Enzimas: Catalizadores Biológicos

Las enzimas son catalizadores biológicos que aceleran la velocidad de las reacciones químicas, favoreciendo que se aproximen al equilibrio. No alteran los equilibrios de la reacción que catalizan, simplemente hacen que suceda más deprisa. Las moléculas de enzima no se alteran al catalizar una reacción; la misma molécula puede actuar varias veces. Una sola molécula de un enzima puede llegar a catalizar la reacción de decenas de miles de moléculas en un segundo, de ahí su eficacia a concentraciones muy pequeñas.

Cada tipo de enzima es muy selectivo en relación con la reacción que cataliza. Su especificidad deriva de que cada enzima solo puede reconocer, unirse y modificar a moléculas determinadas, que son los sustratos de la reacción.

Todas las enzimas son proteínas. En algunos casos, la enzima está formada únicamente por una parte proteica. En otros, está compuesta por una parte proteica y otra no proteica. La parte proteica recibe el nombre de apoenzima, mientras que la parte no proteica se denomina grupo prostético cuando su unión al apoenzima es permanente, y cofactor cuando no lo es.

El apoenzima se encarga de proporcionar la estructura espacial específica que permite la unión a las moléculas sobre las que actúan las enzimas en las reacciones químicas (los sustratos).

El cofactor o grupo prostético son los componentes enzimáticos que llevan a cabo la propia reacción, es decir, la catálisis en sentido estricto. El cofactor puede ser una molécula orgánica, y en ese caso se llama coenzima.

Inhibición Enzimática

Los inhibidores enzimáticos son sustancias que disminuyen o anulan la actividad de un enzima. El enzima, previamente activo, disminuye su velocidad o incluso deja de actuar cuando aparece un inhibidor, el cual puede ser algún ion o molécula orgánica y, muy frecuentemente, el producto final de la reacción.

La inhibición puede ser irreversible, cuando el inhibidor, que se denomina “veneno metabólico”, se une covalentemente al enzima alterando su estructura e inutilizándolo de forma permanente.

La inhibición reversible, más común, tiene lugar cuando el enzima vuelve a tener actividad una vez eliminada la sustancia inhibidora. En este caso, la unión del inhibidor con el enzima se realiza por enlaces no covalentes más fáciles de romper.

Tipos de Inhibición Reversible

• Inhibición competitiva: El inhibidor se une al centro activo impidiendo la unión del sustrato. Existe una competencia entre ambos para ocupar el centro activo. Si este es ocupado por el sustrato, la reacción se lleva a cabo, pero si es ocupado por el inhibidor no se produce, ya que el sustrato no puede entrar. Para que exista este tipo de inhibición es necesario que el inhibidor se acople al centro activo, por lo que su forma espacial debe tener gran semejanza con la del sustrato. Por eso, a estos inhibidores se les llama análogos metabólicos.
• Inhibición no competitiva: El inhibidor no compite con el sustrato, sino que se une en otra zona del enzima distinta del centro activo. Esta unión modifica la estructura del enzima al tiempo que dificulta el acoplamiento del sustrato. En ocasiones, el inhibidor se une al complejo enzima-sustrato, e impide la posterior formación del producto.

Alosterismo

Existe una tercera forma de inhibición enzimática que la constituyen los enzimas alostéricos. Estos enzimas están formados por varias subunidades llamadas protómeros, cada uno de los cuales posee un centro activo idéntico y otro centro llamado regulador, donde se acopla el inhibidor del enzima.

Los enzimas alostéricos pueden adoptar dos estados según su conformación, llamados T y R. El estado T no muestra afinidad por el sustrato, por el contrario, el estado R la manifiesta muy alta. En el mismo enzima no pueden existir los dos simultáneamente. Si en el centro regulador de algún protómero de la forma R se fija un inhibidor alostérico, se pasa a la forma inactiva T.

Centro Activo y Actuación General de los Enzimas

El centro activo es una zona de la molécula formada por unos 10 aminoácidos especializados en la unión con los compuestos sobre los que actúan las enzimas (sustratos).

Hay una complementariedad entre centro activo y sustrato: si el sustrato posee carga negativa, en el centro activo suele haber aminoácidos con carga positiva en su cadena lateral; si en el sustrato hay átomos aceptores de puentes de hidrógeno, en el centro activo suele haber aminoácidos con grupos donadores en su cadena lateral. También debe existir una complementariedad estérica, es decir, que si el sustrato es voluminoso, el centro activo suele ser una cavidad con suficiente capacidad. Pero eso no significa que centro activo y sustrato tengan que ser exactamente complementarios.

La hipótesis de Koshland, que a menudo se conoce como ajuste inducido, tiene en cuenta la flexibilidad conformacional de las proteínas. Sería algo semejante a la introducción de la mano en un guante. La propia mano (equivaldría al sustrato) hace que el guante (equivalente al centro activo del enzima) se adapte mejor cuando se introduce en él.

Los radicales de los aminoácidos del centro activo se unen al sustrato y consiguen debilitar sus enlaces provocando cambios energéticos que permiten alcanzar el estado de transición (estado en el que los enlaces de los reactivos están debilitados o rotos, pero aún no se han formado los nuevos). La unión es reversible, pues una parte del complejo enzima-sustrato se disocia. Una vez formado el complejo enzima-sustrato, el cofactor lleva a cabo la reacción y se obtiene el producto final. El producto se libera del centro activo y el apoenzima queda libre para volver a unirse a nuevas moléculas de sustrato.