Las enzimas son grandes proteínas que aceleran las reacciones químicas. En su estructura globular, se entrelazan y se pliegan una o más cadenas polipeptídicas, que aportan un pequeño grupo de aminoácidos para formar el sitio activo, o lugar donde se adhiere el sustrato, y donde se realiza la reacción. Una enzima y un sustrato no llegan a adherirse si sus formas no encajan con exactitud.
Los enzimas son catalizadores específicos: cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos. En una reacción catalizada por un enzima:
o La sustancia sobre la que actúa el enzima se llama sustrato.
o El sustrato se une a una región concreta del enzima, llamado centro activo. El centro activo comprende (1) un sitio de unión formado por los aminoácidos que están en contacto directo con el sustrato y (2) un sitio catalítico, formado por los aminoácidos directamente implicados en el mecanismo de la reacción.
o Una vez formados los productos el enzima puede comenzar un nuevo ciclo de reacción.
Clasificación de las enzimas
o 1. Óxido-reductasas (Reacciones de óxido-reducción).
Oxido-reductasas: Son las enzimas relacionadas con las oxidaciones y las reducciones biológicas que intervienen de modo fundamental en los procesos de respiración y fermentación. Las oxidoreductasas son importantes a nivel de algunas cadenas metabólicas, como la escisión enzimática de la glucosa, fabricando también el ATP, verdadero almacén de energía.
o 2. Transferasas (Transferencia de grupos funcionales)
Las Transferasas: Estas enzimas catalizan la transferencia de una parte de la molécula (dadora) a otra (aceptora). Su clasificación se basa en la naturaleza química del sustrato atacado y en la del aceptor.
o 3. Hidrolasas (Reacciones de hidrólisis)
Las Hidrolasas: Esta clase de enzimas actúan normalmente sobre las grandes moléculas del protoplasma, como son la de glicógeno, las grasas y las proteínas. La acción catalítica se expresa en la escisión de los enlaces entre átomos de carbono y nitrógeno (C-Ni) o carbono oxigeno (C-O); Simultáneamente se obtiene la hidrólisis (reacción de un compuesto con el agua) de una molécula de agua.
o 4. Isomerasas (Reacciones de isomerizacisa)
o Las isomerasas: Transforman ciertas sustancias en otras isómeras, es decir, de idéntica formula empírica pero con distinto desarrollo. Son las enzimas que catalizan diversos tipos de isomerización, sea óptica, geométrica, funcional, de posición, etc. Se dividen en varias subclases.
Las racemasas y las epimerasas actúan en la racemización de los aminoácidos y en la epimerización de los azúcares. Las primeras son en realidad pares de enzimas específicas para los dos isómeros y que producen un solo producto común.
o 5. Liasas (Adicisn a los dobles enlaces)
Las Liazas: Estas enzimas escinden (raramente construyen) enlaces entre átomos de carbono, o bien entre carbono y oxígeno, carbono y nitrógeno, y carbono y azufre. Los grupos separados de las moléculas que de sustrato son casi el agua, el anhídrido carbónico, y el amoniaco.
o 6. Ligasas (Formación de enlaces, con aporte de ATP)
Las Ligasas: Es un grupo de enzimas que permite la unión de dos moléculas, lo cual sucede simultáneamente a la degradación del ATP, que, en rigor, libera la energía necesaria para llevar a cabo la unión de las primeras.
Importancia del ATP (Trifosfato de adenosina)
Es importante ya que es la principal fuente de energía de los seres vivos y se alimenta de casi todas las actividades celulares, entre ellas el movimiento muscular, la síntesis de proteínas, la división celular y la transmisión de señales nerviosas.
Esta molécula se encuentra en todos los seres vivos y constituye la fuente principal de energía utilizable por las células para realizar sus actividades. Se origina por el metabolismo de los alimentos en unos orgánulos especiales de la célula llamados mitocondrias.
Composición Del ATP
El ATP se comporta como una coenzima, ya que su función de intercambio de energía y la función catalítica (trabajo de estimulación) de las enzimas están íntimamente relacionadas.
La parte adenosina de la molécula está constituida por adenina, un compuesto que contiene nitrógeno (también uno de los componentes principales de los genes) y ribosa, un azúcar de cinco carbonos. Cada unidad de los tres fosfatos (trifosfato) que tiene la molécula, está formada por un átomo de fósforo y cuatro de oxígeno y el conjunto está unido a la ribosa a través de uno de estos últimos.
La cinética de Michaelis-Menten
Describe la velocidad de reacción de muchas reacciones enzimáticas. Recibe este nombre en honor a Leonor Michaelis y Maude Menten. Este modelo sólo es válido cuando la concentración del sustrato es mayor que la concentración de la enzima, y para condiciones de estado estacionario, es decir, cuando la concentración del complejo enzima-sustrato es constante.
Determinación de constantes
Para determinar la velocidad máxima de una reacción enzimática, la concentración de sustrato ([S]) se aumenta hasta alcanzar una velocidad constante de formación de producto. Esa es la velocidad máxima (Vmax) de la enzima. En ese caso, los sitios activos de la enzima están saturados con sustrato.
Diagrama de velocidad de reacción y constante de Michaelis-Menten.
La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones químicas que son catalizadas por las enzimas. El estudio de la cinética y de la dinámica química de una enzima permite explicar los detalles de su mecanismo catalítico, su papel en el metabolismo, cómo es controlada su actividad en la célula y cómo puede ser inhibida su actividad por fármacos o venenos o potenciada por otro tipo de moléculas.
CARBOHIDRATOS
Los carbohidratos son uno de los principales nutrientes en nuestra alimentación. Estos ayudan a proporcionar energía al cuerpo. Se pueden encontrar tres principales tipos de carbohidratos en los alimentos: azúcares, almidones y fibra.
El cuerpo necesita las tres formas de carbohidratos para funcionar correctamente.
El cuerpo descompone los azúcares y los almidones en glucosa (azúcar en la sangre) para utilizarlos como energía. La fibra es la parte del alimento que el cuerpo no descompone. La fibra ayuda a hacerlo sentir lleno y puede ayudarle a mantener un peso saludable.
Existen dos tipos de fibra. La fibra insoluble agrega volumen a las heces para que pueda tener deposiciones regulares. La fibra soluble ayuda a reducir los niveles de colesterol y puede ayudar a mejorar el control del azúcar en la sangre.
Según la velocidad de absorción intestinal, podemos clasificar los carbohidratos en los siguientes tipos:
- De absorción muy rápida: zumos de fruta, miel, azúcar, melazas…
- De absorción rápida: frutas enteras, pan blanco, harinas blancas, arroz blanco…
- De absorción lenta: verduras, hortalizas, legumbres y cereales integrales…
Hay que tener en cuenta que en la velocidad de absorción de los hidratos de carbono intervienen otros factores además de la composición de los mismos. Así, por ejemplo, el contenido de proteínas y de grasas de los alimentos o el tiempo de cocción son factores que pueden modificar la rapidez de absorción de los azúcares. Por estas razones algunas clasificaciones prefieren distinguir entre:
- Carbohidratos simples (que corresponderían a los de absorción rápida).
- Carbohidratos complejos (que corresponderían a los de absorción lenta).
Existe una amplia variedad de sustancias orgánicas que se clasifican como carbohidratos, pero solo tres clases son de importancia dietética, entre las cuales habitualmente ingerimos con los alimentos.
Los carbohidratos se clasifican en monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.
1. Monosacáridos o azúcares simples: no pueden ser hidrolizados a moléculas más pequeñas. En su nomenclatura, el sufijo “osa” es para designar un azúcar reductor que contiene un grupo aldehído o un grupo alfa-hidroxicetona. Ejemplo: Ribosa, arabinosa, xilosa, lixosa, ribulosa, fructosa, glucosa, que se encuentran en las frutas, miel y verduras.
2. Oligosacáridos (olivos = pocos; son menos dulces que los monosacáridos o los disacáridos): polímeros desde 2 hasta 10 unidades de monosacáridos.
a) Disacáridos: formados por la unión de dos monosacáridos iguales o distintos que producen dos moléculas de monosacáridos por hidrólisis.
Ejemplo: lactosa (glucosa y galactosa), sacarosa (combinación de glucosa y fructosa), sacarosa es mejor conocida como azúcar de mesa, la lactosa considerada el azúcar de la leche (glucosa y galactosa) y la maltosa conocida como azúcar de los cereales y la cerveza (glucosa y glucosa).
b) Polisacáridos: están formados por la unión de más de 10 monosacáridos simples.
Complejos. Tienen función de reserva como almidón, glucógeno y dextranos y función estructural: celulosa y xilanos.
El glucógeno es el principal polisacárido de reserva en animales. Se acumula en forma de gránulos en el hígado y músculos que mueven el esqueleto. Está formado por miles de moléculas unidas por enlaces (1--4). Tiene forma de hélice y está ramificado, pero la ramificación es mayor, porque se produce cada 8 o 10 carbonos. Se puede decir que está formado por gran cantidad de maltosas.
Almidón: principal polisacárido de reserva energética en los vegetales. Se acumula en forma de gránulos dentro de los plastos, sobre todo en las células de la semilla, de la raíz y del tallo.
El almidón está compuesto de: Amilasa: formado por -D-glucopiranosas unidas mediante enlaces (1-4), formada por maltosa, en una cadena sin ramificar y por Amilopectina: formado por -D-glucopiranosas unidas mediante enlaces (1-4), de cadena ramificada cada 12 glucosas.
La celulosa es un polímero estructural ramificado, componente principal de las paredes celulares de las plantas A pesar de que está formada por glucosas, los animales no la pueden utilizar como fuente de energía, ya que no es digerible porque no cuentan con la enzima necesaria para romper los enlaces β-1,4-glucosídicos; sin embargo, es importante incluirla como fibra dietética porque facilita la digestión.
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