Enzimas

1. REACCIONES BIOLÓGICAS Y ENERGÍA

1.1. INTRODUCCIÓN

Una propiedad destacada de los seres vivos es la capacidad de crear y mantener un orden en un universo que tiende siempre a generar un desorden mayor.
Para ello necesitan generar un flujo continuo de reacciones químicas que nunca termina.
Para llevar a cabo todas las reacciones químicas necesarias para mantenerse, un organismo vivorequiere no sólo de una fuente de átomos en forma de moléculas nutritivas, sino también de una fuente de energía. Todo lo cual proviene del medio circundante no vivo.
Las reacciones químicas que toda célula realiza sólo se producirían a temperaturas mucho más elevadas que las que existen en el medio intracelular. Por esta razón, cada reacción necesita un estímulo específico de su reactividadquímica. Este hecho es un beneficio ya que no sólo hace posible que las reacciones transcurran a la temperatura del interior celular, sino que le permiten a la célula el control preciso de su metabolismo. Tanto el estímulo de la reactividad como el control químico preciso se ejercen por medio de proteínas especializadas denominadas enzimas, cada una de las cuales acelera o cataliza uno de losvarios tipos de reacciones posible que una molécula puede realizar.
Las reacciones catalizadas por enzimas suelen estar conectadas en serie, de modo que el producto de una reacción es el sustrato de la siguiente. Estos largos trayectos de reacciones, o vías metabólicas, están a su vez vinculados con otros, formando una red compleja de reacciones interconectadas.


1.2. ENERGÉTICA DEL METABOLISMOEn la célula, se producen dos corrientes opuestas de reacciones químicas. Las vías catabólicas degradan los nutrientes en moléculas más pequeñas generando así una forma de energía útil y los elementos precursores para la biosíntesis. Las vías anabólicas o biosintéticas utilizan tales energías y moléculas pequeñas para dirigir la síntesis de las moléculas específicas de ese tipo celular. Enconjunto, ambas corrientes constituyen el metabolismo de la célula.
Energéticamente, esto significa que:

Estructuras Complejas




CATABOLISMO ΔG ANABOLISMO



Estructuras Simples

En general, podemos decir:

Reacciones catabólicas: ΔG < 0

Reacciones anabólicas: ΔG > 0

Supongamos una reacciónanabólica mediante la cual se forma un enlace químico entre A y B; esquemáticamente,


A + B A-B (ΔG1 > 0)

La reacción no puede tener lugar espontáneamente. ¿Cómo puede entonces tener lugar en el metabolismo?
Lo que ocurre en el metabolismo es que las reacciones endergónicas (ΔG > 0) se acoplan a reacciones exergónicas (ΔG < 0) de manera que:

1. Laenergía desprendida en una de las reacciones es absorbida por la otra.

2. La suma total de energías libres de una y otra reacción da una ΔG < 0, por lo que el proceso en conjunto tiene lugar espontáneamente.

Así, la reacción anterior se acopla a la reacción:

X-Y + H2O X + Y (ΔG2 < 0)

Siendo |ΔG2 | > |ΔG1|

Dando lugar a una reacción global:

A + B + X-Y + H2OA-B + X + Y (ΔG < 0)


La reacción que habitualmente se acopla para que este proceso ocurra en lo seres vivos es la de hidrólisis de anhídridos de ácidos y, particularmente, hidrólisis de polifosfatos.



El polifosfato mayoritariamente utilizado en las reacciones de acoplamiento energético es el ATP, 5’-Adenosina trifosfato:




Fig. 4: MODELO MOLECULARESPACIAL DEL ATP
En rojo = átomos de oxígeno
En azul = átomos de nitrógeno
En amarillo = átomos de fósforo
En gris = átomos de carbono
En blanco = átomos de hidrógeno

De esta manera, los procesos catabólicos productores de energía generan ATP, que se empleará en todas aquellas reacciones endergónicas en las que sea requerido.
Existen otras configuraciones de alta energía, por ejemplo...