El documento describe las diferentes formas en que las enzimas se organizan dentro de las células para llevar a cabo las reacciones metabólicas de manera eficiente. Las enzimas se distribuyen en los diferentes compartimentos celulares de acuerdo a su función metabólica. También pueden organizarse en sistemas multienzimáticos donde las enzimas relacionadas en una vía se unen formando complejos, permitiendo la transferencia eficiente de sustratos entre ellas. Otras enzimas existen de forma individual catalizando reacciones únicas.

1. La función fundamental de las enzimases su participación en el metabolismo
celular; el metabolismo celular está compuesto por miles de reacciones químicas
catalizadaspor enzimasy queocurren demanera simultánea,estasreaccionesseen-
cuentranorganizadasen vías o rutas queestánen relacióncon la transformaciónde
una sustancia,dondeelproducto deuna reaccióneselsustrato delasiguiente;cada
vía consta de un número determinado de reacciones y de enzimas. El conjunto de
enzimasqueparticipaenuna vía metabólicaseencuentraorganizadodeformacarac-
terística.
El primer niveldeorganizaciónvienedadopor ladistribucióncitotopográficade
lasenzimas,por suubicaciónenlosdiferentescompartimentoscelulares,quedentro
deéstoscadaunodelosconjuntosenzimáticosseorganizaenvariadasformas,pueden
estardisueltasen elmedioounidasa lasmembranas, asícomo presentarseen forma
aisladaoenestructnrasorganizadascondiferentegradodecomplejidad.
Laorganizacióndelasenzimascon1ribuyea la eficienciadelasvíasmetabólicas,
eliminandolaformacióndeproductossecundariosconloqueselogralaformacióndel
mayor número posible de moléculas del producto a partir del sustrato, las vías
metabólicastambién funcionandeacuerdoconelprincipio dela máxima eficiencia.
En estecapítuloseestndiaránlasdiferentesformasdeorganizacióndelasenzimas
ylascaracterísticasquederivandecada una deellas.
Citotopograñadelas enzimas
Todaslasenzimassesintetizanenelinteriordelascélulasylamayoríarealizaallí
susfunciones,pero otras son segregadasy funcionanen la matriz extracelular: la
sangre,eltnbodigestivou otrossitiosdelespacioextracelular.El númerodediferentes
tiposde reaccionesquímicasen cualquier célula es muy grande; una célula animal
tipica por ejemplo,puedetener entre 1000y 4 000tiposdiferentesdeenzimas,cada
una cataliza una reacciónúnica oun grupodereaccionesíntimamenterelacionadas.
Algunas reacciones catalizadas por enzimas son comunes a la mayoría de las
Célulasypor esohay enzhasqueestán presentesencasitodos lostejidosdelorganis-
mo. Estegrupoincluyeno sóloaquellasenzimasrelacionadasconlasíntesisdeproteí-
nas, ácidosnucleicosy fosfolípidos,también lasquecatalizan la oxidacióntotal dela
glucosahasta CO, y H,O, queproducelamayor parte delaenergíametabólkautiliza-
dapor la célula.

2. Algunos tipos de células-elhepatocito, las neuronas-llevan a cabo reacciones
químicas que son exclusivasdeestascélulasy, consecuentemente,algunas enzimas
se encuentran sóloen determinados tipos de células. Por último, muchas células
-incluyendoloseritrocitosylas célulasepidérmicas-han madurado hasta un estado
que ya no son capacesde sintetizar proteínas ni ácidosnucleicos, aun cuando estas
células contienen grupos específicos de enzimas que ellas produjeron en estados
tempranosdesudiferenciación.
Ladistribución intracelulardelasenzimasconstituyesin lugara dudasun nivel
básicodeorganización,puesellaestádeterminadademaneragenética,loquesignifi-
ca queelmaterial genéticonosólocontienelainformaciónsobreeltipodeenzimaque
una célula puedeformar,sinoademásdecuál será su ubicación dentroofuera dela
célula.
En losdiferentescompartimentoscelularesseagrupanlasenzimasqueestánrela-
cionadasfuncionalmenteen un procesometabólicodeterminado,deestamanera todas
las enzimas que participan-en el proceso de conversión de glucosa en pirúvico se
encuentran localizadas en el citosol. Un gran número de enzimashidrolíticas que
intervienen en los procesos de digestión celular se localizan en los lisosomas. Las
enzimasrelacionadascon la síntesisdeIípidosse encuentran ubicadasen elretículo
endoplásmaticoliso (REL),ylasrelacionadascon la glicosilacióndeIípidosy proteí-
nasse encuentran en el REL y en elaparato deGolgi.
Smembargo,enocasiones,para latransformacióntotaldeuna sustanciaserequie-
re la participacióndeenzimasubicadasen más deun compartimento,comoelcasode
lasíntesisdelaurea dondeparikipan enzimasdelcitosolydelasmitocondrias;estos
compartimentoscasisiempreestánseparadosdelrestodelacélulapor una estmctnra
membranosa,aunqueen ocasionesno sucedeasí,lasenzimasseencuentranunidasa
componentesdel citoesqueletoymantienenuna posiciónrelativamentefijadentrode
la célula.
Aun dentrodecada compartimentopuedeexistiruna distribucióncaracterística
de las enzimas,de esta forma se sabe que las ARN polimerasas se encuentran en el
núcleo,pero entantolapolimerasa 1selofaliza enelnucléolo,la 11yla 111sehallan en
elnucleoplasma.Lasenzimasmitocondrialespueden tenerdistintaubicacióndentro
del organelo, las relacionadas con el ciclo de Krebs se encuentran en la matriz
mitocondrial, asícomolasdela cadena transportadora deelectronesy lafosforiiación
oxidativa en la membrana interna, algunasestán en el espacio intermembranoso y
otrasaunenlamembranaexterna.
Un aspecto interesante es la distribución de las isoenzimas,pues cada tipo se
encuentraen un compartimentodeterminado, existeuna malato deshidrogenasadel
citosol y otra delas mitocondrias; lo mismosucedecon algunosgrupos de enzimas
comolosqueformanel b-hidroxi-B-metil-glutarii-COAa partir deacetü-COAqueestán
presentesen el citosolyen las mitocondrias;en estecasola citosólica funciona en la
esteroidogénesis,en tanto la mitocondrial en la cetogénesis.
Comotodaslasmembrana3celularesposeen permeabilidadselectivamuchosde
losintermediariosde vías metabólicasseven limitadosa moversedentrode un com-
partimento determinado, sin poder abandonarlo odeben disponer de mecanismos
específicosdetransporte; en estecompartimentoseencuentrala olas enzimasquelo
transforman,asíocurre conel ácidooxalacéticoola acetil-COA,queuna vezformados
dentrodela mitocondrianopueden salirdeestecompartimento.
Esbueno señalarqueestadistribución delasenzimasha dadolugara laaparición
deun mecanismoderegulacióndenominadocompartimentalizaciónqueseráesiudia-
do en detalle en el capítulo 61.
Formasbásicas de existenciadelas enzimas
El trabajodepurificacióndelasenzimascomenzóhacemásde100añosy alcanzó
suprimeréxitonotablecuandoen 1926Northropobtuvolaureasaen formacristalina;

3. desdeentoncesseempleandiversosprocedimientospara la obtención y purificación
delasenzimas. Deacuerdoconesosprocedimientossedistinguen3formasbásicasde
existencia delasenzimasen la célula: lasenzimaslibres -solublesosimplescomose
llamarán aquí-, los sistemas o complejos multienzimáticos y las enzimas
multifuncionales.
EazimaF simples
Unaenzimasimpleesaquéllaquecatalizauna reacción única comolasdescritas
enel capítulo16,apropósitode la clasificación.Estas enzimaspueden estar forma-
das por una sola cadena polipeptídica como la hexoquinasa animal, que cataliza
la fosforilaciónde varias hexosas y está constituida por una cadena polipeptídica
de 100kD, oestar compuestaspor varias subunidades.Estas subunidades pueden
ser iguales, comoen la glutámico deshidrogenasa que convierteesteaminoácido
en ácidoa-ceto-glutáricoy está formada por 6subunidadesidénticasde50kD, cada
una para un pesototalde336kD;odiferentescomoelcasodela glucógenofosforilasa
quinasa,mencionadaen el capítulo 17,queestáformada por 4 tiposdesubunidades
diferentes, cada una se encuentra representada 4 veces en la molécula con lo cual
contienede esa forma 16subunidades con un peso total de 1300 kD. En todos los
casossetrata deuna solareacción.
El término de libreso solublesviene dado por el hecho de que con los procedi-
mientos tradicionales de obtención y purificación de las enzimaséstas se obtenían
separadasdelrestodeloscomponentescelulares,loquehacía pensar queseencontra-
ban libres en las células,o sea, que durante el proceso catalíticoestas enzimas no
entrabanen contactofisicocon otrasy quelaformacióndelcomplejoenzima-sustrato
era un procesoazaroso,quedependíafundamentalmentedela posibilidaddechoque
entrelaenzimay susustratocuandoambosdifundíandeformalibreenelinteriordela
célula. Investigacionesrecientesno parecenconfirmarestasideas.
Complejas muitienzim8ticos
Eltérminosistemaocomplejomultienzimáticoserefierea aquellasagmpaciones
de enzimas que son posibles de obtener con los métodos tradicionales y catalizan
variasreacciones relacionadascon una vía metabólica.
En estoscasossiemprepresentan una estructura complejacompuestade varias
subunidadesy en ocasionessecaracterizan porque,aldisociarseelcomplejo,ninguno
deloscomponentespor separadopresenta actividadcatalítica,loquesugiereIa nece-
sidaddelasinteraccionesproteína-proteínapara la realización dela catálisis.
En este tipo de organización las diferentesenzimasque forman el complejose
encuentran unidaspor fuerzasno covalentes,loquehace posible su disociación;este
hechorepresentaun importantecontratiempoen elprocesodepurificación. A -
En estoscomplejoslosintermediariosmetabólicosentreelsustratoy el producto J
sontransferidos prácticamente delcentroactivodeuna enzimaal delasiguiente,sin
que exista la posibilidad de su separaciónde la superficiede la enzima y el proceso
ganaeficiencia(Fig. 18.1).
Un ejemplodeestetipodeorganizacióneselcomplejopirúvicodeshidrogenasa
delosmamíferos,en suorganizaciónintervienen5 tiposdeenzimasqueestán repre-
sentadas en proporciones diferentesen la estructura del complejo.La boloenzima
contiene 30 moléculas de una descarboxilasa (cada una formada por 2 tipos de
subunidades para una fórmula a,$,)de 152 kD cada una; 60 copias de la lipoil Fig, 18,1, multienrimáticos, Va-
tramacetilasade52kDcadauna y 30deladüiidrolipoildeshidrogenasade110kDcada rias enrimas sc unen por fuerzas
una; además,contienede2a3moléculasdelapimvatodghidrogenasaquinasa(formada no cavalentes y forman un grail
porunacadenaade48kDy una pde45kD)y variascopiasdelapimvatudeshidrogenasa complejo que cataiiaa reacciones
fosfatasaqueintervienenen elmecanismodemodificacióncovalentedelaenzima. sucesivas en una vía mctnh6licri.

4. Desde el punto de vista teórico el descubrimientode estos complejos tuvo una
enormeimportancia,pues leproporcionóuna basefisica incuestionablealconcepto
devía metabólica.
Seha podidodemostrarrecientementequeeneucariontes,y sobretodoenmamí-
feros,existeunaformapeculiardeorganizacióndelasenzimasqueintervienenenuna
vía metabólica; estasenzimasestán formadaspor una cadenapolipeptídicadegran
tamaño,capaz derealizarvariasactividadesenzimátim relacionadas,sonlasIlama-
dasenzimasmultifuncionales.
Estasem¡maspresentan2propiedadescaracterisocas.demaneraestructuralconsian
de una cadena polipeptídica y funcionaimentetienen actividadescatalíticasmúlti-
ples, locualimplica que loscentrosactivosdelas ~roteínassegeneran comoconse-
cuencia de los plegamientos de sectores contiguos de la cadena polipeptídica, que
producenestructurasglobularesautónomasodominios. cada uno conuna actividad
&ecítica pero diferente(Fig. 18.2).
A
Fig. 18.2. Enzimas multifuncionales. Una sola cadena polipeptidica se pliega de tsl forma que da
origen a varios centros activos, lo que permite cataiizar vanas reacciones sucesivas.
Un ejemplo notable de este tipo de organización es el complejo acetil-COA
carboxüasadelosmamíferos. Laenzima activa esun oolímerocon un oesode4 000a
S000kD quepuedeserdisociadaen protómerosinactivosde400kDcadauno; como
el protómero presenta las funcionesde biotina carboxilasa,proteína portadora de
carboxibiotina,transcarboxilasay lazonade regulaciónalostérica,cadaprotómeroes
por tanto una enzimamultifuncional.
Como en el casodeloscomplejosmoltienzimáticosestasenzimasno permitenla
fugadelosintermediariosaumentandola&en-
una cadena polipeptidica única la &tesis detodaslas actividadesenzimátimpuede ser
r e g u l a d a d e m a n e r a m r s m a d a , p i e s s e ~ d e ~ n ~ h ~ ~ d e m p ~ ~
mássobrrsalientealasintetasadeácidosgnmxqueseráemidiadaenelcapítnlo49.
Enzimasunidas a membranas
Lossistemas membranosos constituyen una fracción importante delos com-
ponentes celulares, estos sistemas no sóloseparan un compartimento celular de
otro sinoque muestran diferentes funciones,comoactividadesenzimáticas,debi-
do a la asociacióno integración de algunas enzimas con los componentes estruc-
turales delasmembranas.

5. Lasenzimasqueformanparte delasmembranassediferencianestructuralmente
delasqueaparecenenelinteriordeloscompartimentos,porqueen suestructura (al
menosla queestáen contactoconla membrana)losresiduosapolaressecolocanhacia
elexteriory lospolareshacia elinterior.
Deacuerdoconlaposición relativadelsustratoy elproductodela reacción, con
respectoa la membrana,podemosclasificarlasenzimasmembranosasen 2grandes
grupos: lasno vectorialesy lasvectoriales.
Lasenzimasnovectorialessonaquéllasqueliganelsustratoy liberanelproducto
delmismoladodela membrana,en elinterior,oen elexterior(Fig.18.3).
Fig. 18.3. Enzimas membranosas no
veetoriales. El centro activo de la
enzima está orientado de forma
asimétriea en la membrana.
Un ejemplosobresalientepor suimportanciaen muchosmecanismosderegula-
cióneslaenzimaadenüciclasaquecataliza la transformacióndelATPenAMPccomo
respuestaa determinadosestímuloshormonales.Esta enzimaestáformada por una
cadena polipeptídica que atraviesa la membrana 12 veces con 2 grandes dominios
citoplasmáiicos,unoenhelashélicestransmembmales6y 7,y otroenlazonacarboxüo
terminal; sesuponequeelprimero deestos2dominioseselresponsabledelaactivi-
dad catalíticadela enzima (Fig. 18.4).
Fig. 18.4. Estructura de la adenil cielasa.
Esta importante enzima está for-
mada por 2 grandes regiones
transrnembranales, separadas por
un gran dominio eitaplasmático y
termina con un largo dominio C
terminal; en cada uno de los do-
minios trsnsmembranales,la cade-
na polipeptídicriatraviesa la mem-
brana 6 veces mediante estructu-
ras helieoidales, esta estructura se
asemejaalade lostransportadores
membranales de iones.

6. Lasenzimasvectoriales,por elcontrario,sonaquéllasqueliganelsustratoen una
cara dela membrana yliberanelproductoen la otra, deestaformatienenuna doble
funcióncomoenzimasytransportadores(Fig.18.5).A estegmpopertenecen enzimas
relacionadascon la glicosüación de proteínas en el REL y el aparato de Golgi, que
ligan un monosacáridoy su coenzima del ladocitosólicoy liberan el monosacárido
activadoen la caraluminaldeestossistemasmembranosos.
Fig. 185,.Enzimasmembranosasveetoriales.
La enzima liga el sustrato de un
lsdo de la membrana y libera el
producto del lado opuesta.
En el capitulo39se estudiarán los transportadores de electrones de la cadena
respiratoria, cuya actividad vectorialcrea un gradientedeprotones imprescindible
para lasíntesisdeATP.
Un ejemplointeresantedeenzimasquepuedenencontrarseunidasamembranaso
libresen el citosolesla citidiltransferasa que participa en la síntesis de fosfátidos
de glicerina y esfingolípidos que tiene lugar en el retículo endoplasmático liso
con 3enzimasque forman parte de las membranas del retículo. Esta enzima está
regulada dediferentesformas,esactivada por fosfolípidosyácidosgrasoseinhibida
por el CTP y la fosfocolina; por otra parte, la enzima puede ser modificada por
fosforilacióndesfosforüaciónylaformaactivaesla nofosforüada.La fosforilaciónde
la enzimadeterminasudisociacióndelasmembranasdelretículo. mientraslaforma
desfosforiladaestáunida a lasmembranas,estohace quela enzimaestéen suforma
activacuandoestácon lasdemásenzimasqueparticipanen elproceso.
En ocasionesen lasmembranasseforman grandescomplejosproteínicosen los
cualesparticipa al menosuna enzima que resulta el elementofundamental,tal esel
caso del sistema de la glucosa-6-fosfa&a. Como ya se ha estudiado, esta enzima
catalizala hidrblisisdela glucosa-6-fosfatoyesmuy importanteen la regulacióndela
glicemia,comose verá en los capítulo42,43 y 44.
Este sistema forma parte del retículo endoplasmático liso y está constituido
por 6 proteínas: una proteínade363 kDcon actividadcatalítica(G6P),cuyocentro
activoesaccesibledesdelacaraluminaldelamembranayeselcomponenteprincipal
delsistema,estapmteínanosólohidroüzaalaglueosa&fosfato, sinotambiénalpimfosfato
yelcarbamil-fosfato;elsegundocomponentees una proteína estabilizadora (SP)
ligante de Caz+de 21 kD, que sóloesaccesibleporelladocitosólico;eltercercampo-

7. nente es laproteínaT1queactúacomoun transportadordeglucosa-6-fosfatopero no
estámuy bien caracterizada; elsiguientecomponenteeseltransportador deglucosa
GLUT7que presenta una elevadaKm para la glucosayademásestán presentes las
proteínasT2ayT2hqueactúancomotransportadoresdefosfato,laT2besuna proteí-
na de34kDquetambiénpuedetransportar pirofosfatoy carbamil-fosfato.
Elfuncionamientodeestesistemapuede serdescritodelaformasiguiente:cuan-
doaumenta en el citosolla concentracióndeglucosa-6-fosfato,éstaestransportada
por T1hacialaluzdelretículodondeeshidrolizadapor launidad catalítica;lagluco-
saestransportada hacia elcitosolpor la GLUT7ysalealexteriordelacélulapor el
transportadordelamembranaplasmática(GLUT2enelhígado);elfosfatoestranspor-
tadopor T2a óT2h hacia elcitosoldondese vuelve a utilizar por la célula (Fig. 18.6).
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1 0 H " t
O /y
Fenómenode eanalizaci6n
En muchas vías metabólicas existen sistemas multienzimáticos o enzimas
multifuncionalesquecatalizanreaccionessucesivas.Evidenciasrecientesindican que
hay interacciones específicas entre enzimas simples o solubles relacionadas
funcionalmente, estos complejos han sido descritos tanto en procariontes como en
eucariontes.Ademásseindicaqueenlacélulaexistenpocasenzima libressiesquehay
alguna;también parece ser quea menudoestoscomplejosenzimáticosseencuentran
unidosacomponentesestnifturalesdelacélula.
Unaconsecuenciaimportantedeestoshallazgosesquemuchosmetabolitospasan
deuncentroactivoa otrosinequilibrarse con elresto delosmetabolitos dela célula,
estefenómenorecibeel nombredecanalización. Desdeestepunto devista sedistin-
guen2tiposdevíasmetabólicas,aquéllasqueproducenintermediariosmulüutüizables
y aquéllasdondesóloelproductoñnalesútü,unejemplodelprimertipoeslaglucÓüsiS
dondelaglucosa-6-fosfatoy kifosfodibidroxiacetonasonuaüzadmdemúloplesfonnas,
ydelsegundolasíntesisdeproteínasdondelosintermediariosno presentanfunciones
metabólicas,perosíelproductoterminado.
Fig. 18.6. El sistema de la glucosa-6-
fasfatass. Este sistema complejo
está incluido en la membrana del
retículoendoplasrnáticolisa y está
formado por 6 proteínas. Las fle-
chas indican el movimiento de
cada una delas sushncias implica.
das en el proceso.

8. Fig. 18.7. El fenómenode canalización.Tres
enzimas eslán relacionadasde ma-
nera funcional, pues el producto
de una essustratode lasotras2; si
no existe canalización(a), los pro-
ductos C y D se obtendránen pro-
porciones casi iguales. En (b) se
observa quealexistirinteracciones
entre las enzima8 E, y E, sólo se
forma una de los productos posi-
bles, lo mismo ocurre en (c), pero
o n otra combinaciónde enzimas.
Un ejemplohipotético proporcionará una idea más acabada del fenómenode
canalización;supongaquelaenzimaE, transformaalsustratoAenelproductoB, que
puedeser sustrato dela enzimaE,, que lotransformaen C odela enzimaE, quelo
transformaenD(Fig. 18.7).
Sienuna mezcladereacción secolocanelsustratoAylas 3enzimas(supuesta-
mentedeuna actividadcatalíticasimilar),alalcanzarseelequilibriosepuedeencon-
trar unodeestos3resultados:
1.SeformancantidadesequivalentesdeB, CyD.
2.Seformasóloelproducto C.
3. SeformasóloelproductoD.
En elprimer casono existecanalización,pues elintermediarioB seliberadela
enzimaE, y difundelibremente,por locualtieneigualprobabilidaddeencontrarse
con E, que con E,. En el restodelos 2 casos existecanalización,elproducto B no se
liberadelaenzimaE,sinoqueestransferidodeformadirectaalcentroactivodeE, en
un caso,o deE, en el otro; estoes posiblesi lasenzimasestán unidasfísicamenteen
formadeun complejo. Algunosexperimentoshan permitidoestablecerla existencia
deestefenómenoy deinteraccionesentre lasenzimasen numerososcasos.
Una ventajadeestasagrupacionesestárepresentadapor elhechodequemuchos
delos intermediariosen rutas metabólicassepresentan en formasolvatada, perola
capacidad de solvatación de la célula es limitada. La canalización "sustrae" esos
intermediariosdemaneraquemantieneelgradodesolvatacióndelacélulaenniveles
muy bajos.
Tambiénesposible controlarla actividaddeesasenzimashaciéndolas pasar del
estadolibrealasociadoyviceversa.
Asociacionessup~nenzimáticas
Muchosejemplospueden citarsedeestetipodeasociacionesqueintervienenlos
3tipos básicosdepresentación delasenzimas.Estasasociacioneshan sidodescritas
en elprocesodereplicacióndelADN (capítulo25)delfagoT4queconstaaproxima-
damentede7enzimasdiferentes.En eucariontesseha aisladoun complejoformado
por 6enzimasque aparecesóloen elmomentodela síntesisdelADN.
Un ejemplosobresalienteloconstituyenlosgránulosdeglucógeno,extraídosde
músculoesquelético,queestánformadospor alrededor de50 % deproteínas. Seha
podido demostrarquela mayoríadeesasproteínassonenzimasdelmetabolismodel

9. glucógeno,la glucógenofosforilasab, laglucógenofosforilasaquinasa,la glucógeno
sintasa, la fosfoproteínafosfatasa 1 y la proteína qninasa dependientedel AMPc;
ademásseha demostradoqueestosgránuloscontienentambién todaslasenzimasdela
glicólisis,pues en elloses posible la formacióndelactato a partir del glucógeno.
Se ha observadoque las propiedadescinéticasde algunas de esasenzimasson
diferentescuandoformanparte delgránuloycuandoseencuentranlibresen disolu-
ción, tal es el caso de la fosfoproteína fosfatasa 1que es activa en la partícula pero
inactiva en solución.
Otroejemplomuy demostrativotienelugardurante lasíntesisdenucleótidosde
pirimidina;todalavíaestácatalizadapor una enzima simpley2multifuncionales,la
primeraenzimaqueestrifuncionalformaelácidodibidro-oróticoapartirdeNH,, CO,
y aspártico. El dibidro-orótico es oxidado y pasa a ser ácido orótico por una
desbidrogenasaqueestáunida a lamembranamitocondrialexterna,ypor último,una
enzimabifuncionalconvierteesteácidooróticoen uridinmonofosfato.
Elhechodequetodoslosintermediariossemantengan en una concentraciónmuy
bajadentrode la célula,puede indicarquelas2enzimasmultifuncionalesseasocian
ala enzimasimpleenlamembrana mitocondrial,deforma queseproduzcaelfenóme-
no de canalización. Un complejosimilar se forma durante la síntesis de los ácidos
grasos dondeintervienen3enzimasmultifuncionales,la citratoliasa, la acetil-COA
carboxüasaylasintetasadeácidosgrasos;cuandoelcitosolsesometea centrifugación
en gradientedesacarosa seobtieneuna fraccióndeelevadopeso molecularquecon-
tienea las3enzimas.
Ejemploscomoéstossehan reportado en elmetabolismodelos aminoácidos,la
oxidacióndeácidosgrasos,síntesisdefosfolípidosy esteroides,en la glicólisisy en el
ciclo de Krebs. El ejemplo más asombrosode estas asociaciones enzimáticases el
complejodepreiniciacióndela transcripciónpor la ARN polimerasa11;estaenzima
estáformada por 12subunidadesya ella seunen durante laformacióndelcomplejo
másde30proteínas, muchasconactividadenzimáticaformandoun complejoquepor
sutamañoesmayorquelasubunidadmenor delribosoma.
Estasformascaracterísticasdeorganizarselossistemasenzimáticosen la célula
constituyenuna evidenciam& dequelossistemasbiológicosoperan segúnelprinci-
pio dela máxima eficiencia.
TopOgrañade lase-
Como se ha visto, el centro activoes una zona pequeña en comparacióncon el
tamañototaldelaenzima,porejemplo,laglucosaocupaun volumen queesaproxima-
damenteel 1% delvolumen dela hexoquinasa¿Cuálesentoncesla funcióndelresto
delamolécula?
En primer momentosepensó queelrestodelamoléculasólotenía la funciónde
mantenerla arquiteciura tridimensionaldelcentroactivo,puesessabidoqueagentes
desestabilizantesdeestaestrnctura afectandemaneranotablela actividadcatalítica.
Esiudiosexperimentales,sinembargo,demuestranqueen algunasenzimassepuede
eliminaruna parteconsiderabledesu estmctura sinafectarsensiblementesucapaci-
dadcatalítica.
En la zona no catalíticade la enzima es donderadican los sitiosde unión para
efectoresque regulan su actividad y, como se estudióen el capítulo 17,en algunas
enzimasson varioslossitiosde estetipo. Otrafunción esdeterminar la localización
intracelulardela enzima,cadaproteína contieneen suestrncturasecuenciasespecífi-
fasdeaminoácidosquefuncionan comoseñalesdelocalizaciónintra o extracelular.
Sesabequela secuencialkina-aspártico-glutámico-lisinadirigea lasproteínashacia
el retículo endoplasmático;otras enzimas (como los zimógenos) poseen zonas de
ple&%nientoquenopermitenla accesibüidadal centroactivoy lasmantieneninacti-
vashasta Llegaralsitiodondedesarrollansufunción;eneselugary generalmentepor

10. mecanismosdeproteólisislimitadaesretirada una pequeñaporción delaproteína,lo
quepwmiteel accesoalcentroactivo.
Otrafunciónderivadadelosaspectosdiscutidosenestecapítuloesquelasenzimas
debencontenerunazonadereconocimiento,quepermitasuasociaciónespecíficacon
otrasenzimaslascualesparticipanen reaccionessucesivasdeuna vía metabólica,de
formatal quepueda producirsela canalizacióndelosintermediarios.
Las proteínas que se disuelven en agua se pliegan de manera que los residuos
polaresquedanhaciaelexterioren contactocon el disolvente.Tantoelcentroactivo
comootrossitiosde la enzima requieren que residuoshidrofóbicossean accesibles
desde el exterior como sucede con la quimotripsina.La exposición de esos gmpos
hacia elexterioresdesfavorabledesdeelpunto de vista energéticoy puede provocar
la agregaciónyprecipitacióndelasenzimas. Para quepuedan permanecer solubles
debenposeer gran númeroderesiduoshidrofílicosen lasuperficiepara compensarel
efectodeloshidrofóbicos.
Porúliimo,hay otrofactorquecontribuyealgrantamañodelasenzimasy esque
las proteínaspresentan regiones que reflejan su procesoevolutivo.Comotodas las
proteínashansurgidodeotrasproteínas,muchascontienensecuenciasdeaminoácidos
desusantepasadospero que,alparecer,no sonimprescindiblesparasufunciouamien-
toactual.
Resumen
El metabolismo eelular está formado por miles de reacciones qoímicas que
ocurren demanera simultáneaen el interior delas células, todas eUascataüzadas
por enrimas. Las e d m a s que participan en una vía metab6lica presentan una
forma eeraeterlsticade organi7aciÓn; un primer niveldeorganizaciónviene dado
por laubicaciónintraeelular delase d m a sen mmparhentos separadosunosde
otros, por membranas o por otsos cnmponentescslnlares, de esta forma exisien
enzimas nucleares, lisosomales, mitncondriales, etcbtera. Este grado de
cnmpartimentaciónpuede aún sermayor siexisteunatopogdik e s p d c a delas
enzimaadentrodecada wmparümento.
Lasedmaspueden enmutrarseen3formashindamentales: lasdenominadas
simples,quesonaquéiiasquecatalizanunareaeeións e n d aaunquemi estructura
puede ser muy compleja; los complejosmultieiizimsticnsque es& formadospor
agrupacionesde enzimasunidas por fuerzasno cmalentes y que catalizanvarias
reacciones sucesivas en una vía metabóüca, y las enzima8 multiiüncionales, que
sw emzimas de gran tamaño formadas por una cadena polipeplídica que, en el
plegamientoque da lugar a la eshpciura tereiarigforman varios centros activos
queles permiten la catsilisis de varias reaeOonessucesivas en una vía metab6lica.
Estasformas de las enrimas pueden encontrarse solublesen elc i t o p h a o
unidasa mmpouentesesbucturalesdelaseélulas,dondelasmembranas mnstlh-
yeu el máximo exponente. Las enzimas unidas a membranas pueden ser no
vectoriales, siüganelsustratoy liberan elproductodelmismoladodela membra-
na,y vectorialessiligan el wsbato y liberan el producto en lados diferentesdela
membrana aetusndn a la vez mmo enzimasy transportadores.
Estasformas de organización de lasenrimaspermiten quelos intermediarios
pasendeun centroacíivoa otrosinequüib- mn el mnjoato demmpuegtcsde
la eélnla, fen6menoque ha recibido el nombre de cauaüzacióa
Las enzimas simples, los complejos multienzim6ticos y las enzimas
multifuncionales pueden agruparse formando grandes asociacioues
supraeozimaücasque cataüzan una víametabólica wmpleta y, que en ocasiones,
pueden estarunidasa membranas intraeelulares.
Estassitusaouesestudiadas aportan nuevoselementossobreel problema del
tamaño de las enzima8,pues además de los facture4 ya wnocidos se precisa la

11. exisienciademnasdeintemd6n que permitan suamiación con otrasenzímas,al
menw en algúnmomentodesu funcionamiento.
1.¿Por quépodemosafirmar quela distribucióndelasenzimasen el interiory exte-
rior delascélulasconstituyeun nivel de organizacióndeéstas?
2. ¿Qué ventajas tienen las enzimas multifuncionales sobre los complejos
multienzimáticos?
3.¿Cuálcreeusted quedebeserla principalcaracterísticaestructuraldelasenzimas
vectoriales?
4. ¿Quéventajas generalespresenta elfenómenodecanalización?
5. ¿Por qué la existencia de canalización puede ser un indicio de asociaciones
supraenzimáticas?
6.¿Por quésontangrandeslasenzimas?