Actividad e inhibición enzimática: estructura, sustratos, pH y temperatura

Enzimas y medio ambiente

El sustrato se une a una enzima en el sitio activo.

A veces nos gustan las cosas bien. Si hace demasiado calor, nos sofocamos bajo el sol. Si hace demasiado frío, temblamos. Si hay demasiado para comer, llegamos a un punto en el que no podemos tragar otro bocado. Pero cuando tenemos hambre, nunca parece haber suficiente comida en la casa. No es que seamos quisquillosos, ¿verdad? Es solo que somos humanos y, después de todo, sabemos lo que nos gusta y sabemos qué condiciones nos convienen más.

No somos los únicos que valoramos las perfectas condiciones. Muchos animales y otros organismos también lo hacen. Y a nivel microscópico, nuestras células también. Incluso dentro de nuestras células, las enzimas , las proteínas que catalizan las reacciones químicas, también me gustan las cosas bien.

Como repaso rápido, una enzima actúa sobre un sustrato , sustancia o molécula sobre la que funciona una enzima. Un sitio activo es donde un sustrato se une a una enzima para facilitar una reacción. Cada enzima actúa sobre un sustrato específico en una condición específica. Estas condiciones son óptimas para la enzima, al igual que la cantidad perfecta de luz solar y comida nos mantiene satisfechos y felices.

Efecto de la concentración de sustrato

Si tuviera dos galletas frente a usted, podría comer dos galletas. Si tuviera cinco galletas frente a usted, podría comer cinco galletas. Sin embargo, tal vez había 100 galletas frente a ti. ¿Podrías comer 100 galletas de una sola vez? Probablemente no. En algún momento, se sentirá lleno o saturado, y no podrá comer una galleta más en este momento, sin importar cuántas más le pongan frente a usted.

La velocidad de reacción aumenta hasta que se alcanza el punto de saturación.

Enzimas: bueno, no funcionan en cookies, pero funcionan en sustratos. Por lo tanto, la concentración de sustrato en el entorno de una enzima tiene un efecto importante sobre la cantidad de trabajo que se puede realizar. Hay una cantidad limitada de sustrato en la que una enzima puede trabajar, al igual que hay tantas galletas que posiblemente podrías comer. Digamos que una enzima actúa sobre un sustrato a la vez. Digamos también que en una célula hay diez unidades de un tipo de enzima, pero solo cuatro sustratos para que la enzima trabaje. En este caso, todos los sustratos se unirán a una enzima y la velocidad de reacción será baja.

Si agrega algunos sustratos más, digamos, como veinte a la vez, entonces la velocidad de reacción aumentará hasta el punto en que todas las enzimas estén actualmente ocupadas catalizando reacciones. La velocidad de reacción aumentará hasta que todas las enzimas disponibles estén trabajando en los sustratos. Esto se muestra en este gráfico por el punto más alto de la curva. En este punto, la velocidad de reacción se estabilizará y alcanzará su máximo. Aquí, la enzima ha alcanzado un punto de saturación. Este punto de saturación es cuando más sustrato no aumentará la velocidad de reacción. La velocidad de reacción no aumentará con una mayor concentración de sustrato a menos que también aumente la cantidad de enzima.

Efecto de la temperatura

Al igual que nos afecta a nosotros, la temperatura también afecta la función enzimática. Las enzimas funcionan de manera óptima a una temperatura específica. Nuevamente, diferentes enzimas pueden tener diferentes temperaturas óptimas . El clima más frío ralentiza gran parte de la vida y las temperaturas frías también ralentizarán la velocidad de reacción de las enzimas. Cuando las cosas se calientan, las moléculas se mueven más rápido, de manera similar a como salimos o corremos cuando el clima comienza a calentarse en la primavera. Un aumento de temperatura generalmente significa más movimiento y una mayor probabilidad de que las moléculas choquen.

Las temperaturas más altas pueden aumentar la velocidad de reacción entre una enzima y su sustrato, pero solo hasta cierto punto. Este punto de temperatura de máxima función se denomina temperatura óptima de una enzima . Como probablemente pueda adivinar, ¡la temperatura óptima para las enzimas en nuestro cuerpo es en realidad la temperatura de nuestro cuerpo!

Si la temperatura sube demasiado, puede distorsionar la enzima y hacer que no funcione correctamente. De hecho, si las temperaturas suben demasiado, las enzimas pueden desnaturalizarse o sufrir un cambio estructural de forma que inhibe su función. Si el cambio de forma afecta el sitio activo, es posible que una enzima ya no reconozca un sustrato. Con más enzimas que se vuelven menos funcionales, la velocidad de la reacción disminuye con un aumento de temperatura.

La velocidad de reacción aumenta hasta que la enzima alcanza su temperatura óptima.

Efecto del pH

Las enzimas también se ven afectadas por el pH. Hagamos una revisión rápida del pH. Recuerde que el pH mide qué tan ácida o básica es una solución. Las soluciones ácidas tienen un pH por debajo de 7 y contienen más iones H +. El vinagre y el jugo de naranja son ejemplos de soluciones ácidas. Las soluciones básicas tienen un pH superior a 7 y contienen más iones OH-, como lejía y bicarbonato de sodio. Las soluciones neutras tienen un pH de 7 y tienen la misma concentración de iones H + y OH-. El pH incorrecto puede interferir con los enlaces y la forma de una enzima, posiblemente cambiando su sitio activo. Aquí, la enzima también se puede desnaturalizar . Cada enzima trabaja a un pH óptimo . La concentración incorrecta de H + y OH- puede desnaturalizar una enzima y cambiar la velocidad de reacción.

Diferentes enzimas operan de manera óptima a diferentes pH. Por ejemplo, su estómago es un ambiente ácido. Probablemente lo sepa por una acidez estomacal ocasional. La pepsina es una enzima secretada por las células del estómago. Funciona en este ambiente ácido para ayudarlo a digerir sus alimentos. La pepsina funciona muy bien en su estómago, pero está inactiva en otras partes de su cuerpo. Y eso es algo bueno, porque no querría que la pepsina digeriera el resto de su cuerpo a medida que llega a otras partes de su sistema digestivo.

Resumen de la lección

En resumen, las enzimas funcionan de manera óptima en condiciones específicas que maximizan su velocidad de reacción. La velocidad de reacción aumentará con una mayor concentración de sustrato hasta que alcance un punto de saturación , donde toda la enzima disponible está trabajando sobre el sustrato. La velocidad de reacción también es óptima a una temperatura y un pH específicos. A temperaturas extremas y un pH extremo, una enzima puede desnaturalizarse o sufrir un cambio estructural de forma que la haga incapaz de reconocer su sustrato o catalizar una reacción.

Los resultados del aprendizaje

Después de ver esta lección, debería poder:

• Identificar las formas en que el nivel de pH, la concentración de sustrato y la temperatura pueden afectar la velocidad de reacción de una enzima.
• Recuerde el efecto que tiene llegar al punto de saturación sobre las velocidades de reacción de las enzimas.
• Explica cómo se desnaturaliza una enzima.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador