Mecanismos de enzimas:

El mecanismo de una reacción es una descripción detallada de los eventos moleculares, atómicos e incluso subatómicos que suceden durante la reacción.

Deben identificarse los reactivos, los productos y todos los compuestos intermedios. Los mecanismos enzimáticos se representan con el mismo simbolismo que el usado en química orgánica para representar la ruptura y la formación de enlaces químicos.

• Sustituciones nucleofílicas:

Se necesitan de especies intermediarios iónicos: unas especies son ricas en electrones o nucleofílicas, y otras especies son pobres en electrones, o electrofílicas. Un nucleófilo tiene una carga negativa o un par de electrones no compartido. Suele imaginarse que el nucleófilo ataca al electrófilo, y al mecanismo se le llama ataque nucleofílico, o sustitución nucleofílica. Estos diagramas de “empuje de electrones” representan la ruptura de un enlace covalente existente, o la formación de un nuevo enlace covalente. En general, el mecanismo de una reacción implica un compuesto intermedio.

Otro tipo de sustitución nucleofílica consiste en el desplazamiento directo. En este mecanismo, el grupo o molécula atacante se adiciona a la cara del átomo central, opuesto al grupo saliente, y forma un estado de transición que tiene cinco grupos asociados al átomo central. Este estado de transición es inestable y de gran energía. Tiene una estructura entre la del reactivo y la del producto.

• Reacción de ruptura:

Los enlaces covalentes se pueden romper de dos maneras: dos electrones permanecen con un átomo, o un electrón puede permanecer con cada átomo enlazado. En la gran mayoría de las reacciones, ambos electrones están en un átomo, por lo que se forman un intermedio iónico y un grupo saliente.

• Reacciones de óxido-reducción:

En esta reacción los electrones de una especie se transfieren a otra. Debemos tener presente el significado estos conceptos:

Dato: La deshidrogenación es la forma más común de oxidación biológica. Recuerde que las oxidorreductasas representan una clase extensa de enzimas, y las deshidrogenasas son una de las subclases principales de las oxidorreductasas.

Modos químicos de la catálisis enzimática:

Modos de enlazamiento en la catálisis enzimática:

• El efecto de proximidad: Es el aumento de la velocidad de reacción debido a la formación de un complejo ES no covalente, que reúne y orienta a los reactivos causando una disminución de la entropía.
• Enlazamiento débil de sustratos con enzimas: El enlazamiento de sustratos con enzimas no puede ser muy fuerte; esto es, los valores de Km no pueden ser extremadamente bajos.En cambio, un enlazamiento muy fuerte del sustrato significaría poca o nada de catálisis. A la estabilidad excesiva de ES se le llama trampa termodinámica. La función de las enzimas es unirse y ubicar a los sustratos antes de llegar al estado de transición, pero no con tanta fuerza que el complejo ES sea muy estable. Los valores de Km (que representan constantes de disociación) de las enzimas con sus sustratos indican que las enzimas evitan la trampa termodinámica. La mayor parte de los valores de Km son del orden de 10-4 M, número que indica un enlazamiento débil del sustrato.
• Ajuste inducido: Activación de una enzima por cambio de conformación iniciado por el sustrato. Este ajuste no es un modo catalítico, sino principalmente un efecto de especificidad del sustrato.

Estabilización del estado de transición:

Algunos enzomólogos han estimado que la estabilización del estado de transición explica casi todos los aumentos de velocidad de reacción causados por las enzimas.

Propiedades de las serinas proteasas:

Las serina proteasas son una clase de enzimas que separan el enlace peptídico de las proteínas. Como lo señala su nombre, se caracterizan por la presencia de un residuo de serina catalítico en sus sitios activos. Las serina proteasas mejor estudiadas son las enzimas relacionadas tripsina, quimotripsina y elastasa. 

Estas enzimas proporcionan una excelente oportunidad para explorar la relación entre la estructura de la proteína y la función catalítica.

1. Los zimógenos son los precursores inactivos de las enzimas:

Ejemplos de algunos zimógenos pancreáticos:

2. Especificidad de las serina proteasa hacia el sustrato:

La quimotripsina, la tripsina y la elastasa son enzimas similares que comparten un ancestro común; en otras palabras, son homólogas. Las posiciones de las cadenas laterales de los residuos de serina, histidina y aspartato en los sitios activos son casi idénticas en las tres enzimas.

Sitios de enlace de quimotripsina, tripsina y elastasa

3.      Catálisis química y por modos de enlazamiento de las serina proteasas:

A continuación, se presentará el mecanismo de la quimotripsina y las funciones de los tres residuos catalíticos: His-57, Asp-102 y Ser-195.