Bioquímica Enzimática: Mecanismos de Acción, Cinética y Regulación Molecular

Mecanismo de Acción Enzimática

La acción catalizadora de las enzimas consiste en reducir la energía de activación para llegar fácilmente al estado de transición y permitir que la reacción se lleve a cabo. Este proceso se desarrolla en varias etapas:

1. Unión del Sustrato: El sustrato se une a la apoenzima formando el complejo enzima-sustrato. Es importante destacar que para cada tipo de sustrato y de reacción se necesita una enzima concreta (alta especificidad).
2. Formación del Centro Activo: La enzima presenta una zona denominada centro activo. Solo es posible la unión si los salientes y entrantes de la enzima y el sustrato encajan exactamente (modelo de la «llave y cerradura» o «ajuste inducido»), por lo que cualquier cambio que se produzca en la forma de la enzima impedirá su acoplamiento.
3. Catálisis y Obtención del Producto: Una vez formado el complejo enzima-sustrato, el cofactor lleva a cabo la reacción y se obtiene el producto final (P). Esta etapa es muy rápida e irreversible. En el caso de que no existan cofactores, la acción catalítica la realizan algunos aminoácidos del propio centro activo.
4. Liberación: El producto se libera del centro activo y la apoenzima queda libre para volver a unirse a nuevas moléculas de sustrato.

Factores que Modifican la Velocidad Enzimática

La velocidad a la que una enzima cataliza una reacción puede ser modificada por diversos factores:

• Concentración de Sustrato: A mayor concentración de sustrato, mayor velocidad de reacción, hasta alcanzar un punto de saturación.
• Concentración de Enzimas: A mayor cantidad de enzimas disponibles, mayor velocidad se alcanza en la reacción.
• Temperatura: A mayor temperatura, las reacciones ocurren más rápido, aunque se corre el riesgo de que la enzima se desnaturalice (pérdida de su estructura tridimensional y, por ende, de su función).
• pH: Similar a la temperatura, las enzimas tienen un pH óptimo de funcionamiento. Variaciones extremas pueden causar desnaturalización.

Inhibidores Enzimáticos

Los inhibidores son moléculas que disminuyen o anulan la actividad enzimática. Se clasifican en:

Inhibidores Irreversibles

Se unen de manera irreversible con el grupo R de algún aminoácido de la enzima, formando un complejo enzima-inhibidor (EI) estable, inactivando permanentemente la enzima.

Inhibidores Reversibles

Reaccionan con la enzima, pero pueden separarse para formar la enzima libre más el inhibidor. Mientras el inhibidor (I) permanezca unido a la enzima (E), esta es inactiva puesto que no puede unirse al sustrato. Los inhibidores reversibles se dividen en dos subgrupos:

• Inhibidores Reversibles Competitivos: Son químicamente muy parecidos al sustrato, de tal manera que pueden ocupar el sitio activo de la enzima, pero esta no los transforma. Compiten directamente con el sustrato.
• Inhibidores Reversibles No Competitivos: Se unen a la enzima en un sitio específico diferente al centro activo. No compiten con el sustrato para ocupar el sitio activo, sino que modifican la conformación de la enzima.

Mecanismos Regulatorios de las Enzimas

La actividad enzimática está finamente regulada para adaptarse a las necesidades metabólicas de la célula:

• Inhibición por Producto Final: Ocurre cuando la estructura del producto es muy similar a la del sustrato. Si hay mucha cantidad de producto y poco sustrato, el producto puede actuar como inhibidor, deteniendo la vía metabólica.
• Regulación Alostérica: La enzima es regulada por efectores alostéricos que se unen a un sitio diferente al centro activo. Estos efectores pueden aumentar la actividad enzimática (efectores positivos) o disminuirla (efectores negativos).

Clasificación de las Enzimas según la Reacción que Catalizan

Las enzimas se clasifican en seis grandes grupos según el tipo de reacción que catalizan (Clasificación IUBMB):

• Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de óxido-reducción (transferencia de electrones o hidrógenos).
• Transferasas: Catalizan la transferencia de un grupo funcional de una sustancia a otra.
• Hidrolasas: Catalizan reacciones de hidrólisis (ruptura de enlaces mediante la adición de agua).
• Liasas: Catalizan las reacciones de adición a dobles enlaces o la eliminación para producir dobles enlaces.
• Isomerasas: Catalizan las reacciones en las cuales un isómero se transforma en otro.
• Ligasas: Catalizan la unión de moléculas, generalmente acoplada a la hidrólisis de ATP.