Enzimas: reactores naturales

Conoce el mecanismo mediante el cual pueden llevarse a cabo las reacciones metabólicas con máxima eficiencia dentro de las células.

Las células deben estar dotadas de una “maquinaria celular” efectiva que les permita sustentar los procesos metabólicos mediante los cuales se gasta energía. Esta maquinaria celular está dada fundamentalmente por la existencia de moléculas al interior de las células que aumentan la eficiencia del metabolismo, en el sentido de que acortan considerablemente los tiempos de reacción y producen gran cantidad de producto en comparación a si estas no participaran. Estas moléculas son llamadas de manera general enzimas. Hasta mitad del siglo XX se pensaba que todas las enzimas poseían un origen proteico, sin embargo se han descubierto enzimas que no son proteínas, sino que están formadas por otro tipo de biomoléculas, tales como las ribozimas, que están formadas del ácido nucleico llamado ácido ribonucleico (ARN). En general, las enzimas reconocerán una molécula específica (sustrato), la cual transformarán en un producto determinado dentro de un tiempo considerablemente corto, comparado a que no participaran de la reacción. De manera general, las enzimas poseen las siguientes propiedades:

• Especificidad: cada enzima reconoce a un sustrato, o a un grupo de sustratos asociados, y no es capaz de reconocer a cualquier molécula que se encuentre dentro de la célula.
• Eficiencia: las enzimas poseen gran poder catalítico, es decir, son capaces de transformar los sustratos en productos en tiempos muy acotados.
• Requieren condiciones: las enzimas pueden ver aumentada y/o disminuida su especificidad y eficiencia dependiendo del grado de acidez (pH) de la célula, o de la temperatura celular, es decir, poseen valores de pH y temperatura óptimos a los cuales realizan su trabajo.
• No se degradan en la reacción: las enzimas no se gastan mientras participan de la transformación del sustrato en productos.
• Sus nombres terminan en –asa: gran mayoría de las enzimas llevan el nombre del sustrato sobre el que operan y son finalizadas con el sufijo “–asa”, aunque no es regla general.

Mecanismo de acción enzimática

Para que una enzima se active y sea capaz de reconocer un sustrato y mediar la transformación de este en producto, requiere de cierta energía de activación que le permita realizar estas tareas. La energía de activación que requiere cada enzima es variable y procede desde el metabolismo celular, de acuerdo a los estudios que existen en función de cómo ocurre el reconocimiento del sustrato por las enzimas, los científicos han propuesto 2 modelos teóricos de acción enzimática:

• Modelo de llave-cerradura: este modelo plantea que cada enzima posee una estructura molecular complementaria a la de su sustrato, actuando como moldes complementarios. Fue el primer modelo propuesto y que se mantuvo unánime por mucho tiempo, sin embargo se ha descubierto que muy pocas enzimas poseen este mecanismo de manera estricta.
• Modelo de ajuste inducido: este modelo plantea que la complementación enzima-sustrato se da en función del contexto, es decir, las enzimas tendrían la capacidad de modificar sus puntos de unión al sustrato cuando lo detectan, disminuyendo su especificidad pero aumentando la capacidad de reconocimiento de biomoléculas por parte de pocas enzimas. Se ha evidenciado que muchas enzimas operan de esta manera en células vivas.

Algunas enzimas son capaces de reconocer sustratos de manera automática, independiente si poseen mecanismos de llave-cerradura o de ajuste inducido, sin embargo otras pueden requerir de la unión de otras moléculas para su activación, o para regular su eficiencia, ya sea para aumentar y/o disminuir, inclusive cesar su actividad. Estas enzimas son conocidas como enzimas reguladas o alostéricas, y poseen un sitio alostérico al cual se unen estas moléculas reguladoras. Cada enzima, dependiendo de sus propiedades, poseerá un valor óptimo de conversión de sustrato en producto, el cual es un valor constante para cada enzima llamado constante micaeliana.

Factores que afectan la eficiencia enzimática.

• Temperatura: por lo general, las enzimas ven aumentada su eficiencia de manera directa al aumento de la temperatura, hasta alcanzar una velocidad óptima de conversión sustrato-producto. Cuando este valor óptimo se sobrepasa, la eficiencia enzimática cae rápidamente ya que estas se denaturan (es decir, se degradan).
• Concentración: mientras más grande sea la concentración del sustrato y en la medida que se mantenga una cantidad constante de enzima, esta verá aumentada su velocidad de reacción también hasta lograr un óptimo, el cual si es sobrepasado, se mantiene (se satura).
• pH: dependiendo del tipo de enzima, algunas de ellas requieren pH muy ácidos (valores cercanos a 1) o muy básicos (valores sobre 8), en tanto que otras requieren de pH cercanos a la neutralidad (7 aproximadamente). En general las enzimas son muy sensibles a las variaciones de pH.