Enzimas: Propiedades, Cinética y Regulación de su Actividad

Definición

Las enzimas son biomoléculas que modifican las velocidades de las reacciones químicas, pero no los equilibrios termodinámicos. La actividad catalítica depende de la integridad de la conformación de la proteína.

Estructura

• Apoenzima: Parte proteica.
• Cofactor: Parte no proteica.
  • Coenzimas: De naturaleza orgánica.
    • Grupo prostético.
    • Cosustrato.
  • Iones metálicos.

Actividad enzimática

Enzima + Sustrato → Enzima-sustrato → Producto + Enzima.

Las enzimas se caracterizan porque tienen una elevada especificidad respecto a su sustrato. Depende del pH, la temperatura, la concentración del enzima y del sustrato.

Cinética enzimática

Para reacciones irreversibles de un solo sustrato se cumple la cinética de Michaelis-Menten.

• V_MÁX: Es la velocidad máxima de la reacción enzima-sustrato. Cuando se alcanza esta velocidad significa que el enzima está saturado.
• K_M: Es la concentración de sustrato para la que se alcanza la mitad de la velocidad máxima en la reacción enzima-sustrato.
• Unidad de actividad enzimática: K_cat (t^-1) es el número de moléculas de sustrato convertidas en producto por unidad de tiempo por una sola molécula de enzima cuando este está saturado por el sustrato.

Factores que influyen sobre la actividad enzimática

Efecto del pH

Para la mayoría de los enzimas existe un pH para el cual la actividad es máxima. La forma de la curva actividad-pH varía con la concentración de sustrato.

Efecto de la temperatura

La velocidad de la reacción enzimática aumenta conforme aumenta la temperatura, dentro del intervalo en que el enzima es estable y permanece activo. La velocidad de las reacciones enzimáticas se duplica generalmente tras un aumento de temperatura de 10 ºC. Tras alcanzar la temperatura máxima, la velocidad del enzima se desnaturaliza y la velocidad desciende.

Inhibición enzimática

Es la pérdida o disminución de la actividad de un enzima por acción de un agente externo (inhibidor).

• Inhibición irreversible: Tras la representación doble recíproca es aparentemente igual a la reversible no competitiva.
• Inhibición competitiva: El inhibidor se combina con el enzima libre de tal modo que compite con el sustrato para unirse al centro activo. Se forma un complejo enzima-inhibidor análogo al complejo enzima-sustrato. E + I ⇄ EI. Al aumentar la concentración de sustrato (S), el sustrato desplaza al inhibidor del sitio activo del enzima. En la inhibición competitiva la K_M aumenta mientras la V_MÁX permanece constante.
• Inhibición no competitiva: Un inhibidor no competitivo puede combinarse con el enzima libre o bien con el complejo enzima-sustrato interfiriendo con la acción de ambos. Se unen a un centro del enzima distinto al centro activo del sustrato. Su efecto inhibidor no se anula, por tanto, al aumentar la concentración de sustrato (S). En la inhibición no competitiva la K_M permanece constante mientras la V_MÁX disminuye.
• Inhibición acompetitiva: El inhibidor no se combina con el enzima libre, sino con el complejo enzima-sustrato, inactivándolo. En esta, la K_M disminuye mientras la V_MÁX disminuye.
• Inhibición mixta: Combinación de la competitiva y no competitiva. En la mixta, la K_M aumenta mientras la V_MÁX disminuye.
• Inhibición irreversible: Cuando el inhibidor se une covalentemente al enzima, modificando de forma permanente algún grupo funcional necesario para la catálisis. Este tipo de inhibición no puede ser tratada con los modelos de Michaelis-Menten.

Regulación de la actividad enzimática

1. Enzimas reguladores al comienzo y en las ramificaciones de la vía metabólica.
2. Isoenzimas: Poseen distintas K_M, son proteínas diferentes que catalizan la misma reacción.
3. Compartimentalización: Los enzimas están solo en un lugar determinado donde van a ejercer su acción.
4. Velocidad de síntesis del enzima.
5. Hormonal.
6. Zimógenos: Son pro-enzimas inactivos que se activan por la acción de otra sustancia.
7. Modificación covalente: Por fosforilación, aunque existen otros mecanismos, como uridilación, adenilación, etc.