Análisis de enzimas

¿QUÉ ES EL ANÁLISIS ENZIMÁTICO?

El análisis enzimático o “análisis enzimático”, en suero sanguíneo, es la medición de la actividad de una enzima específica en una muestra de suero sanguíneo, generalmente para identificar una enfermedad. También es vital para el estudio de la cinética enzimática y la inhibición enzimática.

UNIDAD DE MEDIDA

La cantidad (concentración) de una enzima en una reacción dada (actividad enzimática) se puede expresar en cantidades molares, como en el caso de cualquier otro producto químico, o en términos de actividad en unidades de enzima.

La actividad de las enzimas (conocida como "actividad enzimática") puede clasificarse según (o en función de) la cantidad de sustrato que puede convertir dentro de un período específico, que generalmente depende de condiciones específicas.

Actividad enzimática = moles de sustratos convertidos por unidad de tiempo = velocidad × volumen de reacción. 

La unidad SI de actividad enzimática se conoce como Katal.

1 Katal= 1mol/s.

Debido a que una unidad Katal es alarmantemente grande, un valor más práctico y de uso común es:

Unidad de enzima (U) = 1 micromol/min.

1 unidad de enzima = 16.67 nanokatales (aproximadamente).

La actividad enzimática reflejada en Katal generalmente se refiere a la del sustrato diana natural potencial sobre el que se supone que actúa la enzima. Además, la actividad enzimática se puede dar como la de ciertos sustratos estandarizados, como la gelatina, y medirse en unidades de digestión de gelatina (GDU), o proteínas de la leche, y medirse en unidades de coagulación de la leche (MCU). 

Estas unidades GDU y MCU se basan en la velocidad a la que un gramo de la enzima digiere la gelatina o la proteína de la leche, respectivamente.

1 GDU = 1.5 MCU (aproximadamente).

Cabe señalar que una mayor cantidad de sustrato provocará un aumento correspondiente en la velocidad de reacción enzimática hasta que se alcance un pico en el que un mayor aumento en la cantidad de sustrato no alterará la velocidad de reacción, pero la velocidad de reacción se nivelará. porque la cantidad de sitios activos disponibles se ha mantenido constante; un punto de saturación.

La actividad específica de una enzima es la actividad de una enzima por miligramo de proteína total (expresada en micromol por minuto por miligramo). La actividad específica es otra unidad común y da una medida de la pureza de la enzima en la mezcla. 

La actividad específica son los micromoles de producto formados por una enzima en una cantidad de tiempo dada (minutos) bajo condiciones dadas por miligramo de proteínas totales. Es igual a la velocidad de reacción multiplicada por el volumen de reacción dividido por la cantidad de proteína total. 

La unidad SI para actividad especial es Katal/kg, pero una unidad más practicada es micromol/mg × min. La actividad específica suele ser constante para una enzima pura.

Pueden surgir errores debido a diferencias en los lotes de cultivo y/o enzimas mal plegadas y problemas similares. Se puede realizar un proceso de titulación del sitio activo para eliminar estos errores. Esta es una medida de la cantidad de enzima activa. A continuación, la actividad específica debe expresarse como micromol/mg × min de enzima activa. 

Habiendo conocido el peso molecular de la enzima, se puede calcular el número de recambio, o micromol de producto por segundo por micromol de enzima activa, a partir de la actividad específica. El número de recambio da el número de veces que cada molécula de enzima realiza su ciclo catalítico por segundo.

MÉTODOS DE ANÁLISIS ENZIMÁTICOS

Se usan diferentes métodos de análisis enzimático para medir las concentraciones de sustratos y productos que existen y muchas enzimas se pueden analizar usando diferentes métodos.

Las reacciones catalizadas por enzimas se pueden estudiar utilizando los tipos de experimentos.

• Experimentos de tasa inicial

Cuando una enzima se mezcla con un gran exceso de sustrato, el intermediario enzima-sustrato se acumula en un transitorio inicial rápido. Luego, la reacción se abstiene de una cinética de estado estacionario en la que los intermedios enzima-sustrato permanecen aproximadamente constantes a lo largo del tiempo y la velocidad de reacción cambia relativamente lentamente.

• Experimentos de curva de progreso

Aquí, los parámetros cinéticos se determinan a partir de expresiones para la concentración de especies en función del tiempo. Los experimentos de curvas de progreso son menos comunes ahora.

• Experimentos de cinética transitoria

En este experimento, se realiza un seguimiento del comportamiento de la reacción durante el transitorio rápido inicial a medida que el intermedio alcanza el período cinético de estado estacionario. El experimento es demasiado difícil de realizar ya que necesita técnicas especializadas. No es popular.

• Experimentos de relajación

Se perturba una mezcla en equilibrio de enzima, sustrato y producto, por ejemplo, por temperatura, presión, salto de pH, y solo se controla el retorno al equilibrio. Es insensible a los detalles mecánicos y, por lo tanto, no se suele utilizar.

FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

Algunos factores físicos afectan la actividad enzimática. Éstos incluyen:

• Temperatura.

Las enzimas se esfuerzan bien en temperaturas específicas. A bajas temperaturas, el número de colisiones exitosas entre la enzima y el sustrato se reduce debido a la reducción del movimiento molecular. La reacción es lenta. 

Nuestro cuerpo humano está a una temperatura controlada de 37°C. A esta temperatura, las enzimas de nuestro cuerpo funcionan mejor. Sin embargo, esto no es cierto para las enzimas de nuestro cuerpo en todos los organismos. Las temperaturas más altas alteran la forma del apresto activo, reduciendo así su actividad o impidiendo que funcione. 

La enzima se desnaturaliza (perdió su naturaleza original), las proteínas son cadenas retorcidas de moléculas de aminoácidos en la cadena, con altas temperaturas, estas fuerzas se rompen y la enzima, incluido su sitio activo, cambiará de forma. Con este desarrollo, el sustrato ya no encaja, la velocidad de reacción se verá afectada o la reacción se detendrá.

• pH ambiental

Las enzimas también se ven afectadas por el ph. Cambiar el ph de su entorno también alterará la forma del sitio activo de una enzima. 

Muchos aminoácidos en una molécula de enzima llevan un cambio (positivo o negativo) dentro de la molécula de enzima. Los aminoácidos cargados positiva y negativamente atraerán (esto es lo que contribuye al plegamiento de la molécula de enzima, su forma y la forma de su sitio activo) un cambio en el pH. 

También afectará las cargas en las moléculas de aminoácidos, los aminoácidos que se atrajeron entre sí pueden no ser más, en segundo lugar, la forma de las enzimas, junto con su sitio activo, cambiará, el extremo del pH también desnaturalizará las enzimas, los cambios puede o no ser permanente. 

Las enzimas funcionan tanto dentro como fuera de las células, en el sistema digestivo donde el pH celular está entre 7.0 pH y 7.4 pH. Las enzimas celulares funcionarán mejor dentro de este rango de ph, pero diferentes enzimas, que tienen diferentes ph óptimos. 

La separación del ácido clorhídrico dicta el ph óptimo en el estómago, mientras que el ph óptimo en el duodeno es producido por la secreción de hidrogenocarbonato de sodio. 

Los ph óptimos de otras enzimas en el sistema digestivo son:

• 1. Proteasa pancreática (tripsina) 7.5pH a 8.0pH
  2. Proteasa estomacal (pepsina) 1.5pH a 2.0pH
  3. Amilasa salival 6.8 pH
• Concentración de sustrato

Las enzimas funcionan mejor en un medio de sustrato excesivo. A medida que aumenta la concentración del sustrato, aumenta la actividad de la enzima. Esto significa que la enzima puede descomponer más sustrato en el caso de que haya más sustrato disponible. 

Sin embargo, esta actividad puede verse obstaculizada cuando se presenta una escasez de enzima, lo que significa que la enzima ya no puede funcionar más rápido a pesar de que hay muchos sustratos disponibles. Entonces, cuando aumenta la cantidad de enzimas, no se puede descomponer más sustrato. En esta unión, la concentración de enzimas es el factor limitante que ralentiza la reacción.

• Concentración de enzimas

A medida que aumenta la concentración de las enzimas, también aumenta la actividad enzimática. Esto significa que a medida que se agregan más enzimas, se descompone más sustrato y, nuevamente, se puede obstaculizar un aumento en la actividad de la enzima bajo ciertas condiciones. 

Cuando la cantidad de enzima disponible supera la cantidad de sustrato, no se puede descomponer más sustrato, el contacto del sustrato se agota, se consume por completo, la concentración de sustrato es el factor limitante que ralentiza la reacción.

CONCLUSIÓN

El análisis de enzimas se basa en la medición de la rapidez con la que una determinada cantidad de enzimas interactuará con un sustrato para producir un producto. 

Los ejemplos son proteínas especializadas y catalizadores biológicos responsables de activar reacciones químicas dentro de las células. Llevan a cabo reacciones químicas de forma asombrosa, a un ritmo elevado en las suaves condiciones de temperatura, pH y presión de las células. Su actividad es con notable eficiencia y especificidad. 

Funcionan utilizando los sitios activos, un lugar específico donde se unen los sustratos, en el complejo enzima-sustrato. La actividad enzimática se determina midiendo el número de productos formados o sustrato consumido en una reacción en un tiempo determinado. Los sustratos son las sustancias sobre las que actúan las enzimas.

Preguntas Frecuentes

• ¿Para qué sirve un análisis enzimático?

El análisis de enzimas tiene dos propósitos diferentes, uno de los cuales es identificar una enzima específica, confirmar su presencia o ausencia en una muestra distinta, como un organismo o tejido, así como determinar la cantidad de enzimas en la muestra dada.

• ¿Cuáles son los tres factores de las enzimas?

Las enzimas ayudan a acelerar las reacciones químicas en el cuerpo humano. Se unen al (sustrato) molecular en los sitios activos y los alteran de formas específicas. Son esenciales para la digestión, la respiración, el funcionamiento muscular y nervioso, etc., en el sistema del cuerpo humano.

• ¿Cuál es la actividad enzimática de una enzima?

Actividad enzimática = moles de sustrato convertidos por unidad de tiempo = velocidad × volumen de reacción.

• ¿Qué cuatro cosas pueden afectar la forma en que funcionan las enzimas?

Varios factores afectan la velocidad a la que funcionan las reacciones enzimáticas. Estos incluyen temperatura, pH, concentración de enzima y concentración de sustrato; como se discutió anteriormente.

• ¿Cuáles son las características de las enzimas?

Las enzimas son altamente específicas para un sustrato en particular. También permanecen sin cambios durante cada reacción posterior. Además, son muy eficaces, catalizan aproximadamente 1 de cada 10,000 moléculas de sustrato por segundo. Finalmente, no afectan la constante de equilibrio; k