda apenas 25 milisegundos. Las tarifas de la enzima dependen de condiciones de la solución y de la concentración del substrato. Las condiciones que desnaturalizan la proteína suprimen actividad enzimática, tal como temperaturas altas, los extremos del pH o las altas concentraciones de la sal, mientras que levantan la concentración del substrato tienden a aumentar actividad. Para encontrar la velocidad máxima de una reacción enzimática, la concentración del substrato se aumenta hasta que un índice constante de formación del producto se considere. Esto se demuestra en la curva de la saturación a la derecha. La saturación sucede porque, mientras que la concentración del substrato aumenta, de la enzima libre se convierte cada vez más en substrato-limitan la forma del ES. En la velocidad máxima ( V max) de la enzima, todos los sitios de enzimas activas están limitados al substrato, y la cantidad de complejo del ES es igual que la cantidad total de enzima. Sin embargo, el V max es solamente un constante cinético de enzimas. La cantidad de substrato necesitó alcanzar un índice dado de reacción es también importante. Esto es dada por el Michaelis-Menten constante ( K m), que es la concentración del substrato requerida para que una enzima alcance una mitad de su velocidad máxima. Cada enzima tiene un característico K m para un substrato dado, y ésta puede demostrar cómo el atascamiento del substrato está firmemente a la enzima. Otro constante útil es el k cat, que es el número de moléculas del substrato manejadas por un sitio activo por segundo. La eficacia de una enzima se puede expresar en términos de K m del k cat/. Esto también se llama la especificidad constante e incorpora los constantes de la tarifa para todos los pasos en la reacción. Porque el constante de la especificidad refleja afinidad y capacidad catalítica, es útil para comparar diversas enzimas cara a cara, o la misma enzima con diversos substratos. El máximo teórico para el constante de la especificidad se llama el límite de la difusión y está sobre 108 a 109 (M-1 s-1). A este punto cada colisión de la enzima con su substrato dará lugar a catálisis, y el índice de formación del producto no es limitado por la tarifa de la reacción sino por la tarifa de la difusión. Las enzimas con esta característica se llaman el catalítico perfecto del o el cinético perfecto. El ejemplo de tales enzimas es la isomerasa del triosa-fosfato, la anhidrasa carbónica, Acetylcholinesterase, la catalasa, fumarasa, β-lactamase, y la dismutasa del superóxido. La cinética de Michaelis-Menten confía en la ley de la acción total, que se deriva de las asunciones de la difusión libre y de la colisión al azar termodinámico-conducida. Sin embargo, muchos procesos bioquímicos o celulares se desvían perceptiblemente de estas condiciones, debido a concentraciones muy altas, la fase-separación de la enzima/del substrato/del producto, o un o de dos dimensiones movimiento molecular. En estas situaciones, una cinética de Michaelis-Menten del fractal puede ser aplicada. Algunas enzimas funcionan con la cinética que son más rápida que las tarifas de la difusión, que parecerían ser imposibles. Varios mecanismos se han invocado para explicar este fenómeno. Algunas proteínas son creídas para acelerar catálisis dibujando su substrato adentro y pre-orientándolos usando campos eléctricos dipolares. Otros modelos invocan un quántum-mecánico que hace un túnel la explicación de, por el que un protón o un electrón pueda hacer un túnel a través de barreras de la activación, aunque para el protón hacer un túnel este modelo siga siendo algo polémico. Quantum que hacía un túnel para los protones se ha observado en la triptamina . Esto sugiere que la catálisis de la enzima se pueda caracterizar más exactamente como " a través del barrier" algo que el modelo tradicional, que requiere los substratos ir " over" una barrera de energía bajada. considera también: l inhibidor enzimático Las tarifas de la reacción enzimática se pueden disminuir por los varios tipos de los inhibidores enzimáticos ; Inhibición competitiva En la inhibición competitiva, el inhibidor y el substrato compiten para la enzima (es decir, no pueden atar al mismo tiempo). Los inhibidores a menudo competitivos se asemejan fuerte al substrato verdadero de la enzima. Por ejemplo, el Methotrexate es un inhibidor competitivo de la reductasa de Dihydrofolate de la enzima, que cataliza la reducción del dihydrofolate al tetrahydrofolate . La semejanza entre las estructuras del ácido fólico y esta droga se demuestra en la figura a la parte inferior de la derecha del . Observar que el atar del no de la necesidad del inhibidor esté al punto de enlace del substrato (según lo indicado con frecuencia), si el atar del inhibidor cambia la conformación de la enzima para prevenir el atascamiento y el viceversa del substrato. En la inhibición competitiva la velocidad máxima de la reacción no se cambia, pero concentraciones más altas del substrato se requieren para alcanzar una velocidad dada, aumentando el Km evidente. ; Inhibición no competitiva En la inhibición no competitiva el inhibidor no puede atar a la enzima libre, sino solamente al ES-complejo. El EIS-complejo formado así es enzimático inactivo. Este tipo de inhibición es raro, pero puede ocurrir en enzimas multimeric. ; Inhibición no competitiva Los inhibidores no competitivos pueden nunca atar a la enzima al mismo tiempo que el substrato, es decir ellos lazo del al sitio activo. Los complejos del E-I y del EIS son enzimático inactivos. Porque el inhibidor no se puede conducir de la enzima por una concentración más alta del substrato (en contraste con la inhibición competitiva), el Vmax evidente cambia. Pero porque el substrato puede todavía atar a la enzima, el Km permanece iguales. ; Inhibición mezclada Este tipo de inhibición se asemeja a no competitivo, salvo que el EIS-complejo tiene actividad enzimática residual. En muchos organismos los inhibidores pueden actuar como parte de un mecanismo de la regeneración . Si una enzima produce demasiado de una sustancia en el organismo, esa sustancia puede actuar como inhibidor para la enzima al principio del camino que la produce, haciendo la producción de la sustancia retrasar o parar cuando hay suficiente cantidad. Ésta es una forma de la regeneración negativa . Las enzimas que están conforme a esta forma de regulación son a menudo multimeric y tienen puntos de enlace alostéricos para las sustancias reguladoras. Su el substrato/diagramas de la velocidad es no hyperbolar, sino sigmoideos (S-shaped). Los inhibidores irreversibles reaccionan con la enzima y forman una aducción covalente con la proteína. La inactivación es irreversible. Estos compuestos incluyen el Eflornithine una droga usada para tratar la enfermedad durmiente parásito de la enfermedad. La penicilina y el Aspirin también actúan de este modo. Con estas drogas, el compuesto está limitado en el sitio activo y la enzima después convierte el inhibidor en una forma activada que reaccione irreversible con uno o más residuos del aminoácido. Un ejemplo de un inactivator que es utilizado pues una droga es el Aspirin, que inhibe las enzimas COX-1 y COX-2 que producen la prostaglandina del mensajero de la inflamación, así suprimiendo dolor y la inflamación. El cianuro del veneno es un inactivator irreversible de la enzima que las cosechadoras con el cobre y el hierro en el sitio activo de la oxidasis del citocromo c de la enzima y bloquean la respiración celular . Una función importante de enzimas está en los sistemas digestivos de animales. Las enzimas tales como amilasas y proteasas analizan las moléculas grandes (almidón o proteínas respectivamente) en los más pequeños, así que pueden ser absorbidas por los intestinos. Las moléculas del almidón, por ejemplo, son demasiado grandes ser absorbidas del intestino, pero las enzimas hidrolizan las cadenas del almidón en moléculas más pequeñas tales como maltosa y eventual glucosa, que pueden entonces ser absorbidas. Diversas enzimas digieren diversas sustancias del alimento. En los rumiantes que tienen un herbívoro adieta, los microorganismos en el producto de la tripa otra enzima, celulasa para analizar las membranas celulares de la celulosa de la fibra de planta. Varias enzimas pueden trabajar juntas en una orden específica, creando los caminos metabólicos en un camino metabólico, una enzima toman el producto de otra enzima como substrato. Después de la reacción catalítica, el producto entonces se pasa encendido a otra enzima. A veces más de una enzima puede catalizar la misma reacción paralelamente, esto puede permitir una regulación más compleja: con por ejemplo una actividad constante baja que es proporcionada por una enzima pero una alta actividad inducible de una segunda enzima. Las enzimas determinan qué pasos ocurren en estos caminos. Sin las enzimas, el metabolismo ni progresaría en los mismos pasos, ni ser rápidamente bastante responder a las necesidades de la célula. De hecho, un camino metabólico tal como glicolisis no podía existir independiente de enzimas. La glucosa, por ejemplo, puede reaccionar directo con el ATP para convertirse en el phosphorylated en uno o más de sus carbones. En la ausencia de enzimas, esto ocurre en cuanto a sea tan lentamente insignificante. Sin embargo, si se agrega el Hexokinase, estas reacciones lentas continúan ocurriendo salvo que la fosforilación en el carbón 6 ocurre tan rápido que si la mezcla se prueba un breve periodo de tiempo más adelante, el Glucose-6-phosphate está encontrado para ser el único producto significativo. Por lo tanto, la red de caminos metabólicos dentro de cada célula depende del sistema de las enzimas funcionales que están presentes. (transcripción y traducción de los genes de la enzima) se puede realzar o disminuir por una célula en respuesta a cambios en el ambiente de la célula. Esta forma de la regulación del gene se llama la inducción enzimática y la inhibición . Por ejemplo, las bacterias pueden convertirse en resistente a los antibióticos tal como penicilina porque las enzimas llamadas el Beta-lactamases se inducen que hidrolizan el anillo crucial de la beta-lactama dentro de la molécula de la penicilina. Otro ejemplo es enzimas en el hígado llamado las oxidasis del citocromo P450 que son importantes en el metabolismo de la droga. La inducción o la inhibición de estas enzimas puede causar el Un ejemplo es el tipo más común del Phenylketonuria . Una mutación de un solo aminoácido en la hidroxilasa de la fenilalanina de la enzima, que cataliza el primer paso en la degradación de la fenilalanina, da lugar a la acumulación de la fenilalanina y de los productos relacionados. Esto puede llevar al retraso mental si la enfermedad es no tratada. Otro ejemplo es cuando las mutaciones de Germline en los genes que cifran para las enzimas de la reparación de la DNA causan síndromes hereditarios del cáncer tales como pigmentosum de Xeroderma. Los defectos en estas enzimas causan el cáncer puesto que el cuerpo puede menos reparar mutaciones en el genoma. Esto causa una acumulación lenta de mutaciones y de resultados en el desarrollo de muchos tipos de cáncer en la víctima. La unión internacional de la bioquímica y la biología molecular han desarrollado una nomenclatura para las enzimas, el de los números de la EC del ; cada enzima es descrita por una secuencia de cuatro números precedidos por el " EC". El primer número clasifica amplio la enzima basada en su mecanismo: La clasificación a nivel superior es .
Etimología e historia
¡ Desde los últimos 1700s y los 1800s tempranos, la digestión de la carne por secreciones del estómago y la conversión del almidón a los azúcares por los extractos y la saliva de la planta eran sabidas. Sin embargo, el mecanismo al lado de el cual éste ocurrió no había sido identificado. Estructuras y mecanismos
Catálisis de la enzima Especificidad
Las enzimas son generalmente muy específicas en cuanto a qué reacciones catalizan y los substratos que están implicados en estas reacciones. La forma, la carga y el complementarios hidrofílico/características hidrofóbicas de enzimas y de substratos son responsables de esta especificidad. Las enzimas pueden también demostrar niveles impresionantes de Stereospecificity, de Regioselectivity y de Chemoselectivity . " Cerradura y key" modelo
Las enzimas son muy específicas, y fue sugerido por el Emilio Fischer en 1894 que fuera éste porque la enzima y el substrato poseen las formas geométricas complementarias específicas que caben exactamente en una otra. Esto se refiere a menudo como " la cerradura y el key" modelo. Sin embargo, mientras que este modelo explica especificidad de la enzima, no puede explicar la estabilización del estado de transición que las enzimas alcanzan. El " cerradura y key" el modelo ha probado que inexacta y el modelo apto inducido es la figura lo más actual posible aceptada de la enzima-substrato-coenzima. Modelo apto inducido
En el 1958 Daniel Koshland sugirió una modificación al modelo de cerradura y dominante: puesto que las enzimas son estructuras algo flexibles, el sitio activo es formado de nuevo continuamente por interacciones con el substrato mientras que el substrato obra recíprocamente con la enzima. Consecuentemente, el substrato no ata simplemente a un sitio activo rígido, las cadenas laterales del aminoácido que componen el sitio activo se moldean en las posiciones exactas que permiten a la enzima realizar su función catalítica. En algunos casos, por ejemplo glycosidases, la molécula del substrato también desforma levemente mientras que entra en el sitio activo. El sitio activo continúa cambiando hasta que el substrato esté limitado totalmente, en cuyo punto la forma y la carga finales es resueltas. Mecanismos
Las enzimas pueden actuar de varias maneras, que bajan el ‡ de ΔG:
La baja de la energía de activación creando un ambiente en el cual se estabilice el estado de transición (e. filtrando la forma de un substrato - atando la conformación del transición-estado de las moléculas del substrato/del producto, la enzima tuerce los substratos encuadernados en su forma del estado de transición, de tal modo reduciendo la cantidad de energía requerida para terminar la transición).
Bajando la energía del estado de transición, pero sin torcer el substrato, creando un ambiente con la distribución de carga opuesta a la del estado de transición.
Abastecimiento de un camino alternativo. Por ejemplo, temporalmente reaccionando con el substrato para formar un complejo intermedio del ES, que sería imposible en la ausencia de la enzima.
Reduciendo la entropía de la reacción cambiar trayendo los substratos juntos en la orientación correcta para reaccionar. La consideración del ‡ de ΔH solo pasa por alto este efecto. Estabilización del estado de transición
La comprensión del origen de la reducción del ‡ de ΔG requiere uno descubrir cómo las enzimas pueden estabilizar su estado de transición más que el estado de transición de la reacción uncatalyzed. Al parecer, la mayoría del modo eficaz para alcanzar la estabilización grande es el uso de efectos electrostáticos, particularmente, teniendo un ambiente polar relativamente fijo que se oriente hacia la distribución de carga del estado de transición. Tal ambiente no existe en la reacción uncatalyzed en agua. Dinámica y función
Las investigaciones recientes han proporcionado nuevas penetraciones en la conexión entre las dinámicas internas de enzimas y su mecanismo de la catálisis. Las dinámicas internas de una enzima se describen como el movimiento de las partes internas (aminoácidos del e., un grupo de aminoácidos, una región del lazo, una hélice alfa, beta-hojas vecinas o aún dominio entero) de estas biomoléculas, que pueden ocurrir en los varios calendarios que se extienden de los femtosegundos a los segundos. Las redes de los residuos de la proteína a través de la estructura de una enzima pueden contribuir a la catálisis con movimientos dinámicos. Los movimientos de la proteína son vitales a muchas enzimas, pero si las vibraciones pequeñas y rápidas o movimientos conformacionales más grandes y más lentos son más importantes dependen del tipo de reacción implicado. Estas nuevas penetraciones también tienen implicaciones en la comprensión de efectos alostéricos y desarrollar las nuevas drogas. Modulación alostérica
Las enzimas alostéricas cambian su estructura en respuesta al atascamiento de los determinantes . La modulación puede ser directa, donde el determinante ata directo a los puntos de enlace en la enzima, o indirecta, donde el determinante ata a otras proteínas o subunidades de la proteína que interactivo con la enzima alostérica y así influenciar la actividad catalítica. Cofactores y coenzimas
Cofactores
Algunas enzimas no necesitan ninguna componentes adicional demostrar actividad completa. Sin embargo, otros requieren las moléculas sin proteínas llamadas los cofactores estar limitados para la actividad. Los cofactores pueden ser cualquier inorgánico ( e., iones del metal y racimos del Hierro-sulfuro o compuestos orgánicos, (e. Los cofactores orgánicos pueden ser cualquier grupos prostéticos, que están limitados firmemente a una enzima, o las coenzimas que se lanzan del sitio activo de la enzima durante la reacción. Las coenzimas incluyen el NADH, el NADPH y el trifosfato de adenosina . Estas moléculas actúan para transferir a grupos químicos entre las enzimas. Coenzimas
Las coenzimas son las pequeñas moléculas orgánicas que transportan a grupos químicos a partir de una enzima a otra. Algunos de estos productos químicos tales como riboflavina, tiamina y ácido fólico son las vitaminas, éste es cuando estos compuestos no se pueden hacer en el cuerpo y se deben adquirir de la dieta. Los grupos químicos llevados incluyen el ion del hidruro (H-) llevado por NAD o NADP+, el grupo del acetilo llevado por la coenzima A, formilo, methenyl o grupos metílicos llevados por el ácido fólico y el grupo metílico llevado por el S-adenosylmethionine . Termodinámica
Cinética
Inhibición
Aplicaciones de inactivators
Los inhibidores son de uso frecuente como drogas, pero pueden también actuar como venenos. Sin embargo, la diferencia entre una droga y un veneno es generalmente solamente una cuestión de cantidad, puesto que la mayoría de las drogas son tóxicas en un cierto nivel, como el Paracelsus escribió, " El en todas las cosas allí es un veneno, y no hay nada sin un veneno. " de ; Igualmente, los antibióticos y otras drogas antiinfectantes son apenas los venenos específicos que matan un patógeno pero no su anfitrión . Función biológica
Las enzimas sirven una gran variedad de las funciones dentro de organismos vivos. Son imprescindibles para la transducción de la señal y regulación de la célula, a menudo vía las cinasas y las fosfatasas también generan el movimiento, con la miosina hidrolizando el ATP para generar la contracción del músculo y también moviendo el cargo alrededor de la célula como parte del citoesqueleto . Otras ATpasas en la membrana celular son las bombas de ion implicadas en el transporte activo . Las enzimas también están implicadas en funciones más exóticas, tales como Luciferase que genera la luz en las luciérnagas . Los virus pueden también contener las enzimas para infectar las células, tales como el integrase del VIH y transcriptase reverso, o para el lanzamiento viral de las células, como la neuraminidasa del virus de la gripe . Control de la actividad
Hay cinco maneras principales que la actividad enzimática está controlada en la célula. la producción enzimática del del Implicación en enfermedad
Puesto que el control apretado de la actividad enzimática es esencial para el Homeostasis, cualquier malfuncionamiento (mutación, superproducción, underproduction o canceladura) de una sola enzima crítica puede llevar a una enfermedad genética . La importancia de enzimas es demostrada por el hecho de que una enfermedad mortal se puede causar por el malfuncionamiento de apenas un tipo de enzima fuera de los millares de tipos presentes en nuestros cuerpos. Convenciones de nombramiento
El nombre de una enzima se deriva a menudo de su substrato o de la reacción química que cataliza, con la conclusión de la palabra en el - ase . Los ejemplos son la lactasa, la deshidrogenasa del alcohol y la polimerasa de DNA . Esto puede dar lugar a diversas enzimas, llamadas los isoenzimas, con la misma función teniendo el mismo nombre básico. Los isoenzimas tienen una diversa secuencia de aminoácido y se pudieron distinguir por su óptimo pH, características cinéticas o inmunológico. Además, la reacción fisiológica normal que una enzima cataliza puede no ser igual que bajo condiciones artificiales. Esto puede dar lugar a la misma enzima que es identificada con dos diversos nombres. La isomerasa de la glucosa E., usada industrial para convertir la glucosa en la fructosa del dulcificante, es un in vivo de la isomerasa de la xilosa.
Óxidorreductasas de la EC 1 ': catalizar las reacciones de la oxidación /reduction
Transferasas de la EC 2 ': transferir un grupo funcional (el de e. al grupo de metilo o del fosfato)
Hidrolasas de la EC 3 ': catalizar la hidrólisis de varios enlaces
Liasas de la EC 4 ': hender los varios enlaces por medios con excepción de la hidrólisis y de la oxidación
Isomerasas de la EC 5 ': catalizar los cambios de la isomerización dentro de una sola molécula
Ligasas de la EC 6 ': ensamblar dos moléculas con los enlaces covalentes Usos industriales
Las enzimas se utilizan en la industria química y otros usos industriales cuando se requieren los catalizadores extremadamente específicos. Sin embargo, las enzimas en general se limitan en el número de reacciones que se han desarrollado para catalizar y también por su carencia de la estabilidad en los solventes orgánicos y en las temperaturas altas. Por lo tanto, la ingeniería de la proteína es un campo de investigación activo e implica tentativas de crear las nuevas enzimas con las características nuevas, cualquiera con diseño racional o la evolución in vitro del . Ver también
Lista de las enzimas
Análisis de enzima
Catálisis de la enzima
ARN Biocatalysis
Enzimas del SUMO
Base de datos Ki
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