Anhidrasa carbonica

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Anhidrasa Carbónica.
El dióxido de carbono es el principal producto final del metabolismo aerobio. En los organismos complejos, el dióxido de carbono se libera a la sangre y se transporta a los pulmones para su exhalación. Mientras esta en la sangre, el dióxido de carbono reacciona con el agua. El producto de esta reacción es un ácido moderadamente fuerte, el ácido carbónico (pKa = 3,5) elcual se transforma en bicarbonato mediante la pérdida de un protón.
Esta reacción de hidratación, incluso en ausencia de un catalizador, tiene lugar a un ritmo moderado. A pesar del hecho de que la hidratación del CO2 y la deshidratación del HCO3 ¯ suceden espontáneamente a velocidades razonables en ausencia de catalizador, casi todos los organismos contienen enzimas, denominas anhidrasascarbónicas, que catalizan estos procesos. Dichas enzimas se requieren porque la hidratación del CO2 y la deshidratación del bicarbonato a menudo están acopladas a procesos rápidos, especialmente procesos de transporte. Por ejemplo, el HCO3 ¯ en la sangre tiene que deshidratarse para formar CO2 que se libera cuando la sangre pasa a través de los pulmones. Por el contrario, el CO2 debe convertirse en HCO3¯ para la generación del humor acuso del ojo y de otras secreciones.
Además, ambos CO2 y HCO3 ¯ sustratos y productos para una serie de enzimas y la intervención rápida de estas especies es necesaria para asegurar los niveles de sustrato apropiados. Estas enzimas son tan importantes en humanos que las mutaciones en algunas anhidrasas carbónicas causan osteoporosis (formación excesiva dehuecos densos acompañada de anemia) y retraso mental.
Las anhidrasas carbónicas aceleran de forma drástica la hidratación del CO2 . La mayor parte de los enzimas activos, representados por la anhidrasa carbónica II humana, hidratan CO2 a velocidades tan altas como Kcat = 106 s-1, es decir, un millón de veces por segundo. Procesos físicos fundamentales como la difusión y la transferencia deprotones limitan normalmente la velocidad de la hidratación y, por lo tanto, se necesitan estrategias especiales para alcanzar unas velocidades tan prodigiosas.

Las anhidrasas carbónicas contienen un ion zinc esencial para la actividad catalítica.
Aproximadamente 10 años después del descubrimiento de la anhidrasa carbónica en 1932, se encontró que el enzima contenía zinc unido y que este hechoestaba asociado con la actividad catalítica. Este descubrimiento, extraordinario en aquel momento, hizo de la anhidrasa carbónica el primer enzima conocido que contenía zinc. En la actualidad, se conocen cientos de enzimas que contienen zinc. De hecho, mas de una tercera parte de todos los enzimas o bien contienen iones metálicos enlazados o bien requieren la adición de dichos iones para suactividad. La reactividad química de los iones metálicos (asociada con sus cargas positivas, con su capacidad para formar enlaces relativamente fuertes pero cinematicamente lábiles y, en algunos casos, con su capacidad para ser estables en mas de un estado de oxidación) explica cuales son las estrategias catalíticas que se han adoptado por los iones metálicos a través de la evolución.
Los resultados delos estudios de cristalográficos de rayos X han suministrado la información más detallada y directa sobre el centro de unión del zinc en la anhidrasa carbónica. Al menos siete anhidrasas carbónicas, cada una con su propio gen, están presentes en los seres humanos. Todas ellas son claramente homologas, como se demostró por los niveles importantes de identidad de secuencias. La anhidrasacarbónica II, presente en los hematíes sanguíneos, ha sido el enzima estudiado con mayor intensidad.
En los seres vivos, el zinc se encuentra solamente en el estado de oxidación + 2; por lo tanto, cuando examinamos el mecanismo de la anhidrasa carbónica solo, necesitamos considerar ese nivel de oxidación. Un átomo de zinc casi siempre va unido a cuatro o mas ligandos; en la anhidrasa carbónica, tres...
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