Enzimas: Fundamentos Bioquímicos y Regulación de la Actividad Catalítica

Las Enzimas: Concepto, Estructura y Regulación

1. Concepto y Estructura de las Enzimas

Las enzimas son **moléculas de naturaleza proteica** especializadas en la **catálisis de reacciones biológicas**. Son, por tanto, **biocatalizadores**. La mayoría son solubles en agua. Según su composición, se clasifican en dos tipos:

• Holoproteínas

  Moléculas constituidas exclusivamente por una **secuencia de aminoácidos**.

• Heteroproteínas

  Formadas por dos componentes: uno de naturaleza proteica, llamado **apoenzima**, y otro no proteico, denominado **cofactor**. La apoenzima contiene el **sitio catalítico**, que es el responsable directo de la actividad enzimática y puede incluir residuos de aminoácidos esenciales y no esenciales para la unión y catálisis.

El conjunto (apoenzima + cofactor), catalíticamente activo, se denomina **holoenzima**.

2. Funciones de los Cofactores y Coenzimas

Los cofactores y coenzimas desempeñan roles cruciales en la actividad enzimática, incluyendo:

• Colaborar en el **acoplamiento del sustrato** al **centro activo** de la apoenzima.
• Servir como sitio adicional de **fijación del sustrato**.
• Participar directamente en el **mecanismo catalítico**, actuando de forma análoga a los **aminoácidos catalíticos** del **centro activo** de la apoenzima.

3. Factores que Contribuyen a la Actividad Catalítica de las Enzimas

Diversos factores intrínsecos a la enzima y su interacción con el sustrato contribuyen a su eficiencia catalítica:

• Proximidad y Orientación del Sustrato

  Las enzimas facilitan la reacción al acercar y orientar adecuadamente el **sustrato** en el **centro activo**, aumentando la probabilidad de interacción.

• Catálisis Ácido-Base

  Al proporcionar grupos funcionales capaces de actuar como dadores o aceptores de protones, la enzima puede efectuar una **catálisis general ácida o básica**. La catálisis ácido-base específica es la debida al incremento o disminución del pH. En la catálisis ácido-base general, el catalizador actúa como aceptor o dador de protones. Este tipo de catálisis proporciona un medio para efectuar reacciones químicas a **pH neutro** (donde las concentraciones de H⁺ y de OH^- son muy bajas) que de otro modo necesitarían concentraciones muy elevadas de esos iones.

• Tensión o Distorsión del Sustrato

  La enzima puede inducir una **tensión** o **distorsión conformacional** en el sustrato, facilitando la ruptura o formación de enlaces y, por ende, la reacción.

4. Factores que Modifican la Actividad Enzimática

La actividad de las enzimas puede ser influenciada por diversos factores externos e internos:

• Efectos del pH sobre la Actividad Enzimática

  La mayoría de las enzimas tienen un **pH óptimo** característico al cual su actividad es máxima; por encima o por debajo de ese pH, la actividad disminuye drásticamente debido a cambios en la ionización de los grupos funcionales de la enzima.

• Efecto de la Temperatura sobre las Reacciones Enzimáticas

  Cada enzima posee una **temperatura óptima** a la cual su actividad es máxima. Temperaturas muy bajas reducen la actividad, mientras que temperaturas excesivamente altas pueden causar la **desnaturalización** de la enzima, perdiendo su estructura tridimensional y, por ende, su función catalítica.

• Inhibición de Enzimas

  La **inhibición de enzimas** por metabolitos específicos constituye un elemento importante en la **regulación del metabolismo intermediario**. Los tres tipos principales de **inhibición reversible** de las enzimas son: competitiva, acompetitiva y no competitiva.

• Enzimas Reguladoras

  Son aquellas que desarrollan su actividad en reacciones "estratégicas" del metabolismo, controlando puntos clave de las rutas metabólicas. Pueden ser de 2 tipos:

  • Enzimas alostéricas: cuya actividad catalítica es modulada por la **unión no-covalente** de un metabolito específico a un centro de la proteína distinto del **centro catalítico** (sitio alostérico).
  • Enzimas moduladas covalentemente: cuya actividad se altera por la adición o eliminación covalente de grupos químicos (ej. fosforilación).

• Cooperatividad

  Fenómeno observado en algunas enzimas multisubunitarias donde la unión de un sustrato a un sitio activo afecta la afinidad de otros sitios activos por el mismo sustrato, resultando en una curva de saturación sigmoidea.