Actividad enzimática (proteasas) bioquímica & laboratorio

Actividad Enzimática: Proteasas                

ACTIVIDAD ENZIMÁTICA (PROTEASAS)

 Bioquímica & Laboratorio 

Universidad de Antioquia, Escuela de microbiología

Medellín, 04 de septiembre del 2021

Docente:  Xiomara Mosquera Castro

Elaborado por:

Valentina Orrego García

Nicolás Daniel Rondón Córdoba

Angy Ximena Castro Morales

Introducción

Las enzimas son proteínas, formadas por aminoácidos que se encuentran covalentemente unidos entre ellos, estas ayudan a acelerar las reacciones químicas en el cuerpo humano, en donde se unen a moléculas y las alteran de formas específicas. Son esenciales para la respiración, la digestión de los alimentos, la función muscular y nerviosa, entre miles de otras funciones (Ramírez & Ayala 2014). 

Cada enzima reacciona dependiendo del lugar en donde se encuentra y la función que cumple en el mismo, las enzimas Proteasas son enzimas que rompen los enlaces peptídicos de las proteínas; se dividen en exopeptidasas y endopeptidasas. Estas enzimas se pueden obtener de plantas, animales y microorganismos en varias condiciones. 

Las enzimas proteasas bromelina (derivada de la piña), papaína (derivada de la papaya) y la tripsina (se encuentra en el jugo pancreático) tienen como función principal hidrolizar enlaces peptídicos de proteínas, con el fin de volver a estas en moléculas más simples para facilitar su degradación. Cada una de estas enzimas se comporta de manera diferente dependiendo de los sustratos a los que sean sometidas, la siguiente práctica nos permite reconocer dichos comportamientos y la acción de cada una (Ramírez & Ayala 2014). 

Marco teórico

El cuerpo humano constantemente se encuentra realizando reacciones de procesos necesarios para la vida, como por ejemplo: procesos anabólicos y catabólicos que ocurren simultáneamente, replicación, transcripción y traducción del ADN. En los procesos biológicos participan diferentes moléculas que ayudan a la realización adecuada de los mismos, como por ejemplo las enzimas, las cuales son conocidas como catalizadores biológicos, es decir, poseen una función catalítica en donde pueden acelerar la velocidad de reacción, y también pueden degradar azúcares, sintetizar aminoácidos y grasas, participar de procesos de reconocimiento y señalización celular, entre otras.

Las enzimas se producen de manera natural en el cuerpo, y la forma y función de estas está ligada al lugar donde se encuentren. 

1.1 Función de las enzimas 

Las enzimas son capaces de acelerar reacciones químicas específicas en un medio acuoso, y en condiciones en las que los catalizadores no biológicos, serían incapaces de realizar iguales funciones. Su capacidad catalizadora depende de su conformación, la supresión de alguno de sus niveles de estructuración causa la pérdida de funcionamiento. Gran parte de sus propiedades catalíticas radica en el alto grado de especialización que presentan respecto a las sustancias reaccionantes o sustratos (Pérez & Noriega, 2011).

Otro tipo de funciones que cumplen las enzimas a nivel biológico son: degradan azúcares, sintetizan grasas y aminoácidos, copian fielmente la información genética, participan en el reconocimiento y transmisión de señales del exterior y se encargan de degradar subproductos tóxicos para la célula, entre muchas otras funciones vitales. La identidad y el estado fisiológico de un ser vivo está determinado por la colección de enzimas que estén funcionando. (Ramírez & Ayala 2014).

1.1.2 Clasificación de las enzimas

En el origen del estudio de las enzimas se utilizaron nombres referentes al órgano o tejido dónde se descubrieron … Desde 1961, la Unión Internacional de Bioquímica, utiliza un sistema de clasificación y denominación, adoptado por convenio, que clasifica las enzimas en siete grandes grupos (Pérez & Noriega, 2011):

• Oxidorreductasas: Encargadas de la transferencia de electrones. 
• Transferasas: Transfieren grupos funcionales.
• Hidrolasas: Rotura de enlaces incorporando una molécula de agua
• Liasas: Rotura de enlaces covalentes por adición o eliminación de grupos.
• Isomerasas: Reacciones de isomerización, transferencia de grupos dentro de la misma molécula. 
• Ligasas: Formación de enlaces covalentes mediante reacciones de condensación
• Translocasas: Catalizan el movimiento de iones o moléculas a través de las membranas. 

1.2   Reacciones enzimáticas

En toda reacción química se produce la transformación de unas moléculas iniciales denominadas sustratos (S) en las reacciones bioquímicas, en unas sustancias finales o productos (P). Esta transformación necesita, en la mayoría de las reacciones, un aporte inicial de energía que aumenta la energía cinética (Franklin, 2011).

En estas reacciones, la enzima (E) se une al sustrato (S) para formar el complejo enzima-sustrato (ES). Después tiene lugar la transformación del sustrato (S) en producto (P), liberando el producto (P) y quedando libre la enzima (E) para una nueva unión con el sustrato (Franklin, 2011).

 1.2.2 Inhibición enzimática

Los inhibidores son sustancias que disminuyen, o incluso anulan, la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas. Existen diferentes tipos de inhibición (Franklin, 2011):

Reversible:

• Competitiva: Algunos compuestos inhiben la actividad enzimática ocupando temporalmente el centro activo de la enzima.
• No competitiva: En la inhibición no competitiva, el inhibidor que no necesita parecerse al sustrato se une a la enzima en un sitio distinto al centro activo.
• Acompetitiva: En la inhibición acompetitiva el inhibidor se fija a un sitio diferente al del sitio activo.

Irreversible: 

Algunas sustancias inhiben a las enzimas irreversiblemente, porque se unen permanentemente con grupos funcionales al centro activo o, porque desnaturalizan completamente a las proteínas. 

1.3 Proteasas

Las enzimas proteolíticas, también conocidas como proteasas o peptidasas, se producen en diferentes partes del cuerpo y son las responsables de catalizar la hidrólisis de los enlaces peptídicos de otras proteínas, dando como resultado la producción de péptidos o aminoácidos libres.  Las proteasas se encuentran distribuidas ampliamente en animales, plantas, y microorganismos…y sus aplicaciones son principalmente en las áreas médicas y farmacéuticas, así como en la industria alimentaria y de detergentes. (Vigueras-Morales at al. 2019).

Según el Comité de Nomenclatura de la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular, las proteasas se ubican en el grupo 3, subgrupo 4 en donde se encuentran las hidrolasas, dicha clasificación involucra dos grupos: exoproteasas y endoproteasas (Vigueras-Morales at al. 2019).

Las exopeptidasas, son enzimas que degradan en los extremos de las proteínas, estás se clasifican en dos grupos: Aminopeptidasas (aminoácido libre, dipéptido, tripéptido) actuando en el extremo amino terminal, y las carboxipeptidasas, las cuales actúan en el extremo carboxilo, liberan un único aminoácido o un dipéptido en los extremos C-terminales de la cadena polipeptídica. Estas enzimas también se clasifican en tres grupos, serin-carboxipeptidasas, metalo-carboxipeptidasas y cisteín-carboxipeptidasas, basándose en la naturaleza de los residuos de aminoácidos en su sitio activo (Rao et al., 1998; Mótyán et al., 2013; Theron y Divon, 2014).

Las endopeptidasas se caracterizan por llevar a cabo la hidrólisis en los enlaces peptídicos de las regiones internas de la cadena polipeptídica. Estas enzimas son industrialmente más importantes que las exopeptidasas y se clasifican según la especificidad del sustrato, mecanismo catalítico, estructuras tridimensionales y por los residuos de aminoácidos presentes en su sitio activo:  Serina endopeptidasas, cisteína endopeptidasas, aspártico endopeptidasas, y metaloendopeptidasas (Sumantha et al., 2006).

Cada proteasa realiza su acción con base a sus particularidades, y también según al sustrato al que ha sido expuesta. Su función principal es descomponer la proteína en moléculas más pequeñas y simples, para finalmente ser degradadas de manera rápida por el respectivo organismo en el que estás se encuentren. 

1.4 Factores que influyen en la actividad enzimática

Dos de los factores más relevantes que pueden influenciar en la acción de una enzima son los siguientes: 

• pH: Todas las enzimas tienen en su estructura primaria aminoácidos con grupos radicales ionizables. Dependiendo del pH del medio en el que se encuentren pueden no tener carga, o por el contrario estar cargados, bien positiva o negativamente. Estas cargas sirven para estabilizar la conformación natural de la proteína y cuando el pH las cambia, también se modifica la estructura, llevando en último extremo a la desnaturalización de la proteína, y en el caso de las enzimas a la pérdida de actividad (Pérez & Noriega, 2011).

• Temperatura: Este factor presenta dos efectos contrapuestos, por un lado el aumento de temperatura produce, de forma general, un aumento en la velocidad de cualquier reacción química; pero por otro lado, las enzimas experimentan desnaturalización y pérdida de actividad al superar una determinada temperatura. (Pérez & Noriega, 2011).

Materiales & Métodos

Materiales:

• Tubos de ensayo
• Películas fotográficas
• Agua destilada
• Bromelina
• Papaína
• Tripsina
• Solución de gelatina al 10%
• Solución de albúmina al 80%
• Leche
• Solución de hidróxido de sodio al 40%
• Solución de sulfato cúprico al 1%

Metodología:

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