Fundamentos de la Catálisis Biológica: Estructura, Función y Clasificación de Enzimas y Vitaminas

Las Enzimas: Biocatalizadores Proteicos

Las enzimas son moléculas proteicas que desempeñan un papel crucial como biocatalizadores específicos. Un catalizador es una sustancia que incrementa la velocidad de una reacción química sin consumirse en el proceso.

• Son proteínas globulares, lo que las hace solubles en agua.
• Son sintetizadas por el propio organismo.
• Una reacción enzimática implica la transformación de sustancias iniciales (el Sustrato) en sustancias finales (el Producto).

Función Enzimática y Energía de Activación

Para que una reacción química se lleve a cabo, el sustrato necesita alcanzar un estado intermedio conocido como el complejo activado. Este proceso requiere una cantidad específica de energía, denominada Energía de Activación.

• Las enzimas actúan disminuyendo drásticamente la Energía de Activación requerida, lo que permite que la reacción se desarrolle de manera eficiente y rápida, economizando energía celular.
• Las enzimas suelen actuar en el mismo lugar del ser vivo donde son sintetizadas.

Clasificación de las Enzimas según su Composición Molecular

Según su estructura, las enzimas pueden clasificarse en:

• Enzimas estrictamente proteicas: Compuestas únicamente por aminoácidos.
• Enzimas no estrictamente proteicas (Holoenzimas): Tienen en su composición otras moléculas no proteicas, como cofactores o coenzimas.

Las Vitaminas

Las vitaminas son compuestos orgánicos esenciales que el organismo no puede sintetizar por sí mismo (o lo hace en cantidades insuficientes) y deben obtenerse a través de la dieta. Su función principal en el metabolismo es actuar como coenzimas.

• Se alteran fácilmente ante factores externos como la temperatura, la luz, el pH o el oxígeno.
• Se obtienen a través de los alimentos (nutrientes esenciales).
• A veces se ingieren como provitaminas, las cuales se transforman en vitaminas activas dentro del organismo.

Clasificación de las Vitaminas

• Liposolubles: De naturaleza lipídica, son insolubles en agua y tienden a acumularse en el tejido adiposo (graso).
• Hidrosolubles: Solubles en agua, generalmente no se acumulan en el tejido adiposo y deben reponerse regularmente.

Propiedades Fundamentales de las Enzimas

Las propiedades de las enzimas derivan directamente de su naturaleza proteica tridimensional:

1. La Desnaturalización: Es la pérdida de su estructura espacial (conformación) al exponerse a determinadas condiciones (cambios extremos de temperatura o pH), lo que conlleva la consiguiente pérdida de funcionalidad catalítica.
2. La Especificidad: Dada por su estructura sofisticada, la enzima adopta configuraciones espaciales únicas adaptadas a un sustrato o grupo de sustratos en concreto. Esta especificidad es clave para la regulación metabólica.

Es importante recordar que, por ser catalizadores, las enzimas no se consumen a lo largo de la reacción, aunque sí pueden alterarse y destruirse con el tiempo debido al desgaste metabólico.

Mecanismo de las Reacciones Enzimáticas

La transformación de un sustrato (S) en un producto (P) requiere que el sustrato alcance la Energía de Activación necesaria para romper sus enlaces iniciales y formar nuevos enlaces. Una vez que el sustrato ha absorbido esta energía, se encuentra en un estado intermedio altamente inestable, conocido como Estado de Transición, antes de convertirse en el producto final.

Modelos de Actuación Enzimática

El mecanismo de unión entre la enzima y el sustrato se explica mediante modelos:

• Modelo de “Llave-Cerradura”: Propone que la unión entre la enzima y el sustrato es altamente complementaria y rígida, similar a cómo una llave encaja perfectamente en una cerradura. La forma del sitio activo de la enzima coincide exactamente con la forma del sustrato.