FACULTAD : CIENCIAS AGRARIAS

ESCUELA : AGRONOMIA

CURSO : BIOQUIMICA

TEMA : ENZIMAS VEGETALES

DOCENTE : Q. F. SATOS SAAVEDRA,

YUCRA

CICLO : III

ALUMNOS : MAGUIÑA ESPINOZA, JESUS MIGUEL

BARRANCA – PERÚ2010

INTRODUCCION

Las enzimas son totalmente esenciales para todo ser vivo, de ellas dependen una gran cantidad de reacciones a nivel celular, debemos de tomar en cuenta que las enzimas son proteínas que tienen la capacidad de acelerar la velocidad de reacción de determinado compuesto.

Hay muchísimos tipos de enzimas en un organismo vegetal, no podríamos mencionar a todas pero tambien están clasificadas de acuerdo a su modo de acción, por tanto se toma en cuenta que si no existieran las enzimas no se producirían muchísimas reacciones en las plantas y también en nuestro organismo y estaríamos muertos por tal consecuencia.

Por tanto podríamos definir a una enzima como una proteína que tiene la capacidad de acelerar determinada reacción el cual va a dar en consecuencia un nuevo compuesto el cual en condiciones de ausencia de la enzima no se podría obtener o tardaría muchísimo en lograrlo.

ENZIMALas enzimas son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones

químicas, siempre que sea termodinámicamente posible (si bien pueden hacer que

el proceso sea más termodinámicamente favorable). En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su velocidad crece sólo con algunas reacciones, el conjunto (set) de enzimas sintetizadas en una célula determina el tipo de metabolismo que tendrá cada célula. A su vez, esta síntesis depende de la regulación de la expresión génica.

Enzimas Vegetales

La enzima más importante para la planta es:

RuBisCO

RuBisCO es la forma abreviada con que normalmente se designa a la enzima cuyo nombre completo es ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa oxigenasa. Esta enzima tiene un doble comportamiento que justifica su nombre, catalizando dos procesos opuestos. Primero la fijación del CO2 a una forma orgánica, lo que justifica su clasificación como carboxilasa. Segundo, la fotorrespiración, en la que actúa como oxigenasa del mismo sustrato. La RuBisCO es la proteína más abundante en la biosfera.Es la proteína más abundante del planeta, su proporción en el estroma alcanza hasta más del 50 % del total de proteínas. Su abundancia se explica debido a que es una enzima relativamente lenta. Su función es la fijación del dióxido de carbono en la fase oscura o biosintética de la fotosíntesis, utilizando el ATP y NADPH producidos en la fase luminosa o fotoquímica, para la síntesis de moléculas orgánicas como la glucosa.

RuBisCO de las plantas (izquierda) con 8x2 subunidades y de bacterias (derecha) con 2

subunidades.

Estructura de la RuBisCO de la plantas.

Fijación del carbonoLa RuBisCO cataliza el primer paso y más significativo del Ciclo de Calvin, en concreto de la fijación del dióxido de carbono a una forma orgánica. En la reacción se une una molécula de CO2 a la cadena hidrocarbonada de la ribulosa-1,5-bisfosfato, una pentosa activada energéticamente por la fosforilación de los dos

carbonos situados en los extremos de la cadena. A través de un estado de transición de seis carbonos, se forman dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico.El ciclo de Calvin y la fijación del CO2 por la RuBisCO son propios de todos los organismos autótrofos. No se dan sólo en fotosintetizadores típicos —como cianobacterias, algas eucarióticas y plantas, que realizan la fotosíntesis oxigénica, sino también en arqueas y bacterias dotadas de metabolismos fotosintetizadores o quimiosintetizadores diversos. La RuBisCO es responsable de la producción primaria de la que parte la circulación de energía en la biosfera. La reacción de fijación del carbono es en sí extremadamente ineficiente; y lo es más aún por la competencia con la función de oxigenasa.

EstructuraLa RuBisCO que se observa en los plastos es una proteína oligómera formada por 16 polipéptidos, que son de dos tipos, uno grande (subunidad L) y otro pequeño (subunidad S). Esta estructura se observa también en cianobacterias, lo que no sorprende, ya que al fin y al cabo los plastos eucarióticos derivan evolutivamente de ellas por endosimbiosis. En procariontes distintos de las cianobacterias la RuBisCO forma agregados más sencillos, típicamente de dos subunidades grandes y dos pequeñas.

Otras enzimas importantes para las plantas son:

Los complejos ATP sintasa de la membrana tilacoidal, su función es la fosforilación fotosintética o fotofosforilación.

ATP sintasa

El complejo ATP sintasa también denominada complejo V o FoF1-ATP-sintasa (F = factor de acoplamiento, en inglés coupling factor) es una enzima situada en la cara interna de la membrana interna de las mitocondrias y de la membrana de los tilacoides de los cloroplastos encargada de sintetizar ATP a partir de ADP y un grupo fosfato y la energía suministrada por un flujo de protones (H+). Responde a la síntesis de ATP según la hipótesis quimiosmótica de Mitchell. La síntesis de ATP gracias a este enzima se denomina fosforilación oxidativa (mitocondrias) y fotofosforilación (cloroplastos). La ATP sintasa se puede imaginar como un motor molecular que produce una gran cantidad de ATP cuando los protones fluyen a través de ella. La tasa de síntesis es grande, el organismo humano en fase de reposo puede formar unas 10 moléculas de ATP por segundo.[] Mediante experimentos in vitro se ha demostrado que la ATP sintasa actúa de forma independiente respecto a la cadena de transporte de electrones, la adición de un ácido débil (por ejemplo ácido acético) a una suspensión de mitocondrias aisladas es suficiente para inducir la biosíntesis de ATP in vitro.

Fotofosforilación

La fotofosforilación es un proceso de síntesis de ATP a partir de ADP + fosfato llevado a cabo por las ATP-sintasas de la membrana del tilacoide, en los cloroplastos de las células vegetales. Es un proceso de la fase luminosa de la fotosíntesis en que se utiliza la energía liberada en el transporte de electrones para bombear protones desde el estroma al interior del tilacoide con el fin de crear un gradiente electroquímico el cual, al disiparse por la salida de protones del tilacoide al estroma a través de las ATP-sintasas, acopla esta energía protón-motriz a la fosforilación del ADP para formar ATP. La energía necesaria la proporciona la luz que es captada por los pigmentos fotosintéticos.Existen dos tipos:

Fotofosforilación acíclica. Están implicados ambos fotosistemas, I y II; el flujo de electrones que produce no es cíclico por lo que se sintetiza tanto ATP como NADPH.

Fotofosforilación cíclica. Está implicado sólo el fotosistema I; se realiza un bombeo de hidrogeniones del estroma al espacio tilacoidal, que contribuye a crear un gradiente electroquímico de hidrogeniones y por tanto a la síntesis del ATP, sin que se produzca NADPH.

Un fotosistema es el conjunto mínimo de los compuestos necesarios para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis. Es un centro de reacción que se sitúa, junto con otros muchos, en las membranas de los tilacoides. Permite recibir la energía luminosa y transmitirla a lo largo de una cadena de reacciones que la transforman en energía química.[]

Las enzimas que producen energía (ATP) a partir de la glucosa en las mitocondrias, en el proceso de la respiración celular o aerobia: enzimas de la glucólisis, de la descarboxilación oxidativa de piruvato a acetilCoA y del ciclo de Krebs.

Piruvato

El piruvato es un compuesto orgánico muy importante en la bioquímica. Es un subproducto del metabolismo de la glucosa, llamado glucólisis. Una molécula de glucosa se divide en dos de ácido pirúvico, que son utilizadas posteriormente para proveer energía, en una de dos formas. Si hay suficiente suministro oxígeno, el ácido pirúvico es el inicio de una serie de reacciones llamada ciclo de Krebs.

Si no hay suficiente cantidad de oxígeno disponible, el ácido entra en una serie de reacciones llamado metabolismo anaeróbico, creando el ácido láctico en animales (fermentación láctica) y etanol en plantas (fermentación alcohólica). El piruvato proveniente de la glucólisis es convertido en lactato utilizando la encima lactatodeshidrogenasa y la coenzima NADH en la fermentación láctica. En la fermentación alcohólica es convertida en acetaldehido y luego en etanol.

La cadena de transporte de electrones de la membrana tilacoidal, la llamada cadena fotosintética. El transporte de electrones por la cadena fotosintética libera energía que se utiliza para la fotofosforilación.

Las enzimas vegetales responsables de la replicación o duplicación del ADN (ADN polimerasa), de la transcripción (ARN polimerasa) y la traducción o síntesis de proteínas (peptidil transferasa).

ADN polimerasa

Las ADN polimerasas intervienen en la replicación del ADN para dar a cada célula hija una copia del ADN original en el proceso de la mitosis. Llevan a cabo la síntesis de la nueva cadena de ADN emparejando los desoxirribonucleótidos trifosfato (dNTP) con los desoxirribonucleótidos complementarios correspondientes del ADN molde. Los dNTP que se usan en la replicación del ADN contienen tres fosfatos unidos al grupo hidroxilo 5' de la desoxirribosa y dependiendo de la base nitrogenada serán dATP, dTTP, dCTP o dGTP. La reacción fundamental es una transferencia de un grupo fosfato en la que el grupo 3'-OH actúa como nucleófilo en el extremo 3' de la cadena que está en crecimiento. El ataque nucleofílico se produce sobre el fosfato α (el más próximo a la desoxirribosa) del desoxirribonucleósido 5' trifosfato que entra, liberándose pirofosfato inorgánico y alargándose el ADN (al formarse un nuevo enlace fosfodiéster). A diferencia de la mayoría de procesos biológicos que ocurren en la célula en los que sólo se separa un grupo fosfato (Pi), durante la replicación se separan los dos últimos grupos fosfato, en forma de grupo pirofosfato (PPi).Este proceso se puede resumir en una ecuación química:

(DNA)n + dNTP ↔ (DNA)n+1 + PPi

A pesar de que la ADN polimerasa sólo tiene un sitio activo para emparejar los cuatro dNTPs diferentes, la unión correcta de los pares de bases A:T, C:G es posible basándose en la geometría de éstos: si la unión es incorrecta se produce un desplazamiento del fosfato α haciendo más difícil su unión al extremo 3'-OH y ralentizando así el ritmo de catálisis, lo que da lugar a que la ADN polimerasa añada preferentemente las bases correctas.Las ADN polimerasas pueden añadir hasta 1000 nucleótidos por segundo. Esto es debido a su naturaleza procesiva, es decir, el número de nucleótidos que son capaces de añadir cada vez que se asocian al molde de ADN que van a copiar. Dado que la adición de los nucleótidos es un proceso que dura unos milisegundos, la velocidad de catálisis va a depender del tiempo que la ADN polimerasa permanece unida al ADN, esto es, de su procesividad.El crecimiento de la cadena se produce en dirección 5' → 3', ya que se requiere de un grupo 3'-OH libre para el inicio de la síntesis puesto que éste es el que realiza el ataque nucleofílico sobre el fosfato α del dNTP, de forma que las ADN polimerasas requieren de un iniciador 3'-OH (que puede ser de ADN o ARN) llamado cebador que es sintetizado por la ARN primasa. El extremo 3' del cebador se denomina extremo cebador.Las ADN polimerasas también realizan otras funciones durante el proceso de replicación. Además de participar en la elongación, desempeñan una función correctora y reparadora gracias a su actividad exonucleasa 3', que les confiere la capacidad de degradar el ADN partiendo de un extremo de éste. Es importante que existan estos mecanismos de corrección ya que de lo contrario los errores producidos durante la copia del ADN darían lugar a mutaciones.

ARN polimerasa

Las ARN-polimerasas son un conjunto de proteínas con carácter enzimático capaces de polimerizar los ribonucleótidos para sintetizar ARN a partir de una secuencia de ADN que sirve como patrón o molde. La ARN polimerasa más importante es la implicada en la síntesis del ARN mensajero o transcripción del ADN.La ARN polimerasa es la enzima soluble conocida de mayor tamaño puesto que mide unos 100 Å de diámetro y es visible en micrografías electrónicas, donde se observa unida al promotor en el ADN.

FuncionesLa reacción química que cataliza la ARN polimerasa consiste en la unión de ribonucleótidos trifosfato, adenosín trifosfato (ATP), uracilo trifosfato (UTP), guanina trifosfato (GTP) y citosina trifosfato (CTP), liberándose los grupos fosfato.Además de la polimerización de los ribonucleótidos trifosfato, la ARN polimerasa tiene otras funciones como:

Reconocer y unirse a localizaciones específicas o promotores de la molécula de ARN.

Desenrollar parcialmente la molécula del molde de ADN, gracias a su actividad helicasa intrínseca.

Sintetizar un ARN cebador para la elongación posterior. Terminación de la cadena.

La ARN polimerasa cataliza consecutivamente la elongación de la cadena de ARN, al mismo tiempo que enrolla y desenrolla la doble cadena de ADN, y termina la transcripción después de copiar el gen.[editar] Estructura ARNEsta complejidad de funciones se manifiesta en su estructura cuaternaria, ya que al igual que la ADN polimerasa, esta formada por varias subunidades que conforman la holoenzima, que junto con proteínas accesorias forman una máquina proteica o complejo de transcripción que llevan a cabo la síntesis del ARN.

Algunas subunidades aisladas de la ARN polimerasa son catalíticamente funcionales, mientras que otras sólo pueden detectarse cuando el complejo de transcripción se encuentra totalmente ensamblado.Los complejos de transcripción de distintos organismos presentan una composición variable, pero esencialmente todos catalizan el mismo tipo de reacciones. Debido a esta coincidencia, en el estudio del proceso de transcripción se toma como modelo la reacciones catalizadas por el complejo de transcripción de la bacteria Escherichia coli, que aunque se diferencia en el ensamblamiento de la células eucarióticas, actúan de forma análoga.La ARN polimerasa fue descubierta al mismo tiempo que el ARN mensajero en 1960 por los investigadores Samuel Weiss y Jerard Hurwits de laboratorios diferentes.

ARN polimerasa en procariotasEn procariotas, la misma enzima cataliza la síntesis de todos los tipos de ARN: ARNm, ARNr y ARNt.La ARN polimerasa en procariotas en una gran molécula. Para unirse a regiones promotoras específicas, la holoenzima requiere un factor σ con el que se reduce enormemente la afinidad con regiones de ADN inespecíficas, aumentando la especificidad por regiones promotoras para formar la holoenzima de cinco subunidades α2ββ'σω (~480 kDa). La estructura de la ARN polimerasa presenta una ranura de 55 Å de longitud y una anchura 25 Å. Esta ranura permite el paso de la doble hélice de ADN que mide 20 Å. La longitud de 55 Å puede aceptar la secuencia de 18 nucleótidos.Todas las unidades que forman la enzima funcionan conjuntamente para llevar a cabo las reacciones de transcripción. La subunidad β' participa en la unión del ADN, la subunidad β contiene parte del centro activo y la subunidad σ está implicada principalmente en la iniciación de la transcripción, disociándose del resto de la enzima una vez iniciada la transcripción.Las ARN polimerasas de los organismos procariontes funcionan de forma análoga, aunque alguna subunidad de la proteína difiera en su composición.[editar] ARN polimerasa en eucariotasLas células eucariotas existen tres tipos de ARN polimerasa, cada uno especializado en síntesis de ARN determinados:

ARN polimerasa I: sintesis, reparaciòn, revisión y retiro de cebadores (primers), Sintetiza precursores de ARN ribosómico.

ARN polimerasa II: reparación, Sintetiza precursores de ARN mensajero, microARNs y otros tipos de ácido ribonucleico.1 Esta polimerasa es el tipo más estudiado, y se requieren factores de transcripción para que se una a los promotores del ADN

ARN polimerasa III: sintetiza ARN de transferencia, ARN ribosómico de 5S y otros pequeños ARN (ARNpequeños) encontrados en el núcleo celular (ARNp nucleares) y en el citoplasma (ARNp citoplasmáticos).

ARN polimerasa IV y V: reparación en condiciones únicas. Otros tipos de ARN polimerasa se encuentran en la mitocondria y en

cloroplasto y en el núcleo del ribosoma.

Peptidil transferasa

La enzima peptidil transferasa es una aminoacil transferasam que realiza la función esencial de los ribosomas. Se encarga de la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos adyacentes durante la traducción de ARN mensajero y, por tanto, la síntesis proteica. No obstante, estas enzimas están implicadas también en procesos no relacionados con la traducción. La peptidil transferasa es una Actividad enzimática presente en los ribosomas, que cataliza la formación de un enlace peptídico entre un nuevo aminoácido y la cadena peptídica naciente.participa en el proceso : la síntesis de proteína; bueno se sabes que en el mecanismo de síntesis de proteínas ocurre en dos etapas: la transcripción y la

traducción; Esta fase ocurre en el citoplasma y requiere de tres etapas llamadas: inicio, alargamiento y terminación.

Alargamiento: Esta etapa la podemos describir con ayuda de los siguientes puntos:

En esta etapa, el ribosoma empieza a leer los tripletes del RNAm e inicia la formación del polipéptido.

Al inicio de esta etapa, el segundo codón del RNAm se encuentra en el sitio A o aminoacil de la subunidad mayor.

Un RNAt con un anticodón complementario lleva al aminoácido correspondiente hasta el interior del ribosoma y lo ubica en el sitio A, en el lugar que le corresponde de acuerdo al mensaje del RNAm.

Cuando los sitios p y a están ocupados, una enzima llamada peptidil transferasa, forma un enlace entre los dos aminoácidos. Después de esto, el primer RNAt es liberado.

Posteriormente, el ribosoma se mueve un codón a lo largo de la cadena del RNAm y entra el siguiente triplete; el ribosoma lo lee y un RNAt específico se encarga de ubicar al aminoácido dentro del sitio A, se forma el enlace entre este aminoácido y el anterior y se libera uno de los RNAt.

El ribosoma continúa leyendo y traduciendo el mensaje hasta que recorre toda la fibra del RNAm.

En resumen su importancia radica en que se encarga de romper o catalizar la formación de los enlaces pépticos para permitir la traducción.

La lista de las enzimas puede ser interminable pero aquí están las que son más importantes para las plantas.

CONCLUSIONES

Las enzimas son catalizadores de origen biológico que cumplen muchos requisitos para impulsar nuevas industrias químicas.

La tecnología enzimática tiene múltiples aplicaciones, como fabricación de alimentos, los progresos que están realizando actualmente la ingeniería genética y la biotecnología permiten augurar el desarrollo cada vez mayor del uso de las enzimas.

La utilización de enzimas en los alimentos presentan una serie de ventajas, porque la mayoría proviene de los vegetales.

Las enzimas utilizadas dependen de la industria y del tipo de acción que se desee obtener.

La producción de enzimas vegetales a gran escala tiene su principal aplicación en la industria de la fermentación.