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Especificidad química es la capacidad de una proteína 'S sitio de unión a específicos se unen a ligandos . Cuantos menos ligandos pueda unirse una proteína, mayor será su especificidad.
La especificidad describe la fuerza de unión entre una proteína y un ligando dados. Esta relación puede describirse mediante una constante de disociación , que caracteriza el equilibrio entre los estados unido y no unido del sistema proteína-ligando. [1] En el contexto de una sola enzima y un par de moléculas de unión, los dos ligandos se pueden comparar como ligandos más fuertes o más débiles (para la enzima) sobre la base de sus constantes de disociación. (Un valor más bajo corresponde a una unión más fuerte).
La especificidad de un conjunto de ligandos no está relacionada con la capacidad de una enzima para catalizar una reacción determinada, con el ligando como sustrato [1]
Si una enzima dada tiene una alta especificidad química, esto significa que el conjunto de ligandos a los que se une es limitado, de modo que ni los eventos de unión ni la catálisis pueden ocurrir a una velocidad apreciable con moléculas adicionales.
Un ejemplo de un par proteína-ligando cuya actividad de unión puede describirse como altamente específica es el sistema anticuerpo - antígeno . [2] Por el contrario, un ejemplo de un sistema proteína-ligando que puede unir sustratos y catalizar múltiples reacciones de manera eficaz es el sistema Cytochrome P450 , que puede considerarse una enzima promiscua debido a su amplia especificidad para múltiples ligandos.
Base [ editar ]
Encuadernación [ editar ]
Las interacciones entre la proteína y el ligando afectan sustancialmente a la especificidad entre las dos entidades. Se sabe que las interacciones electrostáticas y las interacciones hidrófobas son las más influyentes en cuanto a dónde se deriva la especificidad entre dos moléculas. [3] La fuerza de estas interacciones entre la proteína y el ligando se correlaciona positivamente con su especificidad entre sí.
Catálisis [ editar ]
La especificidad de la enzima se refiere a las interacciones entre cualquier enzima en particular y su sustrato correspondiente. Además de la especificidad en la unión de sus sustratos, la proximidad y orientación correctas, así como la unión del estado de transición, proporcionan una capa adicional de especificidad enzimática. [3]
Tipos [ editar ]
Las enzimas varían en la especificidad de los sustratos a los que se unen para llevar a cabo funciones fisiológicas específicas. Algunas enzimas pueden necesitar ser menos específicas y, por lo tanto, pueden unirse a numerosos sustratos para catalizar una reacción. Por otro lado, ciertas funciones fisiológicas requieren una especificidad extrema de la enzima para un único sustrato específico con el fin de que se produzca una reacción y un fenotipo fisiológico adecuados. Los diferentes tipos de categorizaciones difieren según su especificidad para los sustratos. En general, se dividen en cuatro grupos: absoluta, de grupo, de enlace y especificidad estereoquímica.
Especificidad absoluta [ editar ]
Se puede pensar que la especificidad absoluta es exclusiva, en la que una enzima actúa sobre un sustrato específico. [4] Las enzimas específicas absolutas solo catalizarán una reacción con su sustrato específico. Por ejemplo, la lactasa es una enzima específica para la degradación de la lactosa en dos monosacáridos de azúcar, glucosa y galactosa. Otro ejemplo es la glucoquinasa , que es una enzima involucrada en la fosforilación de glucosa a glucosa-6-fosfato. Es principalmente activo en el hígado y es la principal isoenzima de la hexoquinasa . [5] Su especificidad absoluta se refiere a que la glucosa es la única hexosa que puede ser su sustrato, a diferencia de la hexoquinasa, que se adapta a muchas hexosas como sustrato.
Especificidad de grupo [ editar ]
La especificidad de grupo ocurre cuando una enzima solo reacciona con moléculas que tienen grupos funcionales específicos, como estructuras aromáticas, grupos fosfato y metilos. [6] Un ejemplo es la pepsina, una enzima que es crucial en la digestión de los alimentos ingeridos en nuestra dieta, que hidroliza los enlaces peptídicos entre los aminoácidos hidrófobos, con reconocimiento de las cadenas laterales aromáticas como la fenilalanina, el triptófano y la tirosina. Otro ejemplo es la hexoquinasa, una enzima involucrada en la glucólisis que fosforila la glucosa para producir glucosa-6-fosfato. Esta enzima exhibe especificidad de grupo al permitir múltiples hexosas (azúcares de 6 carbonos) como sustrato. [7] La glucosa es uno de los sustratos más importantes en las vías metabólicas que involucran a la hexoquinasa debido a su papel en la glucólisis, pero no es el único sustrato con el que la hexoquinasa puede catalizar una reacción.
Especificidad del enlace [ editar ]
La especificidad de enlace, a diferencia de la especificidad de grupo, reconoce tipos de enlaces químicos particulares. Esto difiere de la especificidad de grupo, ya que no depende de la presencia de grupos funcionales particulares para catalizar una reacción en particular, sino de un cierto tipo de enlace (por ejemplo, un enlace peptídico).
Especificidad estereoquímica [ editar ]
Este tipo de especificidad es sensible a la actividad óptica de orientación del sustrato. Las moléculas estereoquímicas difieren en la forma en que giran la luz polarizada plana o en la orientación de los enlaces (ver enlaces alfa, beta glicosídicos). Las enzimas que son estereoquímicamente específicas se unirán a sustratos con estas propiedades particulares. Por ejemplo, la beta-glucosidasa solo reaccionará con enlaces beta-glucosídicos que están presentes en la celulosa, pero no presentes en el almidón y el glucógeno, que contienen enlaces alfa-glucosídicos. Esto es relevante en la forma en que los mamíferos pueden digerir los alimentos. Por ejemplo, la enzima amilasa está presente en la saliva de los mamíferos, que es estereoespecífica para los enlaces alfa, por eso los mamíferos pueden usar de manera eficiente almidón y glucógeno como formas de energía, pero no celulosa (porque es un enlace beta).
Determinación [ editar ]
kd, se conoce como la constante de disociación de equilibrio específica para la formación del complejo enzima-sustrato. kd se utiliza como medida de afinidad, y los valores más altos indican una afinidad más baja [8] [3]
Para la ecuación dada (E = enzima, S = sustrato, P = producto)
k1 k2
E + S <--> ES <--> E + P
k-1
kd sería equivalente a k-1 / k1, donde k1 y k-1 son las velocidades de la reacción hacia adelante y hacia atrás, respectivamente, en la conversión de E y S individuales en el complejo de sustrato enzimático.
Aplicación a la cinética enzimática [ editar ]
La especificidad química de una enzima para un sustrato particular se puede encontrar usando dos variables que se derivan de la ecuación de Michaelis-Menten. km se aproxima a la constante de disociación de los complejos enzima-sustrato. kcat representa la tasa de renovación, o el número de reacciones catalizadas por una enzima sobre la cantidad de enzima. kcat sobre km se conoce como la constante de especificidad , que da una medida de la afinidad de un sustrato por alguna enzima en particular. También conocida como la eficiencia de una enzima, esta relación revela la preferencia de una enzima por un sustrato particular. Cuanto mayor sea la constante de especificidad de una enzima, corresponde a una alta preferencia por ese sustrato.
Importancia [ editar ]
Relevancia de la investigación médica [ editar ]
La especificidad enzimática proporciona información útil sobre la estructura de la enzima , que en última instancia determina y desempeña un papel en las funciones fisiológicas. [9] Los estudios de especificidad también pueden proporcionar información sobre el mecanismo catalítico.
La especificidad es importante para el descubrimiento de nuevos fármacos y el campo de la investigación clínica, y los nuevos fármacos se prueban para determinar su especificidad para la molécula diana en varias rondas de ensayos clínicos. Los medicamentos deben contener estructuras lo más específicas posible para minimizar la posibilidad de efectos fuera del objetivo que producirían síntomas desfavorables en el paciente. Los fármacos dependen de la especificidad de las moléculas y formulaciones diseñadas para inhibir dianas moleculares particulares. [1]El descubrimiento de nuevos fármacos avanza con experimentos que involucran compuestos altamente específicos. Por ejemplo, la base por la que se debe demostrar con éxito que los fármacos logran es tanto la capacidad de unirse al receptor diana en el entorno fisiológico con alta especificidad como su capacidad de transducir una señal para producir un efecto biológico favorable contra la enfermedad o dolencia que el la droga está destinada a negar. [10]
Aplicaciones [ editar ]
Las técnicas científicas, como la inmunotinción, dependen de la especificidad química. La inmunotinción utiliza la especificidad química de los anticuerpos para detectar una proteína de interés a nivel celular. [11] Otra técnica que se basa en la especificidad química es la transferencia Western, que se utiliza para detectar una determinada proteína de interés en un tejido. Esta técnica implica electroforesis en gel seguida de la transferencia de la muestra a una membrana que se tiñe con anticuerpos. Los anticuerpos son específicos de la proteína diana de interés y contendrán una etiqueta fluorescente que indica la presencia de la proteína de interés del investigador. [12]
Ver también [ editar ]
- Promiscuidad enzimática
- Sustrato (química)
Referencias [ editar ]
- ^ a b c Eaton, Bruce E .; Gold, Larry; Zichi, Dominic A. (1 de octubre de 1995). "Seamos específicos: la relación entre especificidad y afinidad" . Química y Biología . 2 (10): 633–638. doi : 10.1016 / 1074-5521 (95) 90023-3 . PMID 9383468 .
- ^ Tanford, Charles (1968). "Base química para la diversidad y especificidad de anticuerpos". Cuentas de Investigación Química . 1 (6): 161-167. doi : 10.1021 / ar50006a001 .
- ↑ a b c Srinivasan, Bharat (27 de septiembre de 2020). "Palabras de consejo: enseñanza de la cinética enzimática" . La revista FEBS . doi : 10.1111 / febs.15537 . ISSN 1742-464X .
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- ^ "Centro MSOE de Estructura Biomolecular Modelado -Proteínas Jmol tutoriales">" . Cbm.msoe.edu . Obtenido 05/19/2016 .
- ^ Sener, A; Giroix, MH; Dufrane, SP; Malaisse, WJ (1 de septiembre de 1985). "Especificidad anomérica de las actividades de hexoquinasa y glucoquinasa en el hígado y las células productoras de insulina" . Revista bioquímica . 230 (2): 345–351. doi : 10.1042 / bj2300345 . ISSN 0264-6021 . PMC 1152624 . PMID 3902008 .
- ↑ Srinivasan, Bharat (8 de octubre de 2020). "Tratamiento explícito de cinética atípica y no Michaelis-Menten en el descubrimiento temprano de fármacos" . dx.doi.org . Consultado el 2 de marzo de 2021 .
- ^ Pi, Na; Leary, Julie A (1 de febrero de 2004). "Determinación de las constantes de especificidad de enzima / sustrato usando un ensayo ESI-MS de múltiples sustratos" . Revista de la Sociedad Estadounidense de Espectrometría de Masas . 15 (2): 233–243. doi : 10.1016 / j.jasms.2003.10.009 . PMID 14766290 .
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