Enzimas: Biocatalizadores de las Reacciones Biológicas

Las enzimas son biocatalizadores de las reacciones biológicas. Al rebajar la energía de activación, aumentan y aceleran la velocidad de la reacción. La velocidad de reacción se mide por la cantidad de producto que se forma por unidad de tiempo. Todas las enzimas, excepto las ribozimas, son proteínas globulares. Las enzimas son solubles en agua y pueden actuar a nivel intracelular o extracelular.

Características principales de las enzimas:

• Aceleran la reacción.
• No se consumen durante la reacción.
• Alta especificidad.
• Temperatura del ser vivo.
• Alta actividad.
• Masa molecular muy elevada.
• Enzimas estrictamente proteicas – holoenzimas.

Actividad Enzimática

La sustancia sobre la cual actúa una enzima se llama sustrato. La enzima y el sustrato se unen mediante enlaces débiles, formando el complejo enzima-sustrato, que presenta los enlaces internos del sustrato debilitados. Al acabar la transformación, se convierte en complejo enzima-producto y luego el producto se desprende. Las enzimas actúan de dos formas diferentes:

• Reacción con un solo sustrato: La enzima fija el sustrato a su superficie por adsorción.
• Reacción con dos sustratos: La enzima atrae a las moléculas reaccionantes hacia su superficie por adsorción, de forma que la posibilidad de encuentro entre ellas es grande.

Factores que Afectan la Actividad Enzimática

• Temperatura: Si a una reacción enzimática se le suministra energía calorífica, las moléculas aumentan su movilidad y el número de encuentros moleculares, por lo que aumenta la velocidad de reacción.
• pH: Las enzimas presentan dos valores límite de pH entre los cuales son eficaces. Sobrepasados los valores, se desnaturalizan y dejan de actuar. Hay un pH óptimo en el que la enzima presenta la máxima eficacia.
• Inhibidores: Son sustancias que disminuyen la actividad de una enzima o bien impiden completamente su actuación.

Constante de Michaelis

Es la concentración del sustrato a la cual la velocidad de reacción es la mitad de la velocidad máxima. Depende del grado de afinidad que hay entre la enzima y el sustrato.

Clasificación de las Enzimas

• Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de oxidación o reducción del sustrato. Las más importantes son las oxidasas y las deshidrogenasas.
• Transferasas: Transfieren radicales de un sustrato a otro sin que en ningún momento estos radicales queden libres.
• Hidrolasas: Rompen enlaces con la adición de una molécula de agua que se escinde y aporta un OH a una parte y un H a la otra.
• Liasas: Separan grupos sin intervención de agua y originan enlaces dobles o añaden CO₂.
• Isomerasas: Catalizan reacciones de cambio de posición de algún grupo, de una parte a otra de la misma molécula.
• Ligasas o Sintetasas: Catalizan la unión de moléculas o grupos, con la energía proporcionada por la desfosforilación del ATP.

Fotosíntesis: Conversión de Energía Lumínica en Química

La fotosíntesis es el proceso de conversión de la energía luminosa procedente del sol en energía química, que queda almacenada en moléculas orgánicas. Es posible gracias a unas moléculas especiales, los pigmentos fotosintéticos, que son capaces de captar la energía luminosa y utilizarla para activar algunos de sus electrones y transferirlos a otros átomos, dando inicio a una serie de reacciones químicas que constituyen la fotosíntesis.

Tipos de fotosíntesis:

• Fotooxigénica: Los electrones se obtienen de una molécula de agua.
• Bacteriana: Se descomponen moléculas de H₂S.

Fase Luminosa

Ocurre en los tilacoides. En esta fase se capta la energía luminosa y se generan ATP y nucleótidos reducidos.

• Acíclica: Ocurre la fotólisis del agua, la fotofosforilación del ADP y la fotorreducción del NADP.
• Cíclica: Ocurre la fotofosforilación del ADP.

Fase Oscura

Tiene lugar en el estroma de los cloroplastos. En esta fase se usa el ATP y los nucleótidos reducidos que se han obtenido en la fase luminosa para sintetizar moléculas orgánicas. En la fotosíntesis de los compuestos de carbono, se obtienen hidratos de carbono a partir del CO₂ atmosférico. La ecuación global de la fotosíntesis de glucosa es:

6CO₂ + 12H₂O + energía luminosa –> C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

Factores que Influyen en la Fotosíntesis

• Intensidad luminosa: A mayor intensidad, mayor es el rendimiento de la fotosíntesis, hasta superar ciertos límites, en los que se produce la fotooxidación irreversible de los pigmentos fotosintéticos.
• Temperatura: La eficacia del proceso aumenta con la temperatura debido a la mayor movilidad de las moléculas en la fase oscura, hasta llegar a una temperatura en la que se inicia la desnaturalización de las enzimas y el rendimiento disminuye.
• Concentración de CO₂: El rendimiento del proceso fotosintético aumenta en relación directa con la concentración de CO₂ en el aire, hasta llegar a un cierto valor a partir del cual el rendimiento se estabiliza.
• Concentración de O₂: Cuando aumenta la concentración de O₂, disminuye el rendimiento de la fotosíntesis. Se produce el proceso de fotorrespiración. La enzima Rubisco es una enzima reversible que cataliza la oxidación de la ribulosa 1,5-difosfato. En este proceso se libera CO₂ y se consume ATP.

Operón: Regulación de la Síntesis Proteica

En 1961, Jacob y Monod propusieron un modelo llamado operón para explicar el control de la biosíntesis proteica. En él se diferencian dos tipos de genes:

• Estructurales: Son los que codifican para proteínas estructurales y enzimáticas.
• Reguladores: Son los que codifican para proteínas llamadas represores que controlan los genes estructurales.