1. ENZIMAS (SÓLO PARA INGENIERÍA AMBIENTAL)
Las enzimas son proteínas especializadas en la catálisis de conversiones
químicas cuya acción puede tener lugar in vivo e in vitro. Al igual que el resto de
las proteínas, su función es óptima bajo ciertas condiciones, por lo que un pH
extremo (ácido o básico) o un calentamiento pronunciado las puede desnaturalizar
o destruir, o bien inducir en ellas un cambio conformacional que las desactive total
o parcialmente. Su actividad se ve afectada también cuando un inhibidor las
acompaña (ver más adelante). Las enzimas incorporan a un sustrato (la molécula
a transformar o reactivo) en una parte de su estructura llamada sitio activo o
dominio de la enzima, donde sufren la transformación química de manera
acelerada. Las enzimas no modifican cambios en el contenido en G ni de sustratos
ni de reactivos; tan sólo se limitan a abatir el valor de la energía de activación del
proceso en el que participan.
Por el tipo de reacción que catalizan (aunque este agrupamiento puede
1
variar de autor a autor), a las enzimas se les clasifica en:
. Enzimas que catalizan una oxidación o una reducción.
Un ejemplo es la gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa, que cataliza la
oxidación del carbonilo del gliceraldehido-3-fosfato 1 (el sustrato) a 1,3-
difosfoglicerato 2:
H O
H OH
O P
O
O
O
O O
H OH
O P
Pi P
NADH + H+ NAD+
1 2
En esta reacción el NAD (3, siguiente página), el dinucleótido de adenina y
nicotinamida, es el agente oxidante (la enzima no se oxida; sólo hace que los

2. ENZIMAS (SÓLO PARA INGENIERÍA AMBIENTAL)
componentes se reúnan en el sitio activo de la enzima). A este tipo de sustancias
auxiliares que intervienen directamente en la conversión química a menudo se les
conoce como coenzimas. La estructura del NAD es bastante compleja, pero la
parte que interviene directamente en el proceso redox es la del anillo de piridinio,
el cual acepta el hidrógeno de 1 en rojo en forma de anión hidruro (esto es, con
todo y el par de electrones, H:-) para que proceda la oxidación del carbono al que
se encuentra unido. En esta transformación no se genera anión hidruro libre, sino
que concertadamente se cede éste del sustrato al NAD, como se representa a
continuación:
2
H H
H
N
NH2
O
O
OH OH
O
O P
O
O
P
O
O
O
O
N
N
OH OH
NH2
N
N
3
H
N
NH2
O
O
OH OH
O
O P
O
O
P
O
O
O
O
N
N
OH OH
NH2
N
N
4
O
H2O
H
O
O
H H
O
OH
H
1
5
3 se transforma en 4, el NADH, la forma reducida del NAD. El oxígeno del agua en
azul es el que quedará formando parte de la estructura del producto oxidado 5, el
cual se fosforila con anión fosfato del medio para transformarse finalmente en 2. A
un anión fosfato de esta naturaleza los bioquímicos lo denominan “fósforo
inorgánico”, y lo representan mediante Pi:
HO O
H OH
O P
O
O
O
O O
H OH
O P
O
O P
O
OH
O
O
O
Pi O O
P
H OH
O P
P
1 2
+ H OH
¡puede estar o no protonado!
O
O
O
Regresando a la reacción donde interviene el NAD+, advierte que se ha
liberado un protón de color azul, H+, proveniente del agua. Ésta es la esa razón

3. ENZIMAS (SÓLO PARA INGENIERÍA AMBIENTAL)
por la que los bioquímicos representan indiscriminadamente las interconversiones
entre 3 y 4 como NAD+  NADH + H+, independientemente de si le es claro al
lector de dónde proviene el protón o no. Como colofón, mencionaremos que el
color rosa en los hidrógenos así marcados en 3 y 4 pueden ser reemplazados por
un grupo fosfato; en estos casos, se habla entonces del NADP+ y del NADPH
como los agentes involucrados en el proceso redox.
. Enzimas que catalizan una transposición o reacomodo de átomos
(el sustrato se transforma en un isómero). Un ejemplo es la metilmalonil coenzima
A isomerasa, que cataliza la migración de un grupo carboxilato de la metilmalonil
coenzima A (6) a un carbono contiguo para transformarse en succinil coenzima A
(7), proceso mediado por la coenzima B12 a partir de la cual se generan radicales
libres intermediarios.
3
CH3
H
CH2
H H
SCoA
O
O
O SCoA
O
O
*
coenzima B12
O
*
6 7
donde SCoA =
coenzima A:
. Enzimas que catalizan la hidrólisis de un enlace en el sustrato. Un
ejemplo es la lactasa, que transforma la lactosa 8 en galactosa 9 y glucosa 10:

4. ENZIMAS (SÓLO PARA INGENIERÍA AMBIENTAL)
4
HO HO
O O
OH O
HO HO
OH OH
O O
OH OH
8 9 10
OH
OH
OH
OH
O
OH
OH
OH
OH
+
enlace
que se
rompe
H-OH
H
En esta representación, el enlace en rojo aparece “quebrado” para facilitar la
comprensión de la estereoquímica de la unión glucosídica.
. Enzimas que catalizan reacciones en las que un cierto grupo
funcional es incorporado a la estructura del sustrato. Un ejemplo es la
hexoquinasa (o hexocinasa, según algunos autores españoles), que transforma la
glucosa 10 en glucosa-6-fosfato 11:
O
HO
OH
OH
OH
OH
ATP ADP + H+
O
PO
OH
OH
OH
OH
10 11
donde
ATP = adenosintrifosfato ADP = (adenosindifosfato)
Es posible reconocer en este punto que en la transformación de 5 a 2 hay también
una fosforilación, por lo que la gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa puede ser
concebida también como promotora de la actividad de una transferasa,

5. ENZIMAS (SÓLO PARA INGENIERÍA AMBIENTAL)
. Enzimas que catalizan la ruptura de un enlace. Un ejemplo es la 4-
hidroxifenilacetato descarboxilasa, que transforma el p-hidroxifenilacetato 12 en p-cresol
5
13 escindiendo el enlace en rojo y liberando CO2:
HO
O
O
+ H
HO
O
C
O
+
H H
H H
12 13
H
. Enzimas que catalizan la formación de un enlace. Un ejemplo es la
piruvato carboxilasa, que transforma el piruvato 14 en oxaloacetato 15. Advierte la
hidrólisis del ATP, proceso que promueve energéticamente la reacción.
O
O
O
O
O
O O
O
O
C
O
+
ATP ADP + Pi H
14 15
La actividad catalítica
enzimática puede entenderse
a partir de la gráfica de la
derecha, la cual muestra cómo
varía la velocidad o rapidez
vi
inicial de conversión vi de una
cierta reacción en función de
la concentración de sustrato
presente [S], en condiciones
de trabajo ideales para la
enzima Es importante que
adviertas que cada punto de esta curva tuvo que ser obtenido midiendo vi en una
corrida experimental, o lo que es lo mismo, se tuvo que desarrollar una corrida por
cada punto de la curva. Una manera en la que puede hacerse esto consiste en
determinar cada vez qué tanto producto se ha formado luego de permitir que la

6. ENZIMAS (SÓLO PARA INGENIERÍA AMBIENTAL)
reacción transcurra durante un cierto tiempo (regularmente corto) a diferentes
concentraciones de sustrato. La formación de producto se estima así como
proporcional a vi. Los tiempos son cortos porque se supone que al inicio de cada
corrida experimental la enzima mostrará su capacidad máxima de conversión,
independientemente de la cantidad de sustrato que haya presente; si se mide
haciendo uso de tiempos de reacción largos para cada corrida, se corre el riesgo
de introducir variables indeseables, como reducción de la rapidez de reacción al
alcanzarse la posición de equilibrio conforme el tiempo avanza.
El alemán Leonor Michaelis y la canadiense Maud Leonora Menten,
expertos en el tema de la cinética enzimática, dan nombre a la ECUACIÓN DE
MICHAELIS Y MENTEN, que explica el comportamiento de la curva mostrada. La
ecuación indica que vi es función, además de la concentración del sustrato [S], de
otros dos parámetros:
6
 vmáx, que define la mayor rapidez de conversión
que puede alcanzar la reacción en presencia de
la enzima.
 Km, que es la concentración del sustrato a la que
se alcanza un valor de rapidez de conversión
igual a la mitad de vmáx.
La información se interpreta como sigue. En el punto
C de la curva el valor de [S] es grande, por lo que la
enzima tiene siempre disponible sustrato que
transformar. Así pues, la rapidez de la reacción estará
limitada únicamente por la capacidad de la propia
enzima para efectuar el trabajo catalítico. En este punto,
[S] >> Km, por lo que
En el punto A la concentración de sustrato [S] es escasa
(Km >> [S]), por lo que puede ahora escribirse:
Dado que vmáx y Km son constantes, su relación k
Leonor Michaelis (1875-
1949, arriba) y Maud
Leonora Menten (1879-
1960, abajo).

7. ENZIMAS (SÓLO PARA INGENIERÍA AMBIENTAL)
también lo es. Ello implica que a concentraciones bajas de sustrato, un aumento
en la concentración de éste inducirá un cambio en la rapidez de reacción
proporcional a k. Nos obstante, esta tendencia lineal irá desapareciendo poco a
poco, y grandes aumentos en la concentración de sustrato no verán reflejada un
aumento en la vi sustancial. y al llegar por ejemplo al punto B, donde [S] = Km
De curvas como la anterior mucha de la información cuantitativa que sería
posible extraer no resulta evidente, por lo que se acostumbra tratar los datos
experimentales de otra manera. Si se saca el inverso a la ecuación de Michaelis y
Menten se obtiene
7
separando términos
llegamos a
(
)
Si se grafican los valores experimentales obtenidos colocando 1/vi en el eje de las
“y” y 1/[S] en el de las “x” se obtiene una gráfica lineal en la que la pendiente será
Km/vmáx y la ordenada al origen 1/vmáx. La gráfica tiene el siguiente aspecto:

8. ENZIMAS (SÓLO PARA INGENIERÍA AMBIENTAL)
A esta gráfica se le llama a veces DIAGRAMA DE DOBLE RECÍPROCO DE LINEWEAEVER-BURK.
Un análisis cinético con esta gráfica puede distinguir om poner en evidencia
si una cierta sustancia ejerce una INHIBICIÓN COMPETITIVA o una INHIBICIÓN NO
COMPETITIVA. En la inhibición competitiva una sustancia presente en el medio
reactivo compite por el sitio activo de la enzima con el sustrato. Regularmente se
trata de sustancias con una considerable similitud estructural; por ejemplo, la
succinato deshidrogenasa es una enzima que deshidrogena al succinato 16 y lo
transforma en fumarato 17:
8
H
H
H
H
HO
O
OH
O
- 2 H
H
H
O
O
O
O
16 17
Sin embargo, su actividad se ve disminuida por la presencia en el medio de
malonato 18, que guarda una considerable similitud estructural con el anión
succinato y que muestra también afinidad por el mismo sitio activo:
O
O
O O
18
Por su parte, en la inhibición no
competitiva el inhibidor no compite por
el sitio activo de la enzima, sino que se
instala o une en otra región de la
enzima induciendo cambios (por
ejemplo conformacionales) que
modifican su estructura secundaria,
terciaria o cuaternaria, impidiéndole
funcionar normalmente.
Una gráfica de Lineweaver-Burk
como la de la izquierda muestra
claramente los efectos de ambos
fenómenos. Como es una gráfica de
doble recíproco, puede seguirse
interpretando como si fuese una gráfica de vi vs. [S]. En el sistema sin inhibidor

9. ENZIMAS (SÓLO PARA INGENIERÍA AMBIENTAL)
(línea roja) la pendiente es positiva ya que, conforme aumenta [S] aumenta
también vi, aplicando lo mismo para sus recíprocos (si aumenta un inverso,
también lo hace el otro). En ambos casos, una inhibición dará lugar a gráficas con
una pendiente más positiva porque las rapideces iniciales vi y vi serán menores
para la misma concentración de sustrato [S], siendo entonces sus recíprocos 1/vi y
1/vi mayores consecuentemente (una línea vertical cruzará de abajo arriba antes
la línea roja que la verde y la azul).
Los valores de 1/vmáx coinciden en el caso de la línea roja y la verde porque
en ese punto, 1/[S] alcanza su valor mínimo, lo que implica que [S] sea máximo.
Un sistema bajo tales condiciones estaría conformado por una cantidad de
inhibidor muy pequeña en relación a la cantidad de sustrato presente. De esta
manera, el inhibidor no representaría competencia efectiva para el sustrato por el
sitio activo de la enzima, y el sistema se comportará como si el inhibidor se
encontrase ausente. La inhibición sólo se vuelve importante cuando [S] disminuye,
que es lo que se observa cuando se analiza la gráfica hacia su parte derecha (a
valores de 1/[S] elevados).
El inhibidor no competitivo desactiva a la enzima para la reacción a
cualquier concentración del sustrato, por ello la curva azul siempre supera a la
roja. Esto queda de manifiesto por un mayor valor de 1/vmáx, que implica una
menor rapidez vmáx cuando el inhibidor se halla presente; lo anterior es aplicable
en todo el intervalo de 1/[S]. Aquí, lo que se está afectando es la enzima completa,
y por ende, su funcionamiento general. Sin embargo, al no competir por el sitio
activo, el inhibidor competitivo no afecta el valor de Km (por ello coinciden en la
parte de abajo del sistema), dado que este valor está más bien relacionado con la
capacidad de la enzima para unirse al sustrato, Los inhibidores no competitivos lo
que afectan es la eficiencia de la enzima para transformar el sustrato en producto,
que se ve reflejado más bien en el valor de vmáx.
9