Reacciones Enzimáticas, Replicación del ADN y Mutaciones: Mecanismos y Regulación

Reacciones Enzimáticas: Etapas y Regulación

Las enzimas son biocatalizadores que aceleran las reacciones químicas en los seres vivos. A continuación, se describen las etapas de una reacción enzimática y los mecanismos de regulación de su actividad.

Etapas de una Reacción Enzimática

1. Formación del Complejo Enzima-Sustrato (ES): Esta etapa inicial implica un reconocimiento estructural específico entre la enzima (E) y el sustrato (S). La apoenzima posee un centro activo, donde aminoácidos específicos interactúan con el sustrato. Este reconocimiento puede ocurrir de dos formas:
   • Modelo Llave-Cerradura: La apoenzima y el sustrato encajan perfectamente, como una llave en su cerradura.
   • Modelo de Ajuste Inducido: El centro activo de la apoenzima se adapta a la forma del sustrato.

   Esta etapa es lenta y reversible. La unión debilita los enlaces del sustrato, facilitando la transición.

2. Formación del Complejo Enzima-Producto (EP): Una vez formado el complejo ES, las coenzimas (si están presentes) o los aminoácidos del centro activo catalizan la transformación del sustrato en producto(s) (P). Esta etapa es, generalmente, irreversible.
3. Liberación del Producto: El producto se libera del centro activo, y la enzima queda libre para iniciar un nuevo ciclo catalítico.

Regulación de la Actividad Enzimática

La regulación enzimática controla la velocidad de las reacciones. Los principales mecanismos son:

1. Activación Enzimática: Ciertos compuestos (activadores) se unen a la enzima, a menudo en un sitio distinto del centro activo, modificando su estructura y activándola.
2. Inhibición Enzimática: Los inhibidores reducen o eliminan la actividad enzimática. Existen varios tipos:
   • Inhibición Irreversible: El inhibidor se une covalentemente a la enzima, inactivándola permanentemente (venenos metabólicos).
   • Inhibición Reversible:
     • Competitiva: El inhibidor compite con el sustrato por el centro activo (análogos metabólicos).
     • No Competitiva: El inhibidor se une a un sitio diferente del centro activo, alterando su conformación.
     • Acompetitiva: El inhibidor se une al complejo ES, impidiendo la formación del producto.
3. Alosterismo: Las enzimas alostéricas, con estructura cuaternaria, poseen sitios de unión para activadores e inhibidores. Presentan dos conformaciones:
   • Estado R: Alta afinidad por el sustrato.
   • Estado T: Baja afinidad por el sustrato.

   Las subunidades muestran un efecto cooperativo.

Replicación del ADN: Proceso y Fases

La replicación del ADN ocurre durante la fase S de la interfase y es esencial para la división celular. Es un proceso semiconservativo y bidireccional.

Fases de la Replicación

1. Inicio: La helicasa rompe los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias, separando las dos hebras de ADN. Las topoisomerasas alivian la tensión generada. Las proteínas SSB evitan que las hebras se vuelvan a unir.
2. Elongación: La ADN polimerasa III es la enzima principal. Características:
   • Necesita una hebra molde (3′-5′).
   • Sintetiza la nueva hebra en dirección 5′-3′.
   • Utiliza nucleótidos trifosfato.
   • Requiere un cebador (primer) de ARN.

   Se forman la hebra conductora (síntesis continua) y la hebra retardada (síntesis discontinua en fragmentos de Okazaki).

3. Terminación: La ADN polimerasa I elimina los cebadores y los reemplaza con ADN. La ligasa une los fragmentos de Okazaki.

Mutaciones: Génicas, Cromosómicas y Genómicas

Las mutaciones son cambios en el material genético. Pueden ser espontáneas o inducidas por agentes mutagénicos.

Mutaciones Génicas

Alteraciones en la secuencia de nucleótidos de un gen.

• Sustitución de bases:
  • Transiciones: Cambio de una purina por otra purina, o una pirimidina por otra pirimidina.
  • Transversiones: Cambio de una purina por una pirimidina, o viceversa.
• Pérdida o inserción de nucleótidos: Provocan un corrimiento en el marco de lectura.
• Variaciones en la posición de nucleótidos.

Mutaciones Cromosómicas

Afectan a la estructura de los cromosomas.

• Inversión: Un segmento cromosómico cambia de orientación.
  • Paracéntrica: No incluye el centrómero.
  • Pericéntrica: Incluye el centrómero.
• Translocación: Un segmento cromosómico se mueve a otra posición.
  • Recíproca: Intercambio entre dos cromosomas.
  • Transposición: Movimiento de un segmento a un solo cromosoma.
• Deleción/Deficiencia: Pérdida de un segmento cromosómico.
• Duplicación: Un segmento cromosómico se repite.

Mutaciones Genómicas

Alteran el número de cromosomas.

• Euploidías: Modificación del número de juegos cromosómicos completos (haploidía, diploidía, triploidía, etc.).
• Aneuploidías: Alteración en el número de cromosomas individuales.
  • Nulisomía: Falta un par de cromosomas.
  • Monosomía: Falta un cromosoma.
  • Trisomía: Un cromosoma extra (ej., trisomía 21 o síndrome de Down).
  • Tetrasomía: Dos cromosomas extra.

Estructura del Material Genético: Procariotas y Eucariotas

Procariotas

• Ubicación: Citoplasma (sin núcleo definido).
• Composición: ADN desnudo.
• Función: Principalmente codificante (síntesis de proteínas).
• Genes: Secuencias continuas de nucleótidos.

Eucariotas

• Ubicación: Núcleo.
• Composición: Aproximadamente el 10% codifica proteínas.
• Genes: Secuencia no continua, con exones (codificantes) e intrones (no codificantes, importantes para la regulación).