Conceptos Fundamentales de Bioquímica: Enzimas, Reacciones y Métodos de Estudio

Este documento proporciona una descripción detallada de términos esenciales en el campo de la bioquímica, enfocándose en enzimas, sus mecanismos de acción, y técnicas experimentales comunes.

Enzimas y Catálisis

• Absorbancia: Cifra adimensional que indica hasta qué punto una sustancia absorbe la luz de una determinada longitud de onda λ.
• Actividad Específica: Número de unidades de enzima por miligramo de proteína.
• Ajuste inducido: Este modelo postula que el sustrato produce cambios en la conformación de la enzima, provocando la alineación apropiada de los grupos funcionales de la enzima para un mejor enlace entre la enzima y el sustrato y, a la vez, garantizar la catálisis.
• Apoenzima: Es la parte proteica de una holoenzima y no puede llevar a cabo una reacción catalítica, ya que no tiene un cofactor enzimático.
• Beta-galactosidasa: Enzima bacteriana que cataliza la hidrólisis de la lactosa en glucosa y galactosa.
• Centro activo: Región tridimensional a la que se une el sustrato, y los cofactores, si participan, formada por una composición de grupos funcionales que determinan la afinidad, la especificidad y la capacidad de transformación química del sustrato por la enzima.
• Centro alostérico: Es el centro de unión para el modulador y es altamente específico para el mencionado metabolito.
• Clasificación EC: Son un esquema de clasificación numérica para las enzimas, basado en las reacciones químicas que catalizan, es el sistema de nomenclatura de enzimas.
• Coenzima: Es una pequeña molécula orgánica que se une a una enzima y es esencial para su actividad, pero no sufre una alteración permanente en la reacción.
• Cofactor: Sustancia inorgánica u orgánica de bajo peso molecular, cuya presencia es necesaria para la actividad de una enzima.
• Complejo Enzima-sustrato: Asociación de un sustrato al centro activo de la enzima. La capacidad catalítica de las enzimas depende en gran parte de la especificidad de esta unión.
• Complementariedad geométrica: Establecida entre la enzima y su sustrato, determina el número y la direccionalidad de estos enlaces y, en última instancia, es la causa de la especificidad y la afinidad de la unión.
• Constante catalítica (k_cat): También conocido como número de recambio. Representa el máximo número de moléculas de sustrato que son convertidas en producto por centro activo y por unidad de tiempo.
• Constante de Michaelis (K_m): Concentración de sustrato a la que una enzima determinada alcanza la mitad de su velocidad máxima. Detalla la relación cuantitativa entre la concentración del sustrato y la V_max para diferentes enzimas. En muchos casos es una medida inversa de la afinidad de la enzima por su sustrato; cuanto menor sea la K_m, mayor será la afinidad.
• Constante de velocidad: En relación con las reacciones químicas, una constante que relacione la velocidad de una reacción concreta con las concentraciones de sustratos.
• Cosustrato: Cuando la coenzima está unida transitoriamente con la holoenzima.
• Enzimas alostéricos: Enzimas cuya actividad catalítica viene modulada por la captación de un metabolito específico, que se fija en un lugar distinto del centro catalítico, se denomina también enzimas reguladoras.
• Enzima: Es un biocatalizador proteico globular complejo que acelera la velocidad de las reacciones químicas por factores del orden de 10⁶, en condiciones de pH, presión y temperaturas adecuadas.
• Estabilidad térmica: Es el tiempo que la enzima soporta ciertas condiciones, es decir, el tiempo que tarda una enzima en inactivarse a una temperatura dada.
• Grupo prostético: Cofactores, denominados grupos prostéticos, por lo general se asocian en forma permanente con su proteína, a menudo por medio de enlaces covalentes.
• Holoenzima: Una holoenzima es una proteína y un cofactor enzimático, que puede ser un ion o una molécula compleja. En resumen, es una enzima completa y catalíticamente activa.
• Inhibidor competitivo: Sustancia que inhibe una reacción catalizada por una enzima compitiendo con el sustrato por el lugar activo. El inhibidor puede ocupar reversiblemente el lugar activo, pero no sufre la reacción.
• Inhibidor feedback: Ocurre cuando el producto de una reacción enzimática, ya sea al final o en una bifurcación de una vía determinada, actúa como efector alostérico, inhibiendo temporalmente la actividad de una enzima, en un paso anterior de la vía.
• Inhibidor no competitivo: Inhibidor de una reacción catalizada enzimáticamente, que actúa uniéndose a un lugar de la enzima distinta del lugar activo y reduciendo la eficiencia catalítica de la enzima.
• Inhibidor: Es una sustancia que reduce, o elimina completamente, la capacidad de una enzima para actuar como catalizador.
• Isoenzimas o isozimas: Formas diferentes pero relacionadas de una enzima que catalizan la misma reacción. A menudo difieren tan solo en unas pocas sustituciones de aminoácidos. Formas múltiples de una enzima que interfieren en su afinidad por el sustrato o en su actividad máxima.
• Isomerasas (enzimas): Catalizan reacciones de isomerización.
• Isomerización: Se define isomerización como el proceso químico mediante el cual una molécula es transformada en otra que posee los mismos átomos, pero dispuestos de forma distinta. De este modo, se dice que la primera molécula es un isómero de la segunda, y viceversa.
• Liasas (enzimas): Catalizan la adición de grupos a dobles enlaces. Añaden agua, amoniaco o dióxido de carbono a través de enlaces dobles, o remueven estos elementos para producir enlaces dobles.
• Ligasas (enzimas): Catalizan la formación de enlaces con gasto de ATP.
• Mecanismo Aleatorio: Ambos sitios de unión están presentes en la enzima libre.
• Mecanismo ordenado: La unión del primer sustrato es aparentemente necesaria para la enzima para formar el sitio de unión para el segundo sustrato.
• Modificación covalente: Usualmente es la fosforilación y desfosforilación de residuos específicos de Ser, Thr o Tyr.
• Número de recambio: Número de procesos de reacción que ocurre en el sitio activo por unidad de tiempo.
• Oxidorreductasas: Catalizan reacciones redox con ganancia o pérdida de electrones. Aquí se agrupan deshidrogenasas y las oxidasas, entre otras.
• Peptidasa: Enzima que rompe los enlaces peptídicos de las proteínas.
• Proteasas: Enzimas que rompen los enlaces peptídicos de un polipéptido. Muchas presentan especificidad para una determinada secuencia de aminoácidos.
• Proteína fosfatasa: Catalizan la reacción de desfosforilación de una fosfoproteína.
• Proteína quinasa: Es una enzima que modifica otras proteínas (sustratos), mediante fosforilación, y por tanto activándolas o desactivándolas.
• Residuos catalíticos: Residuos que participan directamente en la formación y la ruptura de enlaces químicos.
• Sitio alostérico: Es el lugar en una enzima donde se pega el inhibidor para regular la actividad enzimática.
• Sitio o centro activo: Es la zona de la enzima en la que se liga el sustrato para ser catalizado.
• Sustrato: Reactivo en una reacción enzimática.
• Transferasa: Enzima que cataliza la transferencia de un grupo funcional de una molécula a otra.
• UI: Unidades internacionales de actividad enzimática, representación de la cantidad de enzima. Una unidad de cualquier enzima es la cantidad que cataliza la transformación de un micromol de sustrato por minuto. También la actividad de una enzima se puede expresar en Katal, que es la cantidad de enzima que convierte 1 mol de sustrato por segundo, entonces 1 U = 1/60 micro Katal = 16.67 nano Katal.
• Velocidad inicial: Cuando la cantidad de sustrato es aún insignificante en relación con el total presente en la mezcla. Se acepta como velocidad inicial la determinada antes que el consumo de sustrato haya alcanzado el 20% del total originalmente presente.

Reacciones Enzimáticas

• Catálisis covalente: Se acelera la velocidad de reacción mediante la formación transitoria de un enlace covalente entre el catalizador y el sustrato.
• Ecuación de Lineweaver-Burk: Se utiliza en el estudio de inhibición enzimática. Es una transformación algebraica de la ecuación de Michaelis-Menten.
• Ecuación de Michaelis-Menten: Ecuación que proporciona la velocidad de una reacción catalizada enzimáticamente en función de las concentraciones de sustrato y enzima, así como de dos constantes que son específicas para una determinada combinación de enzima y sustrato.
• Ecuación de velocidad: Se define como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo.
• Energía de activación: Cantidad de energía (expresada en calorías) necesaria para que todas las moléculas de un mol, a una temperatura determinada, puedan alcanzar dicho reactivo.
• Hidrolasas: Catalizan reacciones en las que se produce la ruptura de enlaces por adición de agua.
• Reacción Bisustrato: Son reacciones de transferencia en las que una enzima cataliza la transferencia de un grupo funcional específico, X, de un sustrato a otro.
• Reacción de doble desplazamiento: Son las reacciones de transferencia de grupos en las que uno o más productos se liberan antes de que todos los sustratos se hayan añadido.
• Reacciones Ping-Pong: Se les conoce a las reacciones Ping-Pong a las transferencias de grupos en las que uno o más grupos se liberan antes de que todos los sustratos se hayan agregado.
• Reacción de primer orden: Reacción cuya velocidad depende de la primera potencia de la concentración del reactivo.
• Reacción secuencial: Son reacciones en las que todos los sustratos se deben combinar con la enzima antes de que una reacción pueda ocurrir y liberar productos.
• Reacciones de orden cero: Es cuando la velocidad de reacción es independiente de la concentración de las sustancias.

Técnicas Experimentales en Bioquímica

• Agente quelante: Compuesto químico capaz de fijar o secuestrar iones metálicos formando compuestos estables llamados quelatos.
• Atrapamiento: Retención física de la enzima en la cavidad interior de matrices porosas.
• Biorreactor: Tanque en el que las células, extractos celulares o enzimas llevan a cabo una reacción biológica.
• Cromatografía de intercambio de iones: En esta técnica las moléculas cargadas se unen a grupos con cargas opuestas que están inmovilizados en la matriz.
• Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC): Es una técnica utilizada para separar los componentes de una mezcla basándose en diferentes tipos de interacciones químicas entre las sustancias analizadas y la columna cromatográfica.
• Cromatografía de Inmunoafinidad: Es una técnica en la cual se une un anticuerpo a la matriz con el fin de purificar a la proteína que este reconoce. En este caso, el líquido debe tener una afinidad lo suficientemente alta para capturar la proteína de interés.
• Cromatografía: Es el método físico de separación en el cual los componentes que se van a separar se distribuyen entre dos fases, una de las cuales es estacionaria (fase estacionaria) mientras la otra (la fase móvil) se mueve en una dirección definida.
• Desnaturalizar: Modificar la conformación nativa de una proteína mediante procesos físicos o químicos.
• Electroforesis: Método para separar sustancias con carga eléctrica que se encuentran en una mezcla.
• Electroforesis Capilar: Es una técnica de separación utilizada para separar las diferentes moléculas presentes en una disolución de acuerdo con la relación masa/carga de las mismas. Además, es una técnica más eficiente y rápida.
• Electroforesis de dos Dimensiones: Es una técnica en la cual el Isoelectroenfoque (IEF) puede combinarse con el SDS-PAGE, ya que la proteína primero se somete a IEF en una dirección y luego las proteínas separadas se someten a SDS-PAGE en dirección perpendicular.
• Ensayo inmunoabsorbente ligado a enzima (ELISA): Es una técnica de inmunoensayo en la cual un antígeno inmovilizado se detecta mediante un anticuerpo enlazado a una enzima capaz de generar un producto detectable como cambio de color o algún otro tipo.
• Espectrofotómetro: Instrumento que expone una muestra a una luz de longitudes de onda definidas y mide la absorbancia.
• Fase estacionaria: Es la sustancia que está fija en una posición en el procedimiento de la cromatografía.
• Fase móvil: Es la fase que se mueve en una dirección definida. Puede ser un líquido o un gas y consiste en la muestra que está siendo separada/analizada y el disolvente, que se mueven por el interior de la columna.
• Inmovilización: Es el proceso en el cual se confinan o restringen, completa o parcialmente, los grados de libertad de movimiento de enzimas, por su unión a un soporte, de manera que su actividad catalítica se retenga y pueda ser reutilizada.
• Inmovilización por Adsorción: En la adsorción, la enzima se une a un soporte sin funcionalizar mediante interacciones iónicas, fuerzas de Van der Waals y por puentes de hidrógeno.
• Salting in: La solubilidad de una proteína en una concentración baja de iones aumenta a medida que se agrega sal.
• Salting out: Cuando se agrega demasiada sal al medio, en especial sales de sulfato, la solubilidad de la proteína disminuye, debido a la competencia de los iones de sal agregados y los otros solutos disueltos por las moléculas del solvente.
• Soporte: Son materiales sólidos inertes de naturaleza hidrofílica que permiten la adsorción o inmovilización covalente de la enzima.

Biomoléculas y Otros Conceptos

• Almidón: Mezcla de polímeros lineales y ramificados de glucosa que sirven como principal reserva de energía de plantas.
• Aminoácidos esenciales: Aminoácidos que deben obtenerse de la dieta, ya que no pueden sintetizarse en el organismo (al menos en cantidades suficientes).
• ADN polimerasa: Es una enzima que se encarga de polimerizar o agregar nucleótidos a la cadena recién sintetizada de ADN.
• ADN ligasa: Enzima que cataliza la reacción que une dos moléculas de ADN a través de la formación de un enlace fosfodiéster entre el extremo 3’-hidroxilo de una y el 5’-fosfato de la otra.
• Enzima de restricción: Una enzima de restricción es una enzima aislada de una bacteria que corta la molécula de ADN en secuencias específicas. El aislamiento de estas enzimas es fundamental para el desarrollo de la tecnología de ADN recombinante (ADNr) y la ingeniería genética.
• Fosfolipasa: Enzima que cataliza la hidrólisis de uno o más enlaces de un glicerofosfolípido.
• Fuerzas de Van der Waals: Asociaciones no covalentes entre las moléculas que surgen de las interacciones electrostáticas entre los dipolos permanentes, los dipolos inducidos o ambos.
• Hibridación: Es la unión complementaria de ácidos nucleicos (ADN o ARN).
• Mutación silenciosa: Es cualquier alteración en la secuencia de nucleótidos del ADN que no produce cambio en el fenotipo estudiado.
• Mutación: Es una alteración o cambio en la información genética (genotipo) de un ser vivo que se puede transmitir o heredar a la descendencia.
• N-terminal: El extremo de una cadena polipeptídica que contiene un grupo amino sin reaccionar. Un ribosoma sintetiza un polipéptido en la dirección que va del N-terminal al C-terminal.
• Oligonucleótido: Es una secuencia corta de ADN o ARN, con cincuenta pares de bases o menos.
• pH: El pH (potencial de hidrógeno) es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución.
• Plásmido: Es una molécula de ADN extracromosómico circular o lineal que se replica y transcribe independiente del ADN cromosómico.
• Primer: Es una cadena de ácido nucleico o de una molécula relacionada que sirve como punto de partida para la replicación del ADN.
• Radionucleido: Es un isótopo radiactivo que caracterizamos por su símbolo químico y su número másico.