El descubrimiento de ribozimas tuvo una profunda influencia sobre la teoría evolutiva. Durante muchos años, diversos cientí ficos habían emitido la hipótesis de que los primeros catalíticos biológicos se formaron cuando los aminoácidos contenidos en el caldo primordial mostraron coalescencia para formar las pri meras proteínas simples. Cuando quedó de manifiesto que el RNA podía tanto portar información como catalizar reacciones químicas simples, surgió una nueva hipótesis del “mundo del RNA” en la cual el RNA constituyó la primera macromolécula biológica. Finalmente, el DNA surgió como un oligonucleótido con mayor estabilidad química para el almacenamiento de in formación a largo plazo, mientras que las proteínas, en virtud de su variedad mucho mayor de grupos funcionales químicos, do minaron la catálisis. Si se asume que se formó alguna clase de híbrido de RNAproteína como un intermediario en la transi ción desde catalíticos ribonucleótido hacia polipeptídicos, sólo es necesario mirar al ribosoma para encontrar el eslabón perdi do probable.
¿Por qué las proteínas no se hicieron cargo de todas las fun ciones catalíticas? Probablemente, en el caso del ribosoma el pro ceso fue demasiado complejo y demasiado esencial como para dar gran oportunidad para que posibles competidores preva lecieran. En el caso de los RNA que se dividen por sí mismos pequeños, y los intrones que se empalman por sí mismos, tal vez representen uno de los pocos casos en los cuales la autocatálisis de RNA es más eficiente que el desarrollo de un nuevo catalítico proteínico.
resumen
■■ Las enzimas son catalíticos eficientes cuya especificidad estricta se extiende a la clase de reacción catalizada, y típicamente a un solo sustrato.
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■ Los grupos prostéticos orgánicos e inorgánicos, cofactores y coenzimas desempeñan papeles importantes en la catálisis. Las coenzimas, muchas de las cuales son derivados de vitamina B, sirven como “transbordadores” para grupos de uso común, como aminas, electrones y grupos acetilo.
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■ Durante la catálisis, las enzimas suelen redirigir los cambios conformacionales inducidos por la unión a sustrato para efectuar cambios complementarios en el sustrato que faciliten su transformación en producto.
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■ Los mecanismos catalíticos empleados por las enzimas comprenden la introducción de tensión, la aproximación de reactantes, la catálisis acidobásica y la catálisis covalente. La proteasa del HIV ilustra la catálisis acidobásica; la quimotripsina y la fructosa2,6bisfosfatasa ilustran la catálisis covalente. ■
■ Los residuos aminoacilo que participan en la catálisis están altamente conservados entre todas las clases de una enzima dada. La mutagénesis dirigida hacia sitio, que se usa para cambiar residuos que se sospecha que son importantes en la catálisis por la unión a sustrato, proporciona información sobre los mecanismos de acción de enzimas.
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■ La actividad catalítica de enzimas revela su presencia, facilita su detección y proporciona la base para inmunoensayos ligados
capítulO 7 Enzimas: mecanismo de acción 69
a enzima. Muchas enzimas pueden analizarse por medio de espectrofotometría al acoplarlas a una deshidrogenasa dependiente de NAD(P)+.
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■ La química combinacional genera extensas bibliotecas de activadores e inhibidores potenciales de enzimas, que pueden probarse mediante investigación de alta capacidad
de procesamiento. ■
■ El análisis de enzimas plasmáticas ayuda al diagnóstico de infarto de miocardio, pancreatitis aguda y diversos trastornos óseos y hepáticos, y a establecer el pronóstico de los mismos. ■
■ Las endonucleasas de restricción facilitan el diagnóstico de enfermedades genéticas al revelar polimorfismos de la longitud de los fragmentos de restricción, y la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) amplifica el DNA inicialmente presente en cantidades demasiado pequeñas para análisis.
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■ La fijación de un polihistidilo, glutatión Stransferasa (GST), u otra “marca” al N o C terminal de una proteína recombinante facilita su purificación mediante cromatografía de afinidad sobre un soporte sólido que contiene un ligando inmovilizado, como un catión divalente (p. ej., Ni2+) o GST. A continuación,
proteasas específicas pueden eliminar las “marcas” de afinidad y generar la enzima natural.
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■ No todas las enzimas son proteínas. Se conocen varias ribozimas que pueden cortar los enlaces fosfodiéster del RNA y volver a empalmarlos. En el ribosoma, la catálisis depende principalmente del rRNA y no de los componentes polipeptídicos.
referencIas
Brik A, Wong CH: HIV1 protease: mechanism and drug discovery. Org Biomol Chem 2003;1:5.
Burtis CA, Ashwood ER, Bruns DE: Tietz Textbook of Clinical
Chemistry and Molecular Diagnostics. 4th ed. Elsevier, 2006.
Cornish PV, Ha T: A survey of singlemolecule techniques in chemical biology. ACS Chem Biol 2007;2:53.
Doudna JA, Lorsch JR: Ribozyme catalysis: not different, just worse. Nature Struct Biol 2005;12:395.
Frey PA, Hegeman AD: Enzyme Reaction Mechanisms. Oxford University Press. 2006.
Geysen HM, Schoenen F, Wagner D, Wagner R: Combinatorial compound libraries for drug discovery: an ongoing challenge. Nature Rev Drug Disc 2003;2:222.
Goddard JP, Reymond JL: Enzyme assays for highthroughput screening. Curr Opin Biotech 2004;15:314.
Gupta S, de Lemos JA: Use and misuse of cardiac troponins in clinical practice. Prog Cardiovasc Dis 2007;50:151.
Hedstrom L: Serine protease mechanism and specificity. Chem Rev 2002;102:4501.
Melanson SF, Tanasijevic MJ: Laboratory diagnosis of acute myocardial injury. Cardiovascular Pathol 2005;14:156.
Pereira DA, Williams JA: Origin and evolution of high throughput screening. Br J Pharmacol 2007;152:53.
René AWF, Titman CM, Pratap CV, et al: A molecular switch and proton wire synchronize the active sites in thiamine enzymes. Science 2004;306:872.
Schmeing TM, Ramakrishnan V: What recent ribosome structures have revealed about the mechanism of translation. Nature 2009; 461:1234.
Schafer B, Gemeinhardt H, Greulich KO: Direct microscopic observation of the time course of singlemolecule DNA restriction reactions. Agnew Chem Int Ed 2001;40:4663.
Silverman RB: The Organic Chemistry of Enzyme-Catalyzed Reactions.
Academic Press, 2002.
Sundaresan V, Abrol R: Towards a general model for proteinsubstrate stereoselectivity. Protein Sci 2002;11:1330.
Todd AE, Orengo CA, Thornton JM: Plasticity of enzyme active sites. Trends Biochem Sci 2002;27:419.
Urich T, Gomes CM, Kletzin A, et al: Xray structure of a self compartmentalizing sulfur cycle metalloenzyme. Science 2006;311:996.
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c a p í t u l o
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O b j e t i v O s
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