Efecto del pH sobre la actividad enzimática

Publicado el 11 septiembre, 2020

¿Qué son las enzimas?

Las enzimas pertenecen a una clase de moléculas conocidas como proteínas , lo que significa que tienen una o más cadenas grandes de aminoácidos unidas por enlaces peptídicos. El trabajo de una enzima es bastante específico: catalizar o acelerar las reacciones químicas reduciendo la cantidad de energía necesaria para que se produzca la reacción. En otras palabras, la reacción podría completarse sin la adición de la enzima, pero la enzima esencialmente “descuenta” el costo energético de la reacción para que pueda ocurrir más rápido y con menos energía.

Otra cosa importante que debe saber acerca de estas proteínas especializadas es que las enzimas no se consumen ni se modifican de manera permanente por la reacción. Esto significa que una vez que se desvinculan de una reacción, pueden pasar directamente a otra reacción.

Una enzima actúa uniéndose con un sustrato específico (la molécula que sufrirá cambios) en un lugar de la enzima llamado sitio activo . El sitio activo funciona como un candado y una llave, ya que se adapta a un solo tipo de sustrato o “llave”. Una vez que los dos se unen, la sustancia recién unida se conoce como complejo enzima-sustrato . Este nuevo complejo activa un cambio de energía, transformando el sustrato y produciendo un complejo enzima-producto. Ahora que la enzima ha terminado su trabajo, libera los productos y pasa a buscar un nuevo sustrato al que unirse.

Otra forma de pensar sobre esta interacción es como una ecuación química:

Enzima + Sustrato -> Complejo Enzima-Sustrato -> Complejo Enzima-Productos -> Enzima + Productos

donde una enzima más un sustrato crea el complejo enzima-sustrato, que a su vez crea el complejo enzima-productos, que luego libera los productos y deja la enzima lista para una nueva reacción.

¿Qué es el pH?

Es probable que haya oído hablar del pH antes, especialmente si su familia tiene una pecera o una piscina. Pero, ¿alguna vez ha pensado en considerar lo que significa? La ‘p’ representa la palabra alemana, potenz , que significa poder; ‘H’ representa el hidrógeno (símbolo químico H +) que mide el pH. Entonces, pH significa literalmente el poder (o concentración) de los átomos de hidrógeno en una sustancia.

Los átomos de hidrógeno afectan la acidez de una solución o sustancia y se equilibran con la presencia de átomos de hidróxido (OH-). Por tanto, las sustancias con una mayor concentración de átomos de hidrógeno que las moléculas de hidróxido tienen un “poder” ácido mayor y se conocen como ácidos . Por otro lado, aquellos con concentraciones más bajas de H + y concentraciones más altas de OH- tienen menos poder ácido y se conocen como bases .

La escala de pH va de 0 a 14: 7 es un pH neutro , o un equilibrio uniforme de átomos de H + ácido y OH- básico. Los valores por debajo de 7 (6-0) son cada vez más ácidos, mientras que los valores por encima de 7 (8-14) son cada vez más básicos. Además, hay una diferencia de 10 veces en la concentración entre estos valores, lo que significa que el pH 0 (p. Ej., Ácido clorhídrico) es 10 veces más fuerte que el pH 1, 100 veces más fuerte que el pH 2 y 10,000,000 veces más fuerte que el pH 7 ( por ejemplo, agua).

Interacción de pH y enzimas

Ahora que sabe que el pH 0 es 10,000,000 veces más fuerte que un pH de 7, apuesto a que puede imaginar que el pH de un ambiente podría afectar la forma en que funciona una enzima. ¿Por qué es esto? Las enzimas, al ser proteínas, adquieren su forma molecular en función de las interacciones entre las cargas de los aminoácidos que componen sus largas cadenas proteicas. Piense en la última vez que jugó con imanes. ¿Qué sucedió cuando enfrentó dos lados positivos o dos lados negativos juntos? Se empujaron el uno contra el otro y se resistieron a tocarse, ¿verdad? Bueno, esa misma resistencia ocurre también entre las cargas de los átomos que componen las moléculas.

Entonces, ¿qué tiene esto que ver con el pH? ¿Recuerda que mencionamos que el pH es una medida de átomos de H +? Bueno, el ‘+’ representa la carga positiva del hidrógeno. Por lo tanto, los ambientes ácidos tienen una carga positiva más alta que, a su vez, afecta las cargas individuales de los aminoácidos dentro de la proteína.

PH óptimo

Algunas proteínas, como la enzima pepsina (que se puede encontrar en el estómago a un pH ambiental de aproximadamente 1,5), prefieren ambientes realmente ácidos. Otros, como la catalasa (que se puede encontrar dentro de las células de su cuerpo a un pH ambiental de 7), prefieren pH más neutros. Por lo tanto, si tomara pepsina y la pusiera en un ambiente de pH neutro, la carga neutra terminaría desnaturalizando (o desplegando) las espirales de la proteína, inactivando la enzima.

Lo que esto significa es que cada enzima generalmente opera en un pH ambiental preferido, conocido como su pH óptimo . Esto da como resultado que la enzima no solo mantenga su forma, sino que también tenga la mayor cantidad de actividad enzimática, donde instiga la mayor cantidad de reacciones a la velocidad más rápida. Esta relación de la actividad enzimática con el pH ambiental podría compararse con lo bien que se hace el trabajo a una temperatura ambiente en particular. Es posible que se sienta más cómodo y, por lo tanto, más productivo trabajando a una temperatura ambiente de 70 grados Fahrenheit, mientras que otra persona podría ser más feliz, o trabajar de manera más óptima, a una temperatura ambiente de 80 F.

Enzimas inactivas

Ahora que tenemos esta idea del pH óptimo, ¿cómo es que un pH inadecuado hace que la enzima quede inactiva? Piense en la discusión de los sitios activos: la enzima se une a un sustrato en un sitio activo. Sin embargo, la forma del sitio activo de esa proteína está determinada por la forma en que los componentes básicos de esa proteína (los aminoácidos) interactúan entre sí para dar forma a ese sitio activo. Por lo tanto, si esa interacción se ve alterada por un pH inadecuado, entonces la enzima cambia de forma (también conocida como desnaturalización), cambiando así la forma fundamental del sitio activo. Entonces no podrá unirse con los sustratos necesarios, por lo que ya no estará activo.

Resumen de la lección

Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas al reducir la cantidad de energía necesaria para que se produzca la reacción. El pH se refiere a la concentración de átomos de hidrógeno en una sustancia: los ácidos tienen concentraciones más altas de H +, las bases tienen concentraciones bajas de H + y altas de OH-, mientras que los neutrales tienen un equilibrio de H + y OH-. El pH óptimo de una enzima es el pH ambiental donde esa enzima tiene la mayor producción de producto a la mayor velocidad. Un pH ambiental inhóspito puede afectar la actividad de la enzima desnaturalizándola, dejando inactivo su sitio activo.

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