ENZIMAS 2

1.- ¿Qué son los inhibidores enzimáticos? Tipos de inhibición.
Los inhibidores son moléculas que frenan de forma específica la actividad de las enzimas.

Se consideran los siguientes tipos de inhibición:

Inhibición reversible. Cuando la unión del inhibidor con la enzima es temporal y la actividad enzimática se puede recuperar.

• Competitiva. El inhibidor es una molécula con una conformación espacial muy similar a la del sustrato, de formaque compite con éste por alojarse en el centro activo, impidiendo así la formación del complejo enzima-sustrato.

• No competitiva. El inhibidor se une a otra región distinta del centro activo y provoca un cambio en la conformación de la enzima que da lugar a una disminución de su actividad.

• Incompetitiva (acompetitiva). El inhibidor se une al complejo enzima-sustrato e impide la formación del producto.

Inhibición irreversible. Cuando el inhibidor se une de modo permanente a determinados grupos del centro activo de una enzima anulando su capacidad catalítica. Por ejemplo, los insecticidas organofosforados son inhibidores irreversibles de la enzima acetilcolinesterasa. Esto ocasiona accidentes mortales entre los agricultores por su uso indebido.



2.- Aclare el significado de las figuras A y B.


A = inhibición competitiva. El inhibidor competitivo (1) es una molécula tan parecida al sustrato que “compite” por alojarse en el centro activo, impidiendo así la fijación del sustrato y su posterior transformación.

B = inhibición no competitiva. En este caso, el inhibidor no competitivo (2) se une a la enzima en otra región distinta del centro activo y provoca un cambio conformacional que dificulta la interacción con el sustrato, por lo que también disminuye la actividad enzimática.



3.- Interprete el esquema adjunto.



Este esquema sirve para ilustrar el concepto de inhibición irreversible. El inhibidor (I) se une de modo permanente a determinados grupos del centro activo de la enzima (E) y anula su capacidad catalítica puesto que impide la unión de los sustratos (S1 y S2).



4.- Redacte un breve comentario sobre las figuras A y B.



A = inhibición no competitiva. El inhibidor no competitivo (1) se une a la enzima en otra región distinta del centro activo y provoca un cambio en la conformación que dificulta la interacción con el sustrato (S), lo cual provoca la disminución de la actividad enzimática.

B = inhibición incompetitiva (acompetitiva). En este caso, el llamado inhibidor incompetitivo (2), se une al complejo enzima-sustrato, bloqueando la catálisis e impidiendo la formación del producto.



5.- ¿Sobre qué trata la cinética enzimática? Indique el significado de las letras minúsculas en el gráfico adjunto.



La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas y deduce, a partir de determinados parámetros, la actividad de la enzima, su afinidad por el sustrato y los mecanismos a través de los cuales lleva a cabo la catálisis.

En el eje de abscisas se ha representado la concentración de sustrato, y en el de ordenadas, la velocidad de reacción, resultando una curva hiperbólica que es característica de la mayoría de las enzimas (cinética de Michaelis-Menten).

(a). Cuando la concentración de sustrato es baja la velocidad aumenta de manera prácticamente lineal.

(b). Este punto representa la constante de Michaelis-Menten, es decir, la concentración de sustrato para la cual la velocidad de reacción es la mitad de la máxima.

(c). La velocidad apenas aumenta cuando [S] es muy alta (zona de saturación).



6.- ¿Qué representa la ecuación adjunta?


Se trata de la ecuación de Michaelis-Menten (llamada coloquialmente “ecuación MM”), siendo:

V = velocidad inicial de la reacción

V* = velocidad máxima

[S] = concentración de sustrato libre

KM = constante de Michaelis-Menten

Esta ecuación permite explicar las características cinéticas de muchas reacciones enzimáticas con un solo sustrato. La constante (KM) refleja la afinidad de la enzima por el sustrato.



7.- Simplifique la ecuación de Michaelis-Menten para los siguientes casos: a) [S] mucho menor que KM; b) [S] igual a KM; c) [S] mucho mayor que KM.
Ecuación de Michaelis-Menten:



Recordemos que:

V = velocidad inicial de la reacción

V* = velocidad máxima

[S] = concentración de sustrato libre

KM = constante de Michaelis-Menten

La triple propuesta del enunciado es:

Caso a). Si [S] es mucho menor que KM puede considerarse que ([S] + KM) equivale a KM y la ecuación queda así:

Esto quiere decir que la velocidad es proporcional a [S].

Caso b). Si [S] es igual a KM, entonces ([S] + KM) equivale a 2 [S], resultando:



O sea: KM corresponde a la concentración de sustrato a la que la velocidad de la reacción es la mitad de la máxima.

Caso c). Si [S] es mucho mayor que KM, entonces ([S] + KM) equivale a [S], resultando al simplificar que la velocidad inicial se aproxima al valor de V* (velocidad máxima), lo que corresponde a la zona de saturación de la gráfica de la cinética enzimática.





8.- Defina la KM. ¿Cuál es su significado?

La KM es la constante de Michaelis-Menten, que se define como la concentración de sustrato para la cual la velocidad de reacción es la mitad de la máxima.

La KM es un indicador de la afinidad enzima-sustrato, significando que cuanto menor es KM, mayor es la afinidad de la enzima por el sustrato.



9.- Aclare la diferencia entre inhibición competitiva y no competitiva con respecto a la KM.
Las enzimas que siguen la cinética de Michaelis, en presencia de inhibidor competitivo, tienen la misma velocidad máxima y diferente KM, mientras que en presencia de inhibidor no competitivo, tienen la misma KM puesto que el sustrato mantiene su capacidad de unión a la enzima, pero diferente velocidad máxima ya que la enzima pierde capacidad catalítica.



10.- Aclare el significado de A, B, C y D en el esquema adjunto.



En la mayoría de las reacciones enzimáticas, la velocidad inicial va aumentando en función de la concentración de sustrato, hasta aproximarse de manera asintótica a un valor máximo. Se observa que, en la llamada “zona de saturación”, el incremento de V es apenas significativo por mucho que aumente [S].

A = velocidad máxima.

B = zona de saturación

C = constante de Michaelis-Menten (KM), es decir, la concentración de sustrato que se corresponde con la mitad de la velocidad máxima (D).



11.- En un libro de 2º de Bachillerato figura la siguiente representación de Lineweaver-Burk. ¿Cuál es su significado?



Se trata de una representación gráfica lineal obtenida a partir de la ecuación de Michaelis-Menten, representando en los ejes de coordenadas los inversos de la velocidad y de la concentración de sustrato.

A = abscisa en el origen = -1/ KM

B = ordenada en el origen = 1/ V máxima

C = pendiente de la recta = KM / V máxima

La representación de Lineweaver-Burk permite que, a partir de los datos experimentales, se puedan calcular gráficamente los valores de KM y velocidad máxima de una enzima.



12.- A partir de la ecuación de Michaelis-Menten deduzca la de Lineweaver-Burk.
Ecuación de Michaelis-Menten:



V = velocidad inicial de la reacción

V* = velocidad máxima

[S] = concentración de sustrato libre

KM = constante de Michaelis-Menten

Para obtener la ecuación de Lineweaver-Burk hay que expresar los inversos en ambos miembros de la igualdad anterior y, posteriormente, separar las variables según la ecuación de una línea recta (por ejemplo, y = bx + c). O sea:








13.- Interprete la gráfica adjunta considerando que se ha representado la cinética de una enzima sin inhibidor y con inhibidor (aclare el significado de las letras A, B, C, d, e).


En la representación de Lineweaver-Burk los puntos de cruce con los ejes de coordenadas son:

Ordenada en el origen (d) = 1 / Vmáx.

Abscisa en el origen (e) = -1 / KM

Representaciones gráficas:

A = no existe inhibidor

B = con inhibidor competitivo. En la inhibición competitiva existe la misma V máxima y mayor KM, por lo que el punto de corte con el eje de abscisas (-1/KM) se acerca al origen.

C = con inhibidor no competitivo. En este caso existe la misma KM pero menor V máxima, por lo que el inverso (1/ Vmax) se aleja del origen.



14.- Interprete el gráfico adjunto (aclarando el significado de las letras: A, B, c, d).



Las enzimas que siguen la cinética de Michaelis, en presencia de inhibidor competitivo, tienen la misma velocidad máxima y diferente KM. Esta inhibición puede superarse aumentando la concentración de sustrato.

A = sin inhibidor

c = constante de Michaelis-Menten (KM)

B = con inhibidor competitivo

d = KM “aparente”



15.- Interprete el gráfico adjunto (aclarando el significado de los números y de las letras minúsculas).



Las enzimas que siguen la cinética de Michaelis, en presencia de inhibidor no competitivo, tienen la misma KM puesto que el sustrato mantiene su capacidad de unión a la enzima, pero diferente velocidad máxima ya que la enzima pierde capacidad catalítica. Esta inhibición no puede superarse aumentando la concentración de sustrato.

1 = sin inhibidor

(a) = Velocidad máxima

(b) = 1 / 2 de V máxima

2 = con inhibidor

(c) = V máxima aparente (Vmap)

(d) = Vmap / 2

(e) = KM



16.- Interprete el esquema adjunto e indique el significado de P.


Se trata de la gráfica característica de la cinética sigmoidea (forma de S) propia de las enzimas alostéricas, obtenida al representar la velocidad inicial frente a la concentración de sustrato.

La mayoría de las enzimas alostéricas se encuentran al inicio o en las ramificaciones de las rutas metabólicas. El alosterismo es una de las principales formas de regulación en la célula debido a que puede producir cambios rápidos y fácilmente reversibles en la actividad de las enzimas.

El punto P representa la concentración de sustrato que se corresponde con la mitad de la velocidad máxima, que se designa como K0,5 (para distinguirla de la KM empleada en la cinética de Michaelis o hiperbólica).



17.- Interprete el esquema siguiente (suponga que la velocidad máxima es la misma en los tres casos).



Se trata de curvas sigmoideas, propias de la cinética de una enzima alostérica. Se ha representado la velocidad de reacción en función de la concentración de sustrato, en tres casos:

A = con sustrato solo (a = K0,5).

B = con modulador positivo (b = K0,5).

C = con modulador negativo (c = K0,5).

Se observa que el modulador altera la K0,5 pero no la velocidad máxima.​



1.- Cite los factores que influyen en la regulación de la actividad enzimática.
Una molécula de enzima no actúa siempre a la misma velocidad, variando ésta en función de las necesidades de la célula. La actividad enzimática puede estar modulada por:

• cambios en la temperatura
• cambios en el pH
• presencia de cofactores
• las concentraciones del sustrato y de los productos finales
• presencia de inhibidores
• modulación alostérica
• modificación covalente
• activación por proteolisis
• isoenzimas

2.- En relación con la actividad enzimática (A) y la influencia de la temperatura (T), ¿cuál es el significado del valor “a” y qué ocurre en los tramos “b” y “c”?



Valor “a”. En la gráfica se observa que este valor se corresponde con el máximo de actividad enzimática. Se designa comotemperatura óptima y se define como la temperatura a la cual la actividad catalítica es máxima.

Tramo “b”. Los valores bajos de temperatura dificultan la reacción al hacer menos reactivos a los sustratos. En general, la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas se duplica por cada 10ºC de incremento de temperatura, hasta alcanzar un máximo de actividad. Cuando la temperatura es muy baja la actividad enzimática es mínima (aunque la enzima no sufre desnaturalización).

Tramo “c”. Las enzimas, al ser proteínas, sufren la desnaturalización por el calor (no por el frío). Se observa que al sobrepasar el intervalo óptimo tiene lugar una pérdida progresiva de la actividad catalítica. La desnaturalización provoca que la actividad enzimática decrezca rápidamente hasta anularse.



3.- En relación con la actividad enzimática (A) y la influencia del pH, interprete las tres gráficas del esquema adjunto.



La mayoría de las enzimas son muy sensibles a las variaciones de pH. Puesto que la conformación de las proteínas está influida por las cargas eléctricas de los grupos ionizables, presentes en las cadenas laterales de los aminoácidos integrantes, habrá un pH en el cual dicha conformación será la más adecuada para la actividad catalítica. Es decir: existe un valor óptimo del pH al cual la velocidad de la reacción enzimática es máxima.

Variaciones significativas del valor óptimo provocan la alteración de la estructura espacial de la enzima, quedando frenada su eficacia catalítica. Dado que ciertos cambios significativos del pH pueden provocar la desnaturalización de las proteínas, los seres vivos han desarrollado mecanismos reguladores (tampones o amortiguadores) que permiten mantener estable el pH fisiológico.

Caso “a”. Esta enzima presenta un pH óptimo muy ácido, entre 1’5 y 2. Su actividad se anula prácticamente cuando el pH se acerca a la neutralidad.

Caso “b”. Esta enzima presenta un pH óptimo igual a 7. Su actividad catalítica se anula cuando el pH es muy ácido (pH = 2’5) o básico (pH = 11).

Caso “c”. Esta enzima presenta un pH óptimo igual a 10, observándose que su actividad catalítica se anula cuando el pH es ácido (pH = 5) o muy básico.

Nota.- Las gráficas corresponden a la pepsina (a), ureasa (b) y arginasa (c).



4.- ¿Por qué un pH óptimo de 5 para las enzimas hidrolíticas protege a la célula de una posible degradación?
Si accidentalmente un lisosoma vierte su contenido al citosol, las enzimas hidrolíticas se encontrarán en un entorno de pH de alrededor de 7, o sea, muy cercano a la neutralidad, y su actividad catalítica disminuirá, quedando la célula más protegida con respecto a los daños intracelulares que se produzcan.



5.- En relación con el pH, ¿qué particularidad presenta la papaína?

En general, las enzimas son muy sensibles a los cambios de pH, pero en algún caso, como en la papaína (una peptidasa), la actividad enzimática apenas se modifica entre amplios márgenes de pH.



6.- Interprete el esquema siguiente e identifique las partes numeradas. ¿Cómo se llama el conjunto formado por 2 y 3?



1 = sustrato. 2 = coenzima. 3 = apoenzima.

La coenzima se fija en la superficie de la apoenzima mediante enlaces débiles y le aporta los grupos y funciones químicas, de los que carece la enzima, lo cual posibilita interaccionar con el sustrato y fijarlo en el centro activo, como paso previo a la catálisis.

Apoenzima y coenzima constituyen el conjunto funcional denominado holoenzima. Así, pues, cada holoenzima está constituida por una porción peptídica (apoenzima) y por otra de naturaleza no peptídica (cofactor).



7.- ¿Qué pasaría al calentar las holoenzimas?

La parte no proteica (cofactor) es termoestable mientras que la porción proteica de la holoenzima, o sea, la apoenzima, se desnaturaliza al aumentar la temperatura, resultando que la estructura del conjunto queda alterada y pierde su funcionalidad.



8.- ¿Es lo mismo cofactor que coenzima? Razone la respuesta.
Las coenzimas son cofactores, pero no todos los cofactores son coenzimas.

Algunas proteínas enzimáticas necesitan para ser funcionales un componente químico adicional llamado cofactor, pero éste puede ser de naturaleza inorgánica (Fe2+, Mg2+, Zn2+, etc.), o bien, una molécula orgánica no proteica, que puede estar unida a la proteína de manera débil y transitoria, en cuyo caso recibe el nombre de coenzima, o de modo fuerte y permanente (covalentemente), denominándose entonces grupo prostético.



9.- ¿A qué se llama grupo prostético? Cite un ejemplo.
Grupo prostético es una molécula orgánica no proteica que se halla unida a la cadena peptídica (proteína) de manera permanente al formarse enlaces covalentes.

Un ejemplo de grupo prostético de naturaleza metaloorgánica es el “hemo” de la hemoglobina, la mioglobina y los citocromos.



10.- ¿En qué se parecen y en qué se diferencian coenzimas y grupos prostéticos?
Se parecen en que ambos son moléculas más o menos complejas de naturaleza orgánica aunque no proteica.

Se diferencian en el modo de estar enlazados con la proteína, pues la coenzima se halla unida a ella de un modo débil y transitorio, mientras que el grupo prostético lo está covalentemente (o sea, de modo fuerte y permanente).



11.- ¿Qué función desempeña la llamada coenzima A? Cite sus componentes.
La coenzima A (CoA), conocida también abreviadamente como HSCoA, es el transportador de grupos acilo (R-CO) mediante la formación de un enlace tioéster (R-CO-S-CoA).

Entre los componentes de la coenzima A se hallan un nucleótido (ADP), una vitamina del grupo B llamada ácido pantoténico y un compuesto que tiene un grupo terminal "tiol".



12.- (Internet: “citrato sintasa”). Identifique los compuestos marcados (A, B, C, D, E) y escriba la reacción sin fórmulas.



Los nombres de los compuestos son:

A = acetil coenzima A.

B = oxalacético (oxalacetato).

C = agua.

D = coenzima A.

E = cítrico (citrato).

La reacción catalizada por la enzima “citrato sintasa” es:


Nota.- No hay que confundir las enzimas “sintasas” con las “sintetasas”, pues pertenecen a clases diferentes. Las ligasas o sintetasas (clase 6) catalizan reacciones de unión de dos sustratos mediante el aporte energético derivado de la hidrólisis de un nucleósido trifosfato como el ATP, GTP, etc., proceso que no tiene nada que ver con el tratado en esta pregunta.



13.- ¿Qué función desempeñan las coenzimas de oxidorreducción? Ponga tres ejemplos y escriba sus nombres completos.
En muchas reacciones metabólicas, llamadas redox o de oxidación-reducción (oxidorreducción), algunos electrones son desplazados de unas moléculas a otras. Estos procesos se caracterizan porque siempre hay una molécula que pierde electrones (se oxida) al mismo tiempo que otra los gana (se reduce). La función de las coenzimas de oxidación-reducción es actuar como intermediarios transportando electrones en esta clase de reacciones enzimáticas.

Tres ejemplos de coenzimas redox: NAD, NADP y FAD. El paso de las formas oxidadas a las reducidas de tales coenzimas requiere energía. Esquemáticamente:



Las formas reducidas, conocidas genéricamente como “poder reductor”, tienen diversas utilidades metabólicas. Así, por ejemplo, el NADPH se requiere para la biosíntesis de compuestos orgánicos, mientras que el NADH y el FADH2 intervienen en los procesos de la respiración celular.

Sus nombres completos son:

• NAD = dinucleótido de adenina y nicotinamida (*).

• NADP = dinucleótido fosfato de adenina y nicotinamida (*).

• FAD = dinucleótido de adenina y flavina.

(*). La nicotinamida también es llamada niacinamida, esto es, la amida del ácido nicotínico o niacina.

Las reacciones del NAD también se suelen escribir así:

• 2H + NAD+ --> NADH + H+

• 2H + NADP+ --> NADPH + H+.



15.- ¿A qué clase pertenece la catalasa y cuál es su función?

La catalasa rompe el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) y lo transforma en agua mediante un proceso redox que libera oxígeno. Por consiguiente pertenece a la clase 1 (EC 1.11.1.6): oxidorreductasas.

Su función es catalizar esta reacción: 2 H2O2 ‹–› 2 H2O + O2



16.- Interprete el gráfico adjunto y escriba una conclusión.



Este gráfico representa la concentración de producto formado en función del tiempo. Se refleja que la velocidad inicial de una reacción catalizada por una enzima, cuando su cantidad permanece constante, está en función de la concentración de sustrato, [S]. A medida que aumenta dicha concentración (S’, S’’, S’’’) la velocidad inicial se incrementa hasta que la enzima libre se agota, llegando a estar totalmente saturada por el sustrato. Se observa que la pendiente en el primer tramo de las gráficas hiperbólicas va siendo mayor conforme aumenta [S].

Conclusión: la velocidad de una reacción enzimática va siendo mayor conforme aumenta la concentración de sustrato.



17.- ¿Qué son zimógenos o proenzimas? Cite un ejemplo.

Algunas enzimas no se sintetizan como tales, sino como proteínas precursoras sin actividad enzimática que reciben la denominación de proenzimas o zimógenos. Para activarse, los zimógenos sufren una activación proteolítica, esto es, unataque hidrolítico que origina la liberación de uno o varios péptidos. El resto de la molécula proteica adopta entonces la conformación y las propiedades del enzima activo.

Muchas enzimas digestivas se secretan en forma de zimógenos y en el tubo digestivo se convierten en la forma activa. Así, la tripsina pancreática (una endopeptidasa) se sintetiza en la célula como tripsinógeno (inactivo) y así se vierte en el duodeno. El tripsinógeno se activará por acción de la enteroquinasa intestinal, que separa un hexapéptido del extremo N-terminal, resultando tripsina.



18.- Aclare el significado de estas expresiones: “efecto cascada” y “compartimentación celular”.
Tanto el efecto cascada como la compartimentación celular son estrategias para aumentar la velocidad de las reacciones enzimáticas.

• El efecto cascada consiste en una secuencia de reacciones en la que una proenzima (inactiva) se transforma en su correspondiente forma activada que, a su vez, cataliza la transformación de otra proenzima en su enzima activa, y así sucesivamente. La “cascada” de enzimas incrementa enormemente la velocidad de un proceso (como la coagulación de la sangre) y permite amplificar la respuesta final.

• Por lo que respecta a la compartimentación celular, muchas reacciones transcurren en el interior de orgánulos celulares, donde la mayor concentración de moléculas de sustratos y enzimas contrarresta el efecto de la dilución que en caso contrario existiría. La velocidad de los procesos, cuando están “compartimentados”, es más elevada que si no lo estuvieran, ya que es mucho mayor la probabilidad de encuentro para formar los complejos enzima-sustrato, como paso previo a la catálisis y formación de los productos.



19.- ¿Qué son isoenzimas (isozimas)? ¿En qué se parecen y en qué se diferencian?
Son enzimas que catalizan la misma reacción química, pero presentan estructuras moleculares diferentes y tienen distinta KM para los sustratos. Las isoenzimas son, pues, variantes o formas múltiples de una misma enzima.

Además de ser distinta la KMse diferencian en: la masa molecular, el valor del punto isoeléctrico, la mayor o menor actividad frente a los posibles cambios de temperatura o presencia de inhibidores, etc. La única propiedad que tienen en común es catalizar la misma reacción.

En ocasiones existen isoenzimas desiguales dentro de una misma célula, por ejemplo, la malato deshidrogenasa de la mitocondria difiere de la del citosol.



20.- Si la lactato deshidrogenasa es una enzima formada por cuatro subunidades, ¿cuántas isoformas podrá presentar? Haga un esquema.
Al ser una enzima tetramérica se podrán constituir cinco isoformas, que corresponden a los siguientes agrupamientos de las subunidades: M4, M3H, M2H2, MH3, MH4, H4.

En el músculo predomina la subunidad M y en el corazón, la H (“heart”).

Esquemáticamente:





22.- ¿En qué consiste el alosterismo?
El alosterismo (del griego alo, otro y stereos, espacio) es un modo de regulación de las enzimas según el cual la unión de una molécula en un sitio cambia las condiciones de fijación de otra, en un lugar distinto de la enzima, resultando que ésta cambia su estructura espacial y varía su actividad.

En otras palabras: la fijación de un ligando en un sitio diferente del centro activo induce un cambio de conformación de la proteína enzimática que modifica su actividad.

Las enzimas alostéricas desempeñan un papel fundamental en la regulación de las vías metabólicas.



23.- ¿Cuáles son las características del modelo de alosterismo propuesto por Monod, Changeux y Wyman? (Busque en Internet).
Este modelo fue desarrollado en una serie de artículos publicados en la década de 1960. Sus características principales son:

• Las enzimas alostéricas son oligoméricas y presentan al menos un eje de simetría.

• Tales enzimas se hallan con dos conformaciones interconvertibles: tensa (T) y relajada (R), sin estados intermedios o de transición. Ambas formas están en equilibrio.

• La conformación T designa la forma de afinidad débil para el sustrato, y la R, la de alta de afinidad, que corresponde a la mayor eficacia catalítica. Esquemáticamente:





24.- Exponga las diferencias entre el modelo concertado y el secuencial (ilustre con esquemas).

• El modelo concertado o simétrico se debe a Monod, Wyman y Changeux (MWC). Propone que las enzimas alostéricas son oligoméricas y pueden existir en dos conformaciones, tensa (T) y relajada (R), que se encuentran en equilibrio. Los activadores y sustratos desplazan el equilibrio hacia la forma R, que es la que presenta mayor afinidad con el sustrato. Los inhibidores desplazan el equilibrio a la forma T.

El modelo MWC considera que el cambio conformacional en un protómero induce un cambio igual en el resto de subunidades de la enzima, sin que haya estados intermedios. El resultado es que todas las subunidades que constituyen la estructura de la enzima, se hallan en la forma R o en la T. Esquemáticamente (considerando que la enzima es tetramérica, o sea, formada por 4 subunidades):



Este modelo es muy restrictivo y no puede explicar todo lo relacionado con la cooperatividad.

• El modelo secuencial se debe a Koshland, Filmer y Nemethy. Propone que el cambio conformacional en un protómero induce otro cambio en uno de los contiguos, de forma que, mediante interacciones sucesivas, todos ellos van presentando una mayor o menor afinidad hacia el ligando.

Este modelo de alosterismo considera la existencia de estados intermedios, circunstancia que explica con mayor fundamento la cooperatividad positiva y la negativa, así como la variación que experimentan las gráficas sigmoideas de la velocidad inicial respecto a la concentración de sustrato en presencia de efectores alostéricos.

Esquemáticamente (enzima tetramérica):





25.- ¿A qué se llama cooperatividad o unión cooperativa?

La cooperatividad es un fenómeno propio de ciertas proteínas oligoméricas, y se refiere a la influencia que ejerce la unión de un ligando a un protómero sobre la fijación de ligandos en las restantes subunidades.

El cambio conformacional que, sucesivamente, va teniendo lugar en los protómeros puede ser inducido por un efector alostérico o por el sustrato. Cuando dicho cambio conduce hacia formas de mayor afinidad con el sustrato, la cooperatividad es positiva, y en caso contrario, negativa.



26.- ¿La hemoglobina presenta alosterismo?
La hemoglobina es una proteína con estructura cuaternaria que presenta alosterismo. Está integrada por cuatro cadenas peptídicas unidas a sendos grupos prostéticos (hemo).

La hemoglobina tiene dos estructuras nativas diferentes, oxihemoglobina (forma R o relajada) y desoxihemoglobina (forma T o tensa), que están en equilibrio y poseen distinta funcionalidad:

• La forma R tiene gran afinidad por el O2.

• La forma T tiene baja afinidad por el O2.

La mayor o menor disponibilidad de oxígeno cambia la conformación: cuando la hemoglobina se une al oxígeno, el equilibrio entre las formas R y T se desplaza hacia la R, pero cuando el oxígeno es liberado, se desplaza a la forma T.



27.- ¿Qué son y cómo están reguladas las enzimas alostéricas?

Las enzimas alostéricas son aquellas que presentan, además del habitual centro activo, centros alostéricos y a las cuales se puede fijar un ligando, llamado efector o modulador, que modifica la actividad enzimática.

Las enzimas alostéricas están reguladas mediante unión no covalente de las moléculas del modulador. La interacción con el ligando se realiza en lugares específicos de la proteína conocidos como sitios alostéricos. Como consecuencia de esta interacción la actividad enzimática puede aumentar o disminuir, circunstancia que posibilita la regulación de las vías metabólicas.



28.- Interprete el esquema adjunto.



En el esquema se observa que el modulador estimulador o positivo de la enzima alostérica es el propio sustrato, y que una vez acoplado en el centro activo, sufre la catálisis y se transforma en dos moléculas de producto.

Estas enzimas alostéricas reciben el nombre de homotrópicas (porque el sustrato y el modulador son idénticos) y presentan dos o más lugares de unión, los cuales desempeñan una función doble, actuando tanto de sitios catalíticos como de sitios reguladores.



29.- ¿Qué son los efectores o moduladores alostéricos? ¿Cuándo se dice que son positivos o negativos?

Los efectores o moduladores alostéricos son las sustancias que modifican la actividad de las enzimas favoreciendo la conformación más o menos activa de las mismas. La forma activa o R (relajada) se une al sustrato con mayor afinidad que la T (tensa).



Los llamados moduladores positivos son los que aumentan la actividad de la enzima al estabilizar la conformación más activa, mientras que los negativos disminuyen dicha actividad al favorecer la forma inactiva (o menos activa).



30.- ¿Qué entiende por modulación alostérica de la actividad enzimática?

La modulación alostérica es un tipo especial de regulación de la actividad enzimática, basado en la interacción de enzimas alostéricas y ligandos. Dicha interacción posibilita que la actividad enzimática vaya variando hasta ajustarla a las necesidades de la célula.

Nota.- Un ligando es cualquier molécula, generalmente pequeña, que se une a una macromolécula.



31.- Explique el esquema siguiente.


Se trata de la interconversión de las formas inactiva y activa de una enzima alostérica (dimérica), mediada por un modulador.

A = enzima inactiva. B = enzima activa.

1 = sustrato. 2 = subunidad catalítica. 3 = subunidad reguladora. 4 = centro alostérico.

M = modulador positivo o activador.

En el esquema se observa que el modulador es positivo, pues estabiliza la conformación de mayor actividad, esto es, cuando se une a la enzima tiene lugar un cambio de forma que posibilita la fijación del sustrato en el centro activo. Cuando el modulador no está unido a la enzima, ésta retoma su forma inactiva (o menos activa).



32.- ¿Qué son los activadores e inhibidores alostéricos?

Cuando los moduladores positivos o estimuladores, es decir, los que favorecen la forma R y aumentan la actividad enzimática, actúan sobre una región de la enzima distinta del centro activo, reciben el nombre de activadores alostéricos.

Cuando los moduladores negativos, o sea, los que favorecen la forma T y disminuyen la actividad enzimática, actúan en lugares distintos del centro activo se llaman inhibidores alostéricos.



33.- Interprete el esquema siguiente (S = sustrato).


Se trata de una activación alostérica, observándose que las moléculas del activador, una vez unidas a los sitios alostéricos, estabilizan la forma más activa de la enzima, o sea, la de mayor afinidad por el sustrato, haciendo posible que éste pueda acoplarse en el centro activo.



34.- Interprete el esquema siguiente, considerando que las moléculas de color azul son las del sustrato.



Se trata de una inhibición alostérica, observándose que las moléculas del inhibidor (color amarillo), una vez unidas a los sitios alostéricos, estabilizan la forma inactiva o menos activa de la enzima, o sea, la de menor afinidad por el sustrato, imposibilitando que éste pueda acoplarse en el centro activo.

Cuando las moléculas del inhibidor están fuera de los sitios alostéricos, la enzima adopta su conformación activa y el sustrato puede encajar en el centro activo.

Nota.- Las enzimas heterotrópicas son aquellas que resultan inhibidas por su modulador, siendo esta molécula diferente del sustrato.



35.- Considerando el paso intermedio (entre corchetes),redacte un breve comentario sobre el esquema adjunto.


Se trata de una regulación de la actividad enzimática por modificación covalente reversible.

Hay enzimas que pasan de una forma inactiva (o menos activa) a otra activa (o de de mayor actividad) uniéndose covalentemente a un grupo químico de pequeño tamaño, como el fosfato (o el AMP), coloreado de azul en el esquema.

En el gráfico se observa que inicialmente la enzima es inactiva, pues el sustrato (color verde) no puede acoplarse al centro activo, pero cuando la enzima se une con el grupo azul y queda “fosforilada”, cambia su conformación y entonces puede formar el complejo activo enzima-sustrato.

Nota.- También se da el caso opuesto, en el que la enzima queda inactiva al liberar algún grupo químico. En las enzimas de las vías degradativas del metabolismo, la forma fosforilada es más activa que la no fosforilada, mientras que en las vías biosintéticas ocurre lo contrario.



36.- Interprete el siguiente esquema y nombre las partes numeradas.


Se trata de la activación alostérica de una enzima dimérica.

1 = activador. 2 = centro o sitio alostérico. 3 = subunidad reguladora. 4 = subunidad catalítica. 5 = centro o sitio activo. 6 = sustrato.

En el esquema se observa que el activador alostérico, cuando se ha unido a la enzima, estabiliza la forma más activa de la misma, siendo entonces posible el acoplamiento del sustrato en el centro activo de la subunidad catalítica.



37.- Exponga una interpretación del siguiente esquema (suponga que S = sustrato).


Se trata de la activación alostérica de una enzima dimérica.

En la parte superior se observa que, cuando el ligando verde se ha alojado en el centro o sitio alostérico (subunidad reguladora), actúa como un activador ya que estabiliza la forma más activa de la enzima, posibilitando la fijación del sustrato en el centro activo (subunidad catalítica).

En la parte inferior, con el activador fuera del centro alostérico, la enzima ha adoptado una conformación menos activa, que dificulta el acoplamiento del sustrato en el centro activo.



38.- En relación con el alosterismo, interprete el siguiente esquema.


El color verde representa una enzima monomérica, lo cual es excepcional entre las enzimas alostéricas, que en su gran mayoría son oligoméricas.

Inicialmente se observa que el sustrato (color azul) está acoplado en el centro activo de la enzima, pero cuando se une el ligando de color marrón ya no puede hacerlo al haber adoptado la enzima una conformación inactiva (o menos activa). Por consiguiente, dicho ligando actúa como un inhibidor alostérico estabilizando la forma de menor actividad enzimática.



39.- Considere la siguiente vía metabólica en la que intervienen cinco enzimas (números). Haga un comentario sobre la posibilidad de que la enzima 1 sea inhibida por el producto F. ¿Qué pasaría si F inhibiera a la enzima 5?


• En el primer caso se trataría de una retroinhibición, dado que la enzima del comienzo de una ruta metabólica es inhibida por el producto final. Cuando F alcanza una concentración elevada queda ralentizada esta vía, frenando la catálisis del sustrato inicial A.

• En el otro caso, si F inhibiera la acción de la enzima 5, controlaría su propia producción, pero se seguirían produciendo innecesariamente metabolitos intermediarios (B, C, D, E), razón por la cual se trataría de una regulación poco eficaz.



40.- ¿Qué son las enzimopatías? Ponga dos ejemplos (busque en su libro o en Internet).
Las enzimopatías son enfermedades genéticas caracterizadas por la ausencia, inactividad o función defectuosa de una o más enzimas. Por ejemplo:

• Albinismo. La transformación de la tirosina en el pigmento oscuro llamado melanina tiene lugar los melanocitos. En los individuos albinos está impedida la síntesis de la enzima tirosina oxidasa (tirosinasa) y, por tanto, son incapaces de formar melanina.

El albinismo se caracteriza por la falta la pigmentación en la piel, cabellos e iris. Se transmite por herencia autosómica recesiva.

• Fenilcetonuria. Es una enfermedad que se caracteriza por la alteración del metabolismo de la fenilalanina. Se transmite por herencia autosómica recesiva. La causa es la ausencia o disfunción de la enzima fenilalanina hidroxilasa, que cataliza la conversión de fenilalanina en tirosina. La acumulación de fenilalanina produce alteraciones en el desarrollo del sistema nervioso.



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