1. Enzimas.
Introducción.
En todo ser vivo se producen constantemente innumerables reacciones
químicas. Muchas de ellas tienden a transformar las sustancias introducidas
con los alimentos a fin de obtener energía y materia prima para la síntesis
de nuevas estructuras moleculares. Dicha síntesis, así como la degradación
a que son sometidos los propios componentes celulares una vez cumplida
su vida útil, son también el resultado de múltiples reacciones.
Las reacciones químicas se realizan en los seres vivientes a gran velocidad,
en condiciones muy moderadas de temperatura, pH, presión, etc., gracias a
la existencia de catalizadores.
Un catalizador es un agente capaz de acelerar una reacción química, sin
formar parte de los productos finales ni desgastarse en el proceso. En los
medios biológicos se desempeñan como catalizadores un grupo numeroso y
variado de sustancias denominadas enzimas.
Como todo catalizador, las enzimas actúan disminuyendo la energía de
activación (Ea) de una reacción. Que la mayoría de catalizadores
inorgánicos. Por otra parte, las enzimas muestran mucha mayor
especificidad. Un catalizador inorgánico suele actuar acelerando reacciones
químicas muy diversas, mientras que una enzima sólo cataliza una reacción
química determinada.
Las sustancias sobre las cuales actúan las enzimas reciben el nombre
genérico de sustratos

2. Desarrollo.
Nomenclatura
Antiguamente las enzimas fueron nombradas atendiendo al substrato sobre
el que actuaban, añadiéndole el sufijo -asa o haciendo referencia a la
reacción catalizada. Así tenemos que la ureasa, cataliza la hidrólisis de la
urea; la amilasa, la hidrólisis del almidón; la lipasa, la hidrólisis de lípidos;
la ADNasa, la hidrólisis del ADN; la ATPasa, la hidrólisis del ATP, etc.
Clasificación de las enzimas
Grupo Acción ejemplos
Dehidrogenasas
1. Catalizan reacciones de
Oxidoreductasas oxidorreducción. Tras la Aminooxidasa
acción catálica quedan
modificados en su grado Deaminasas
de oxidación por lo que
debe ser transformado Catalasas
antes de volver a actuar
de nuevo.
Transaldolasas
Transfieren grupos
2. Transferasas activos (obtenidos de la Transcetolasas
ruptura de ciertas
moléculas)a otras Transaminasas
sustancias receptoras.
Suelen actuar en procesos
de interconversiones de
azucares, de aminoácidos,
etc

3. Glucosidasas
3. Hidrolasas Verifican reacciones de
hidrólisis con la Lipasas
consiguiente obtención de
monómeros a partir de Peptidasas
polímeros. Suele ser de
tipo digestivo, por lo que Esterasas
normalmente actúan en
primer lugar Fosfatasas
Isomerasas de
4. Isomerasas Actúan sobre azúcar
determinadas moléculas
obteniendo de ellas sus Epimerasas
isómeros de función o de
posición. Suelen actuar en Mutasas
procesos de
interconversion
Aldolasas
5. Liasas Realizan la degradación o
síntesis (entonces se Decarboxilasas
llaman sintetasas) de los
enlaces denominados
fuertes sin ir acoplados a
sustancias de alto valor
energético.
Carboxilasas
6. Ligasas Realizan la degradación o
síntesis de los enlaces Peptidosintetasas
fuertes mediante el
acoplamiento a sustancias
ricas en energía como los
nucleosidos del ATP
Propiedades de las Enzimas

4. Por ser catalizadores:
o Eficientes en pequeñas cantidades.
o No se modifican durante la reacción.
o No afectan el equilibrio de la reacción.
Por ser catalizadores biológicos:
o Composición química específica: son proteínas
con estructura terciaria y cuaternaria.
o Componentes del citoplasma vivo y sintetizado
en el mismo.
o Específicas: para cada reacción hay una enzima
determinada.
o Sujetas a regulación: están reguladas en cantidad
y función.
Naturaleza química de las enzimas
Hasta hace pocos años estaba firmemente arraigado el concepto de que
todas las enzimas eran proteínas. Sin embargo, se han aislado moléculas de
ácido ribonucleico (ARN) con actividad catalítica.
Las técnicas han permitido conocer con toda exactitud la estructura
molecular de numerosas enzimas. Este tipo de conocimiento ha empezado a
conocer su función.
Algunas enzimas son proteínas simples, constituidas sólo por aminoácidos.
Muchas enzimas están formadas por asociaciones de varias subunidades o
cadenas polipeptídicas, es decir, son oligómeros.
Hay enzimas que sólo pueden realizar su función catalítica en asociación
con otra molécula no proteica, de tamaño relativamente pequeño, a la cual
se la denomina coenzima. La coenzima puede estar firmemente unida de
enlace fuerte, formando un complejo que no se separa fácilmente. Es este
caso, algunos prefieren hablar de grupo prostético y reservar el nombre de
coenzima para aquellas que se asocian más laxamente a la proteína y
pueden ser separadas se ésta por simple diálisis.

5. Las dos porciones, proteínicas y no proteínicas, son indispensables para la
actividad de la enzima. El sistema completo se llama holoenzima y está
constituido por la proteína, a la cual se designa apoenzima (macromolécula
termolábil, no dializable) y la coenzima (molécula no proteínica,
termoestable, tamaño relativamente pequeño).
HOLOENZIMA = APOENZIMA + COENZIMA
Enzima total Proteína Termolábil No proteína
No dializa Termoestable
Las coenzimas intervienen activamente en la reacción experimentando
cambios que compensan las transformaciones sufridas por el sustrato. Por
ejemplo, las coenzimas de óxidoreductasa.
Por otra parte, las coenzimas están relacionadas con las vitaminas,
compuesto que el organismo no puede sintetizar y que deben ser aportados
por la alimentación. Las vitaminas pertenecientes al grupo B forman parte
de la estructura de coenzimas. Esta participación en un proceso enzimático
otorga a las vitaminas su importancia fisiológica.
La siguiente tabla presenta una lista de coenzimas importantes e indica la
vitamina que participa en la constitución de cada una.
Nombre Vitamina correspondiente
Pirofosfato de tiamina Tiamina
Fosfato de piridoxal Piridoxina
Biotina Biotina
Flavín adenín mononucleótido Riboflavina
(FMN)
Flavín adenín dinucleótido (FAD) Riboflavina
Nicotinamida adenín dinucleótido Nicotinamida
(NAD)
Nicotinamida adenín Nicotinamida
dinucleótidofosfato (NADP)
Coenzima A Ácido pantoténico
Ácido tetrahidrofólico Ácido fólico
Coenzima B12 Vitamina B12
Si bien siempre participa en un determinado tipo de reacción, una
coenzima puede unirse a distintas apoenzimas y actuar frente a diferentes
sustratos.

6. No es la coenzima, sino la porción proteínica o apoenzima la que capacidad
de reconocer con precisión al sustrato y dar especificidad a la holoenzima.
Metaloenzima
En algunas enzimas la presencia de iones metálicos en la molécula es
indispensable para la acción catalítica. En todas las metaloenzimas lleva a
la pérdida de la actividad enzimática. Ejemplos:
Fe. La catalasa, las peroxidasa y los citocromos son hemoproteínas en las
cuales el hierro es esencial para su actividad.
Ca. Muchas enzimas requieren ion Ca2+ o son activadas por su presencia.
Cu. La tirosinasa, el ácido oxidasa, la citocromo-oxidasa (que posee
además Fe) requieren cobre.
Por otra parte, señalamos aquí el hecho de que existen enzimas que
requieren la presencia de ciertos iones en el medio para ctuar. Cationes
como el Na+ y el K+ son necesarios para la actividad de algunas enzimas.
Entre los iones no metálicos, el Cl – es requerido por la amilasa.
Características de la acción enzimática
La característica más sobresaliente de los enzimas es su elevada
especificidad. Esta es doble y explica que no se formen subproductos:
1. Especificidad de sustrato. El sustrato (S) es la molécula sobre la que
el enzima ejerce su acción catalítica.
2. Especificidad de acción. Cada reacción está catalizada por un enzima
específico.
 La acción enzimática se caracteriza por la formación de un complejo
que representa el estado de transición.
E + S ES E + P
Enzima Sustrato Complejo Enzima Producto
Enzima-Sustrato

7. El sustrato se une al enzima a través de numerosas interacciones débiles
como son: puentes de hidrógeno, electrostáticos, hidrófobos, etc., en un
lugar específico, el centro activo. Este centro es una pequeña porción del
enzima, constituido por una serie de aminoácidos que interaccionan con el
sustrato.
Sitio activo
Para formar el complejo ES el sustrato se fija a un lugar definido por la
molécula de enzima. Esta región de la molécula ha recibido las
denominaciones de sitio activo, es el responsable de la acción catalítica.
En general, se acepta que el lugar de sustrato posee sitios de unión, se
dispone en el sitio catalítico. Para que esta unión y la acción catalizadora
tengan lugar, es indispensable una conformación tridimensional altamente
específica a nivel del sitio activo, con la presencia de grupos funcionales
definidos, aportados por las cadenas laterales de restos aminoácidos. Con
frecuencia, los restos que aparecen como esenciales para la acción catalítica
poseen cadenas laterales reactivas como la cisterna, lisina, arginina.
El sitio activo es una agrupación de un número no muy grande de
aminoácidos, ordenados espacialmente; para que su conformación se
mantenga con la disposición adecuada es necesaria la contribución de la
estructura (primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria) de la proteína.
Hay siempre una gran diferencia de tamaño entre la molécula de la enzima
y la del sustrato. Aun cuando el sustrato sea una macromolécula, la zona de
ésta que experimenta la acción de la enzima es un segmento pequeño.
El sitio activo es una porción reducida de la molécula, está colabora en
mantenerlo en la disposición adecuada.
La coenzima también participa en asegurar la conformación óptica. Se une
a la enzima en un lugar a ella destinado, generalmente próximo añl sitio
activo y a veces forma parte del lugar del sustrato.
A fines del siglo pasado, E Fischer emitió la hipótesis en la cual
homologaba la unión del sustrato a la enzima con el encaje recíproco de la
llave y la cerradura. Actualmente tiene más aceptación la hipótesis de
Koshland de la adaptación o ajuste inducido, que consiste a la enzima
como una estructura dotada de plasticidad y flexibilidad. Sólo el sustrato
adecuado provoca en la enzima la disposición precisa de cadenas laterales
necesarias para la catálisis. Cuando el sustrato se une a la enzima, induce
cambios conformacionales en la molécula de ésta, que recién entonces
acomoda los grupos funcionales críticos para asegurar la ubicación más
efectiva.

8. Enzimas intracelulares
Otras enzimas actúan en el interior de las células, transformando los
nutrientes que les llegan a través de la sangre en otras sustancias, como el
ácido oxalacético o el pirúvico, que forman parte del metabolismo celular.
Las enzimas intracelulares también son los responsables de los procesos
de degradación celular. En estos procesos se obtienen nutrientes
elementales a partir de los materiales estructurales propios de las células
cuando el aporte mediante la dieta se interrumpe (por ejemplo, durante el
ayuno), o cuando la célula no puede utilizar los nutrientes de la sangre (por
ejemplo, en la diabetes).

9. Enzimas y PH
Las enzimas poseen un PH característico donde su actividad es máxima:
por encima o debajo de ese PH la actividad disminuye.
La relación PH – actividad enzimática, constituye un factor de regulación
intracelular de la actividad enzimática.
Temperatura y Enzimas
La velocidad de las reacciones enzimáticas aumenta por lo general con la
temperatura, dentro del intervalo en que la enzima es estable y activa.
La velocidad por lo general se duplica por cada 10 C° de aumento de
temperatura.
Sin embargo las enzimas se desnaturalizan cuando la elevación de la
temperatura sobrepasa cierta temperatura límite. La cual a su vez es la
temperatura óptima de trabajo.
A bajas temperatura, las reacciones disminuyen mucho o se detienen, pero
la acción catalítica reaparece cuando la temperatura se eleva a valores
normales.
Inhibidores enzimáticos.
Existen agentes químicos inhibidores. Algunos de ellos ejercen su acción
uniéndose a sitios o grupos funcionales de la molécula de la enzima.
Los inhibidores pueden ser reversibles o irreversibles.
Inhibidores irreversibles: toda sustancia que produzca un cambio
permanente en la molécula de enzima, que resulte en un deterioro
definitivo de su capacidad catalítica, se considera un inhibidor irreversible.
Como ejemplo de este tipo de inhibidores citaremos los venenos órgano-
fosforado, muy utilizados como insecticidas.
Inhibidores reversibles: la inhibición reversible puede ser de tres tipos:
competitiva, no competitiva y anticompetitiva.
Inhibidores competitivos: actúan aumentando el valor de la constante de
Michaelis (Km) pero no modifican la velocidad máxima de la enzima.

10. Una característica de este inhibidor está dad por el hecho de que puede ser
revertida aumentando la concentración de sustrato. Si éste predomina en la
mezcla, tiende a desplazar al inhibidor de su unión con la enzima.
Además estos han encontrado aplicación farmacológica.
Inhibidores no competitivos: son compuestos que se unen a la enzima en
un lugar de la molécula diferente del sitio activo y provocan una
disminución de la velocidad máxima sin modificar la constante de Km.
Este tipo de inhibición no puede ser revertida por aumento de la
concentración de sustrato.
Pertenecen a esta categoría ciertos reactivos e iones metálicos como el
Cu2+ , Hg2+ y Ag+ .
Inhibidores anticompetitivos: su acción se pone en manifiesto en la
grafica de actividad en función de concentración de sustrato determinada
en presencia y ausencia de inhibidor.
Este tipo de inhibición se da en casos en los cuales participan varios
sustratos en la reacción. No puede ser revertida por aumento de la
concentración de sustrato.
Regulación de la actividad enzimática.
Existen varios mecanismos que permiten la regulación.
La actividad de la enzima guarda proporcionalidad con los niveles de
sustrato. Estos determinan la mayor o menor velocidad en la actividad
enzimática. Al aumentar la concentración de sustrato, en la célula se
acelera su utilización y viceversa.
Las transformaciones que sufre un determinado compuesto en el
organismo se producen generalmente a través de una serie de etapas, cada
una de ellas catalizada por una enzima distinta. En cada paso se forma un
nuevo producto que será utilizado como sustrato por la enzima de La etapa
siguiente. Estas secuencias de reacciones son denominadas vías
metabólicas y en casi todas ellas existe una o más enzimas.
Es común que en una vía metabólica la enzima que cataliza la primera
etapa sea reguladora. Las restantes enzimas de la serie ajustarán su
actividad a la disponibilidad de sustrato fijada a partir de la primera
reacción.

11. De acuerdo con el tipo de señal a la cual responden, las enzimas
reguladoras pueden distinguirse en enzimas alostéricas y enzimas reguladas
por unión covalente.
Enzimas alostéricas: en algunas vías metabólicas, la enzima que cataliza la
primera etapa de la serie suele ser inhibida por el producto de la última.
Cuando la concentración de ese producto final aumenta, ello indica que su
elaboración excede las necesidades y se frena el funcionamiento de la vía
reduciendo la actividad de la enzima reguladora. Se habla de inhibición
retoalimentación o retroregulación.
También puede suceder que una enzima sea estimulada por algún agente
que se acumula en el medio. Cuando existe un exceso de sustrato, él mismo
promueve su utilización activando a al enzima.
El agente modificador actúa uniéndose a la enzima en un lugar distinto al
del sitio catalítico; de allí el nombre de alostérica que se da este tipo de
regulación. En las enzimas alostéricas, además del sitio catalítico, existen
otros sitios reguladores a los cuales se unen específicamente las moléculas
que pueden ejercer acción sobre su actividad catalítica.
Ya sean inhibidores o activadores, los agentes que se fijan al sitio alostérico
recién el nombre de moduladores, modificadores o efectores alostéricos.
Serán positivos si estimulan y negativos si deprimen la actividad de la
enzima.
Las enzimas alostéricas, al igual que la hemoglobina., están constituidos
por varias subunidades poliptídicas entre las cuales existe algún tipo de
comunicación, que hace que cuando un modulador se une a una de ellas
produzca un cambio conformacional; éste se transmite a las otras
subunidades modificando la aptitud de su sitio activo para recibir el
sustrato.
Modificación covalente: hay enzimas reguladoras por agregado por
agregado o sustracción de grupos unidos covalentemente.
La regulación covalente se realiza en varias enzimas por un proceso de
unión o eliminación de fosfato. Existen también enzimas cuya actividad es
modulada por la inserción covalente de otros grupos.
Isozimas.
Son enzimas que difieren en su forma estructural pero que poseen la
misma actividad catalítica, catalizan la misma reacción.