Ejercicio resuelto de Enzimas · Biología · Asturias · 2023

Pregunta 1. La gráfica representa la actividad de tres enzimas A, B y C en relación con la temperatura.
a. Indica el nivel de actividad de las enzimas A, B y C a $37{,}^{\circ }\mathrm{C}$. (Calificación 0.5 puntos)
b. Si el enzima B permanece a $100{,}^{\circ }\mathrm{C}$ durante varias horas y después vuelve a $37{,}^{\circ }\mathrm{C}$, ¿recupera su actividad? Razona tu respuesta. (Calificación 0.5 puntos)
c. ¿Qué es lo que determina la alta especificidad de un enzima por un determinado sustrato? (Calificación 0.5 puntos
d. La ADN polimerasa cataliza la incorporación de un nucleótido a una hebra de ADN con $n$ nucleótidos para dar una hebra con $n+1$ nucleótidos. Indica en esta reacción quién o quiénes son los sustratos y quién o quiénes son los productos (Calificación 0.5 puntos)

$\mathbf{\text{a.}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{nivel}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{actividad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{enzimas}}\mathbf{\text{A,}}\mathbf{\text{B}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{C}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{37}}\mathbf{\text{°C.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La gráfica muestra tres campanas bien separadas: la de A entre 0 y 15 °C, con el óptimo hacia los 8-10 °C; la de B entre 7 y 47 °C, con el óptimo hacia los 35 °C; y la de C entre 50 y 90 °C, con el óptimo hacia los 72 °C. A 37 °C, por tanto:

$\text{Enzima}$	$\text{Actividad a }37{}^{\circ }\mathrm{C}$	$\text{Por qu}\acute{\text{e}}$
A	Nula	Su curva ya ha caído a cero por encima de los 15 grados
B	Casi máxima, en torno al 95 por ciento	37 grados está justo pasado su óptimo de 35
C	Nula	Su curva no arranca hasta los 50 grados

De las tres, solo B es funcional a la temperatura del cuerpo humano; A sería propia de un organismo psicrófilo y C de uno termófilo.

$\mathbf{\text{b.}}\mathbf{\text{Si}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{enzima}}\mathbf{\text{B}}\mathbf{\text{permanece}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{100}}\mathbf{\text{°C}}\mathbf{\text{durante}}\mathbf{\text{varias}}\mathbf{\text{horas}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{despu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{vuelve}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{37}}\mathbf{\text{°C,}}\mathbf{\text{¿recupera}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{actividad?}}\mathbf{\text{Razona}}\mathbf{\text{tu}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{No}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{recupera.}}$ A 100 grados, muy por encima de su óptimo, la agitación térmica rompe los enlaces débiles —puentes de hidrógeno, interacciones iónicas e hidrofóbicas— que sostienen las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria de la proteína. La enzima se $\mathbf{\text{desnaturaliza}}$: la cadena se despliega al azar y el centro activo, que es un hueco con una forma y una distribución de cargas muy precisas, desaparece. Sin centro activo no hay unión al sustrato y no hay catálisis.

Que el proceso sea o no reversible depende de su intensidad: una desnaturalización suave puede revertirse, pero varias horas a 100 grados es una agresión extrema, y además la proteína desnaturalizada expone al agua sus radicales hidrófobos, se agrega con sus vecinas y precipita de forma irreversible. Es lo mismo que le ocurre a la clara del huevo al cocerse: no vuelve a ser líquida al enfriarla. Conviene notar que la estructura primaria no se ha alterado —los enlaces peptídicos son covalentes—, pero eso no basta para recobrar la función.

$\mathbf{\text{c.}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{lo}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{determina}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{alta}}\mathbf{\text{especificidad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{enzima}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{determinado}}\mathbf{\text{sustrato?}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La determina la $\mathbf{\text{estructura}}\mathbf{\text{tridimensional}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{centro}}\mathbf{\text{activo}}$, que es una pequeña región de la superficie de la enzima formada por unos pocos aminoácidos que la secuencia sitúa juntos en el espacio, aunque estén alejados en la cadena.

La especificidad nace de que ese hueco tiene una $\mathbf{\text{forma}}$ y una $\mathbf{\text{distribuci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cargas}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{zonas}}\mathbf{\text{polares}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{fobas}}$ complementarias de las del sustrato: solo una molécula que encaje geométrica y químicamente puede unirse y ser transformada. Es el modelo llave-cerradura de Fischer, matizado después por el del $\mathbf{\text{ajuste}}\mathbf{\text{inducido}}$ de Koshland, según el cual el centro activo no es rígido, sino que se amolda al sustrato al unirse a él.

De ahí se sigue todo lo demás: que la especificidad se pierda al desnaturalizarse la enzima, que dependa del pH —porque este altera la ionización de los radicales del centro activo— y que un inhibidor competitivo funcione precisamente por parecerse al sustrato.

$\mathbf{\text{d.}}\mathbf{\text{La}}\mathbf{\text{ADN}}\mathbf{\text{polimerasa}}\mathbf{\text{cataliza}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{incorporaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{nucle}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tido}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{hebra}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ADN}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{nucle}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tidos}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{dar}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{hebra}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{n+1}}\mathbf{\text{nucle}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tidos.}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{qui}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{qui}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{nes}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{sustratos}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{qui}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{qui}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{nes}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{productos.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los $\mathbf{\text{sustratos}}$ son dos: la $\mathbf{\text{hebra}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ADN}}\mathbf{\text{de}}$ $\mathit{n}$ $\mathbf{\text{nucle}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tidos}}$, que aporta el extremo $3^{\mathrm{\prime }}$ con hidroxilo libre, y el $\mathbf{\text{nucle}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tido}}$ que se va a incorporar, que llega en forma de desoxirribonucleósido trifosfato. Hay que contar además la hebra molde, que no se transforma pero es imprescindible para elegir cuál de los cuatro nucleótidos entra.

Los $\mathbf{\text{productos}}$ son la $\mathbf{\text{hebra}}\mathbf{\text{de}}$ $\mathbf{\text{nucle}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tidos}}$ y el $\mathbf{\text{pirofosfato}}$ que se desprende del nucleótido trifosfato al formarse el enlace fosfodiéster. La hidrólisis posterior de ese pirofosfato es la que hace la reacción irreversible y la que aporta la energía del proceso.

La ADN-polimerasa, como toda enzima, no es sustrato ni producto: no se consume y aparece intacta al final para catalizar la incorporación siguiente.