Enzimas, Vitaminas y Catabolismo: Claves del Metabolismo Energético

Enzimas: Biocatalizadores Esenciales

Las enzimas son biocatalizadores fundamentales para la vida. Con la excepción de las ribozimas, todas las enzimas son proteínas globulares.

En cada cadena de polipéptidos de una enzima se distinguen tres tipos de aminoácidos:

• Estructurales: No establecen enlaces químicos directamente relacionados con la catálisis.
• De fijación: Establecen enlaces con el sustrato.
• Catalizadores: Participan directamente en la reacción química.

Características de las Enzimas como Catalizadores

Las enzimas cumplen las dos características propias de los catalizadores:

• Aceleran significativamente la velocidad de la reacción química.
• No se consumen durante la reacción, pudiendo actuar repetidamente.

Diferencias con Catalizadores No Biológicos

Las enzimas se diferencian de otros catalizadores por:

• Alta especificidad: Cada enzima actúa sobre un sustrato o un grupo reducido de sustratos específicos.
• Actúan a la temperatura del ser vivo: Funcionan óptimamente en las condiciones fisiológicas del organismo.
• Alta actividad: Son extremadamente eficientes, acelerando reacciones millones de veces.
• Masa molecular elevada: Son macromoléculas complejas.

Activación Enzimática: Zimógenos

Algunas enzimas no son activas inmediatamente después de su síntesis. Requieren la acción de otras enzimas o iones para activarse. Estas formas inactivas se denominan zimógenos o proenzimas.

Coenzimas: Ayudantes Moleculares

Muchas enzimas requieren componentes adicionales para funcionar. Estas enzimas completas se denominan holoenzimas y están formadas por:

• Una parte proteica: Apoenzima.
• Una parte no proteica: Cofactor. Si el cofactor es una molécula orgánica, se denomina coenzima.

Las coenzimas actúan frecuentemente como transportadores de grupos químicos (átomos, electrones, etc.). En consecuencia, se modifican durante la reacción al aceptar o ceder estos grupos.

Tipos de Coenzimas

Se pueden distinguir dos tipos principales en función de los elementos que transportan:

• Coenzimas de oxidación-reducción (redox): Transportan protones (H+) y electrones (e-). Ejemplos: NAD+, FAD.
• Coenzimas de transferencia: Transportan radicales o grupos químicos específicos. Ejemplo: Coenzima A (transporta grupos acilo).

Vitaminas: Precursores Esenciales

Muchas vitaminas actúan como coenzimas o son imprescindibles para su síntesis. Son moléculas orgánicas necesarias en pequeñas cantidades para el metabolismo.

Según su solubilidad en agua, se clasifican en dos grupos:

Vitaminas Liposolubles

Son de naturaleza lipídica, solubles en disolventes orgánicos y generalmente no actúan directamente como cofactores, aunque son esenciales.

• Vitamina A (Retinol): Protege los epitelios, esencial para la visión.
• Vitamina D (Calciferol): Regula la absorción del calcio y el fósforo.
• Vitamina E (Tocoferol): Actúa como antioxidante, protegiendo los lípidos de la oxidación (por ejemplo, los enlaces dobles de ácidos grasos insaturados).
• Vitamina K (Filoquinona): Esencial para la coagulación sanguínea.

Vitaminas Hidrosolubles

Son solubles en agua y, por tanto, se difunden muy bien por la sangre. Muchas actúan como coenzimas o precursoras de ellas.

• Vitaminas del complejo B: Incluye varias vitaminas (B1, B2, B3, B5, B6, B7, B9, B12) que actúan en numerosas vías metabólicas (metabolismo energético, síntesis de aminoácidos, formación de glóbulos rojos, etc.).
• Vitamina C (Ácido ascórbico): Interviene en la síntesis del colágeno, actúa como antioxidante y mejora la absorción del hierro.

Catabolismo: Fase Degradativa del Metabolismo

El catabolismo es la fase degradativa del metabolismo en la cual moléculas complejas se rompen en otras más sencillas, liberando energía.

Producción de Energía en el Catabolismo

Las reacciones catabólicas liberan energía porque las sustancias iniciales tienen una energía libre (G) mayor que la de las moléculas resultantes. Esta energía liberada se utiliza para sintetizar ATP (adenosín trifosfato), la moneda energética celular.

Reacciones de Óxido-Reducción (Redox)

Las reacciones catabólicas son fundamentalmente reacciones de transferencia de electrones (óxido-reducción).

• La sustancia que pierde electrones se oxida.
• La sustancia que gana electrones se reduce.
• El agente oxidante es la sustancia que provoca la oxidación (y al hacerlo, se reduce).
• El agente reductor es la sustancia que provoca la reducción (y al hacerlo, se oxida).

Liberación Gradual de Energía en el Catabolismo

En el catabolismo, la energía contenida en las moléculas orgánicas no se libera de golpe, sino de forma gradual y controlada, principalmente en forma de energía química (ATP). La producción gradual de energía química en el catabolismo respiratorio es posible por las siguientes características:

• Reacciones sucesivas: Las rutas metabólicas constan de múltiples pasos enzimáticos.
• Transporte de hidrógenos: Los electrones (a menudo acompañados de protones, H+) se transfieren a coenzimas transportadoras (como NAD+ y FAD).
• Cadena transportadora de electrones: Los electrones son transferidos a través de una serie de transportadores, liberando energía en cada paso, que se utiliza para sintetizar ATP (fosforilación oxidativa).

Tipos de Catabolismo

Según el aceptor final de electrones y la participación de la cadena transportadora de electrones:

• Respiración: Interviene la cadena transportadora de electrones. El aceptor final es una sustancia inorgánica.
  • Respiración aerobia: El agente oxidante (aceptor final de electrones) es el oxígeno molecular (O2). Es la forma más eficiente de obtener energía.
  • Respiración anaerobia: El agente oxidante (aceptor final de electrones) es una sustancia inorgánica distinta del oxígeno (ej., ion nitrato NO3-, ion sulfato SO4^2-). Propia de algunos microorganismos.
• Fermentación: No interviene la cadena transportadora de electrones. El aceptor final de electrones es una molécula orgánica. La oxidación del sustrato es incompleta y se genera menos ATP que en la respiración.