El documento describe las características principales de las enzimas, incluyendo que son biomoléculas proteicas que aceleran las reacciones químicas al bajar la energía de activación requerida, que tienen sustratos y producen productos, y que pueden estar reguladas o no reguladas por factores externos que determinan si su centro activo está accesible o no a los sustratos. Algunas enzimas también requieren cofactores como metales o vitaminas para funcionar.

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TEMA 2 - ENZIMAS
• Las enzimas son biomoléculas catalizadoras que aumentan la velocidad de las
reacciones químicas.
• La gran mayoría de las enzimas son proteínas.
• Si en el organismo no hubiera enzimas, las reacciones químicas ocurrirían con extrema
lentitud y los procesos fisiológicos no se podrían llevar a cabo. Las enzimas aceleran las
reacciones químicas millones de veces, por lo que su actividad catalítica determina qué
reacciones suceden en una célula.
• Las sustancias que participan en una reacción química catalizada por enzimas se llaman
sustratos y las sustancias que resultan de la reacción se llaman productos.
• Una reacción química catalizada por enzimas puede tener uno o varios sustratos y
pueden resultar uno o varios productos.
• La enzima se une transitoriamente a el o los sustratos, formando un complejo enzima-
sustrato donde se dan los cambios químicos requeridos para generar sustancias
diferentes, el o los productos.
• Los productos son liberados por la enzima, que vuelve a su estado original y queda lista
para catalizar la reacción con nuevos sustratos
Enzima
Sustrato
+
Complejo
enzima-sustrato
Enzima
Productos
+

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• Las reacciones químicas se producen cuando los sustratos poseen energía suficiente
para alcanzar un estado activado llamado estado de transición en el que es muy fácil
que se rompan o se formen uno o más enlaces químicos para formar los productos.
• La energía que se necesita para que los sustratos lleguen al estado de transición se llama
energía de activación. Las enzimas se unen a los sustratos y bajan la energía de
activación, acelerando la reacción.
Estructura de las enzimas
• Las enzimas son proteínas globulares que en su superficie tienen un centro activo, que
es el sitio de la proteína que interactúa con el o los sustratos. Cada enzima tiene una
secuencia de aminoácidos distinta y por lo tanto las cadenas laterales de los
aminoácidos que forman el centro activo tienen distintas propiedades químicas en cada
enzima. Esto permite que al centro activo de cada enzima se una a sustratos que tienen
una composición química complementaria a la del centro activo, lo que les permite
formar enlaces no covalentes. Esto determina que la unión entre la enzima y el o los
sustratos sea específica.
• Una vez unidos a la enzima, el o los substratos quedan a una distancia y en una
orientación óptimas para llegar al estado de transición, por lo que la reacción química
procede a una velocidad muchísimo mayor de la que procedería sin enzima.
• Una vez que la reacción ha sido catalizada, los productos salen del centro activo y este
queda libre para catalizar otra reacción.
= energía de activación
Tomado de Stryer, L., Berg, J., Tymoczko J. (2013) Bioquímica con aplicaciones clínicas (p.
225). Barcelona, España: Editorial Reverté.

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Regulación de la actividad de las enzimas
• La actividad de las enzimas puede depender simplemente de la cantidad de sustratos
presentes o puede estar sujeta a regulación por factores externos. En el primer caso, las
enzimas se llaman no reguladas y en el segundo reguladas.
Enzimas no reguladas
• Las enzimas no reguladas son aquellas cuya actividad no está sujeta a regulación
externa. Su centro activo siempre está disponible para que entren los sustratos y por
lo tanto las reacciones químicas que catalizan ocurrirán si los sustratos están presentes.
• Las reacciones catalizadas por enzimas no reguladas tienen la característica de que la
misma enzima que se une a los sustratos y cataliza la generación de los productos puede
unirse a los productos y convertirlos nuevamente en sustratos, es decir catalizar la
reacción inversa. Estas reacciones se llaman reversibles.
A + B C + D
Enzima
no regulada
• La dirección en la que proceden las reacciones reversibles depende únicamente de la
concentración de los sustratos y los productos. Mientras exista más concentración de
sustratos la reacción procederá hacia la generación de productos, pero si la
concentración de los productos llega a ser mayor que la de los sustratos la reacción
procederá en la dirección inversa hasta que las concentraciones se igualen.
Enzimas reguladas
• Las enzimas reguladas son aquellas cuya acción no depende de la cantidad de sustratos
presente sino de un factor regulador externo que determina si la reacción química se
necesita o no.
• Estas enzimas tienen dos estados:
• Un estado activo en el cual su centro activo está accesible a los sustratos.
• Un estado inactivo en el cual el centro activo no está accesible a los sustratos
porque no está en una conformación adecuada o porque está bloqueado
físicamente.
• El factor regulador externo determina si la enzima está en el estado activo o inactivo.

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A + B C + D
Enzima
regulada 1
A + B C + D
Enzima
regulada 2
• Cuando están activas, las enzimas reguladas son capaces de catalizar la reacción
química en una sola dirección. Es decir que para que los productos de esa reacción
vuelvan a convertirse en los sustratos se necesita de otra enzima regulada. Este tipo de
reacciones se llaman irreversibles y no depende de la concentración de los sustratos
sino de la presencia o ausencia del factor regulador.
• Las reacciones irreversibles catalizadas por enzimas reguladas constituyen puntos de
regulación importantes para procesos fisiológicos.
• Existen 2 tipos de enzimas reguladas:
• Enzimas reguladas alostéricas: se regulan por la unión específica de una molécula
reguladora llamada factor alostérico o modulador a un sitio de la enzima diferente al
sitio activo. Esta unión produce un cambio de conformación en la enzima que puede
facilitar o bloquear la unión del sustrato.
• Un factor alostérico activador o modulador positivo es aquel que se une a la enzima
en estado inactivo y produce un cambio de conformación en la enzima que hace que el
centro activo quede accesible a los sustratos.
Enzima inactiva
Sustrato
Enzima activa
Sitio alostérico
Centro activo
inaccesible
Factor alostérico
activador

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• Un factor alostérico inhibidor o modulador negativo es aquel que se une a la enzima
en estado activo y produce un cambio de conformación en la enzima que hace que el
centro activo quede inaccesible a los sustratos.
Enzima inactiva
Sustrato
Enzima activa
Sitio alostérico
Centro activo
accesible
Factor alostérico
inhibidor
• La naturaleza del factor alostérico es variable: puede ser un sustrato o producto de la
reacción catalizada por la enzima, un producto de otra reacción relacionada u otras
moléculas cuya concentración varíe por procesos relacionados a la reacción. Sea cual
sea la naturaleza del factor alostérico, este siempre es una señal que indica a la enzima
que la reacción debe realizarse o no sin importar la concentración de sustrato presente.
• Cuando un factor alostérico inhibidor es el producto de la reacción o de una reacción
posterior que depende de la reacción catalizada por la enzima, la inhibición de la
enzima recibe el nombre de retroalimentación negativa.
• Enzimas reguladas modificadas covalentemente: son aquellas que se activan o inactivan
por adición de un grupo químico que afecta de alguna manera al centro activo,
haciéndolo accesible o inaccesible a los sustratos.
• El grupo químico que regula la actividad de la enzima se une por un enlace covalente.
La formación de enlaces covalentes requiere de una reacción química catalizada por
otra enzima. Por lo tanto, las enzimas modificadas covalentemente son reguladas por
otras enzimas que a su vez son enzimas reguladas. La existencia de varios niveles de
regulación permite que las células integren señales que les indiquen si una reacción
química debe proceder. Por ejemplo, la hormona insulina actúa sobre receptores
celulares que inician una cascada de activación de enzimas que finalmente activan o
inactivan varias enzimas reguladas de vías metabólicas importantes.

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• El grupo químico que con mayor frecuencia se añade a las enzimas reguladas
modificadas covalentemente es el fosfato. La adición del grupo fosfato es catalizada
por enzimas llamadas cinasas y su eliminación por enzimas llamadas fosfatasas.
• Existen enzimas que requieren que el grupo fosfato esté presente para que a su centro
activo se puedan unir los sustratos. Por lo tanto, estas enzimas estarán activas solamente
cuando esté activa la cinasa que las fosforila:
Enzima inactiva
Sustrato
P
Enzima activa
Centro activo
inaccesible
Grupo fosfato
P
Cinasa
• Otras enzimas requieren que el grupo fosfato no esté presente para que a su centro
activo se puedan unir los sustratos. Por lo tanto, estas enzimas estarán activas solamente
cuando esté activa la fosfatasa que separa el grupo fosfato de la enzima:
Enzima inactiva
Sustrato
P
Enzima activa
Centro activo
inaccesible
Grupo fosfato
P
Fosfatasa

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Cofactores enzimáticos
• Los cofactores enzimáticos son sustancias no proteicas que algunas enzimas requieren
para realizar su acción catalítica. Su unión a la enzima es necesaria porque transfieren
grupos químicos o estabilizan uniones de moléculas durante la reacción. La enzima sin
cofactor no es funcional y se llama apoenzima. El complejo funcional formado por la
enzima y el cofactor se llama holoenzima.
• Los cofactores de naturaleza orgánica se llaman coenzimas. Las coenzimas son
moléculas complejas derivadas de las vitaminas y no se unen fuertemente a la
apoenzima sino que lo hacen transitoriamente.
• Los cofactores inorgánicos son metales pesados (hierro, cobre, magnesio, manganeso,
níquel, zinc).
Bibliografía
Stryer, L., Berg, J., Tymoczko J. (2013) Bioquímica con aplicaciones clínicas. Barcelona,
España: Editorial Reverté.
Lieberman, L., Marks, A., Peet A. (2013) Marks’ Basic Medical Biochemistry.
Philadelphia, PA: Lippincott, Williams & Wilkins.