Regulación Enzimática: Mecanismos, Efectores y Diagnóstico Clínico

La regulación de la velocidad de reacción de las enzimas es un aspecto esencial para que el organismo pueda coordinar sus numerosos procesos metabólicos. Las velocidades de la acción de la mayor parte de las enzimas reaccionan a los cambios de la concentración de los sustratos, porque la concentración intracelular de muchos de ellos se encuentra dentro de los límites de Km. De esta manera, el aumento en la concentración de sustrato incrementa de inmediato la velocidad de la reacción, que tiende a hacer volver a esta concentración hacia sus límites normales.

Algunas enzimas con funciones reguladoras especializadas reaccionan a los efectores alostéricos o a la modificación covalente, o manifiestan velocidades alteradas de síntesis de enzimas cuando cambian las condiciones fisiológicas.

Sitios Alostéricos

Las enzimas alostéricas se encuentran reguladas por moléculas que se denominan efectores (y también modificadores) que se fijan de manera no covalente en un sitio distinto al activo. Estas enzimas están compuestas por subunidades múltiples, y el sitio regulador que se enlaza con el efector puede estar localizado en una subunidad que en sí misma no es catalítica.

La presencia de un efector alostérico puede alterar la afinidad de la enzima por su sustrato, modificar la actividad catalítica máxima de la enzima, o hacer ambas cosas. Los efectores que inhiben la actividad enzimática se denominan efectores negativos, en tanto que los que incrementan la actividad enzimática se llaman efectores positivos. Las enzimas alostéricas suelen contener subunidades múltiples y a menudo catalizan la etapa programada al principio de una vía de reacción.

Efectores Homotrópicos

Cuando el propio sustrato funciona como efector se dice que el efecto es homotrópico. Más a menudo un sustrato alostérico funciona como efector positivo. En este caso, la presencia de una molécula del sustrato en un sitio sobre la enzima incrementa las propiedades catalíticas de los otros sitios de fijación del sustrato, es decir, los sitios en los que se fijan manifiestan cooperatividad.

Estas enzimas producen una curva sigmoidea cuando se proyecta la velocidad de reacción (vo) contra la concentración del sustrato [S], en contraste con la curva hiperbólica característica de las enzimas que siguen la cinética de Michaelis-Menten. Los efectores positivos y negativos de las enzimas alostéricas pueden afectar a la Vmáx, a la Km o a ambas.

Efectores Heterotrópicos

El efector puede ser diferente del sustrato, caso en el que se dice que el efecto es heterotrópico. La enzima que convierte a A en B, tiene un sitio alostérico que fija al producto final, E. Si la concentración de E aumenta, se inhibe la enzima inicial de la vía de reacción. La inhibición de retroalimentación provee a la célula con un producto que necesita al regular el flujo de moléculas de sustrato por la vía que sintetiza a ese producto.

Enzimas con Valor de Diagnóstico

Las enzimas plasmáticas se pueden clasificar en dos grupos principales. En primer lugar se encuentra un grupo relativamente pequeño de enzimas que secretan activamente hacia la sangre ciertos tipos de células, por ejemplo, las células hepáticas secretan zimógenos (precursores inactivos) de las enzimas que participan en la coagulación de la sangre. El segundo grupo está constituido por gran número de especies enzimáticas que descargan las células durante su recambio normal. Estas enzimas funcionan casi siempre dentro de la célula y carecen de utilidad fisiológica en el plasma. En los individuos sanos las concentraciones de estas enzimas son bastante constantes, y representan un estado sostenido en el que la tasa de descarga desde las células lesionadas hacia el plasma se encuentra equilibrada por una tasa igual de remoción de la enzima proteínica desde el plasma. La presencia de actividad enzimática elevada en el plasma puede indicar lesión tisular que se acompaña de aumento de la descarga de enzimas intracelulares.

Muchas enfermedades que producen lesión tisular tienen como consecuencia aumento de la descarga de enzimas extracelulares hacia el plasma. Las actividades de muchas de estas enzimas se identifican de manera sistemática con finalidades diagnósticas en las enfermedades de corazón, hígado, músculo esquelético y otros tejidos. La magnitud de la actividad de una enzima específica en el plasma suele guardar correlación con la extensión de la lesión tisular. De este modo, a menudo es útil determinar el grado de elevación de la actividad de una enzima en particular en el plasma para valorar el pronóstico del paciente.

Algunas enzimas manifiestan actividad relativamente elevada nada más en uno o unos cuantos tejidos. La presencia de concentraciones incrementadas de estas enzimas en el plasma refleja, en consecuencia, lesión del tejido correspondiente, por ejemplo, la enzima aminotransferasa de la alanina abunda en el hígado. La aparición de concentraciones elevadas de esta enzima en el plasma indica posible lesión del tejido hepático. Los aumentos de las concentraciones plasmáticas de enzimas que tienen gran distribución tisular son indicaciones menos específicas del sitio en que se encuentran las células dañadas.

La mayor parte de las isoenzimas (llamadas también isozimas) son enzimas que catalizan la misma reacción. Sin embargo, no tienen necesariamente las mismas propiedades físicas a causa de las diferencias de la secuencia de aminoácidos producida de manera genética. Por este motivo, las isoenzimas pueden contener números diferentes de aminoácidos cargados y, por este motivo, separarse entre sí mediante electroforesis. Diferentes órganos contienen a menudo proporciones características de isoenzimas distintas. El patrón de isoenzimas que se encuentra en el plasma puede servir, por este motivo, como medio para identificar el sitio de la lesión tisular. Por ejemplo, las concentraciones plasmáticas de cinasa de la creatina (CK) y de deshidrogenasa del lactato (LDH) se miden con frecuencia para hacer el diagnóstico de infarto del miocardio. Tienen utilidad particular cuando es difícil interpretar el electrocardiograma, como en los casos en que han ocurrido crisis previas de enfermedades del corazón.