La enzimología Indice 1. Introducción 2. Evolucion de la enzimologia

La enzimología
Indice
1. Introducción
2. Evolucion de la enzimologia
3. Las enzimas
4. Importancia biomedica de las enzimas
5. Caracteristicas de las enzimas
6. La estructura enzimática
7. Naturaleza química de las enzimas
8. Composición química de las enzimas
9. Nomenclatura y clasificacion de las enzimas
10.Partes del sistema enzimatico
11. Coenzima y grupos prostéticos
12. Activadores
13. Las enzimas son catalizadores estereoespecíficos
14. Especificidad enzimática
15. Preparación y purificación de las enzimas
16. Isoenzimas
17. Cinetica de las reacciones enzimaticas
18. Relaciones entre la enzima y el sustrato.
19. Accion de inhibidores.
20. Inhibicion por competencia
21. Inhibicion por no competencia
22. Antagonismo metaboloco (antimetabolitos)
23. Inhibicion alosterica
24. Enzimas: regulacion de actividades
25. Bibliografia
1. Introducción
Al igual que las disciplinas experimentales que han surgido como rama común que es la biología, tiene una
historia propia construida a través de observaciones, experiencias, pruebas y teorías. Se inició con el estudio
de los procesos de fermentación y de putrefacción y Antoine−Laurent Lavoiser (1743− 1794) fue el primero
en plantear sobre bases cuantitativas el proceso de la fermentación alcohólica al observar una relación entre
cantidad de azúcar presente y productos formados durante el proceso. Sostuvo que la fermentación podía ser
considerada como una reacción química cualquiera. No obstante Pasteur demostró pronto que los procesos de
putrefacción y fermentación eran provocados por la presencia de bacterias y levadura.
2. Evolucion de la enzimologia
Si bien algunos químicos consideraron esos procesos como metamorfosis de sustancias que provocaban
excitaciones en otras que estaban cerca de ellas, esta cuestión fue, como ya se ha dicho, definitivamente
resuelta por Buchner hacia finales del siglo XIX; exprimiendo masas celulares de Saccharomyces cerevisie
obtuvo un liquido sin células, capaz de producir la mismas reacciones químicas que se obtenían utilizando la
suspensión de células, es decir, la transformación del azúcar en alcohol y anhídrido carbónico. Por tanto, de la
levadura se podía extraer una sustancia capaz de regular un proceso químico concreto.
Esto obligo a replantear las investigaciones contrarias a la teoría de que el proceso digestivo fuese debido a la
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trituración de la s sustancias digeridas hasta el punto de reducirlas a partículas lo suficientemente finas para
poder ser asimiladas. En efecto, en el siglo XVIII R.A de Reaumur (1683− 1757) haciendo ingerir a un halcón
una cápsula de hierro agujereada, que contenía alimento, observó que este quedó completamente disuelto por
los jugos gástricos y que, por tanto, no era, molturado de modo mecánico por la robusta musculatura del
robusto animal, pues la cápsula quedo intacta.
Mas adelante se constato que el almidón era degradado a monosacárido y disacárido por la acción del jugo
salival (ptialina) y se describió la presencia de la pepsina en el jugo gástrico. Posteriormente, fueron aisladas
sustancias de carácter fermentativo a partir de numerosas especies vegetales. Se observo que el extracto de
algunas raíces tenían capacidad para modificar el color azul de determinadas sustancias y que el extracto de
trigo era capaz de transformar el almidón en disacáridos y dextrina.
La vía para el estudio de esas sustancias estaba ya abierta. Jons Jacob Berzelius (1779 − 1848) interpreto su
acción como si se tratase de unos catalizadores que favorecían determinada reacción química sin ser
destruidos y sin aparecer en los productos finales. Richard Kuhne (1900−1967) fue el primero en dar a tales
sustancias el nombre enzimas, tomado del griego, que significa literalmente "en la levadura".
3. Las enzimas
La Enzima Como Unidad Fundamental De Vida
Cada célula y cada tejido tienen su actividad propia, lo que comporta continuos cambios en su estado
bioquímico, en la base de la cual están las enzimas, que tienen el poder de catalizar, facilitar, y agilizar
determinados procesos sintéticos y analíticos. Los propios genes son reguladores de la producción de las
enzimas; por tanto, genes y enzimas pueden considerados como las unidades fundamentales de la vida.
Este concepto poco difundido casi hasta el siglo XX, se ha desarrollado y concretado cada vez mas, y
constituye un componente esencial de diversas disciplinas: la microbiología, la fisiología, la bioquímica, la
inmunología y la taxonomía, formando además parte del campo aplicado, en gran variedad de industrias. El
rasgo particular de las enzimas es que pueden catalizar procesos químicos a baja temperatura, compatible con
la propia vida, sin el empleo de sustancias lesivas para los tejidos. La vida es, en síntesis, una cadena de
procesos enzimáticos, desde aquellos que tienen por sustratos los materiales mas simples, como el agua (H2O)
y el anhídrido carbónico (CO2), presentes en los vegetales para la formación de hidratos de carbono, hasta los
mas complicados que utilizan sustratos muy complejos.
La formación de los prótidos, los glúcidos y los lípidos es un ejemplo típico: Son a la vez degradados y
reconstruidos por otras reacciones enzimáticas, produciendo energía a una velocidad adecuada para el
organismo, sin el gasto energético que exigen los métodos químicos de laboratorio.
4. Importancia biomedica de las enzimas
Sin enzimas, no sería posible la vida que conocemos. Igual que la biocatálisis que regula la velocidad a la cual
tienen lugar los procesos fisiológicos, las enzimas llevan a cabo funciones definitivos relacionadas con salud y
la enfermedad. En tanto que, en la salud todos los procesos fisiológicos ocurren de una manera ordenada y se
conserva la homeostasis, durante los estados patológicos, esta última puede ser perturbada de manera
profunda. Por ejemplo, el daño tisular grave que caracteriza a la cirrosis hepática pueden deteriorar de manera
notable la propiedad de las células para producir enzimas que catalizan procesos metabólicos claves como la
síntesis de urea. La incapacidad celular para convertir el amoniaco tóxico a urea no tóxica es seguida por
intoxicación con amoniaco y por ultimo coma hepático. Un conjunto de enfermedades genéticas raras, pero
con frecuencia debilitantes y a menudo mortales, proporciona otros ejemplos dramáticos de las drásticas
consecuencias fisiológicas que pueden seguir al deterioro de la actividad enzimática, inclusive de una sola
enzima.
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Después del daño tisular grave (por ejemplo, infarto del miocardio o pulmonar, trituración de un miembro) o
siguiendo a multiplicación celular descontrolada (por ejemplo, carcionoma prostatico), las enzimas propias de
tejidos específicos pasan a la sangre. Por lo tanto, la determinacion de estas enzimas intracelulares en el suero
sanguineo proporciona a los medicos informacion valiosa para el diagnostico y el pronostico.
5. Caracteristicas de las enzimas
Desde el punto de vista químico, las enzimas están formadas de carbono (C), Hidrógeno (H), oxigeno (O),
Nitrógeno (Ni), y Azufre (S) combinados, pero siempre con peso molecular bastante elevado y común
propiedades catálicas especificas. Su importancia es tal que puede considerarse la vida como un "orden
sistemático de enzimas funcionales". Cuando este orden y su sistema funcional son alterados de algún modo,
cada organismo sufre mas o menos gravemente y el trastorno puede ser motivado tanto por la falta de acción
como por un exceso de actividad de enzima.
Las enzimas son catalizadores de naturaleza proteínica que regulan la velocidad a la cual se realizan los
procesos fisiologicos, producidos por los organismos vivos. En consecuencia, las deficiencias en la funcion
enzimatica causan patologias.
Las enzimas, en los sistemas biológicos constituyen las bases de las complejas y variadas reacciones que
caracterizan los fenómenos vitales. La fijación de la energía solar y la síntesis de sustancias alimenticias
llevadas a cabo por los vegetales dependen de las enzimas presentes en las plantas. Los animales, a su vez,
están dotados de las enzimas que les permiten aprovechar los alimentos con fines energéticos o estructurales;
las funciones del metabolismo interno y de la vida de relación, como la locomoción, la excitabilidad, la
irritabilidad, la división celular, la reproducción, etc. Están regidas por la actividad de innumerables enzimas
responsables de que las reacciones se lleven a cabo en condiciones favorables para el individuo, sin
liberaciones bruscas de energía a temperaturas fijas en un medio de pH, concentración salina, etc.;
prácticamente constante.
A diferencia de un catalizador inorgánico que interviene en numerosas reacciones las enzimas producidas por
los organismos vivos habitualmente solo catalizan un tipo de reacción o solo una reacción determinada; la
especificidad de las enzimas es tan marcadas que en general actúan exclusivamente sobre sustancias que
tienen una configuración precisa; por ejemplo, si solo atacan a los aminoácidos que tienen su carbono ð ,
asimétrico, con estructura L−, no muestran la menor actividad sobre formas idénticas de dichos aminoácidos,
pero que sean del tipo D−.
En los sistemas biológicos se llevan a cabo diversas reacciones a partir de la misma sustancia; por ejemplo
algunos microorganismos convierten la glucosa en alcohol y bióxido de carbono, al paso que otros gérmenes
la convierten en ácido láctico o ácido pirúvico o acetaldehido. Esto quiere decir que la glucosa puede
descomponerse en distintos productos y aunque todas las posibilidades son teóricas y prácticamente posibles
la presencia de ciertas enzimas favorece uno de los caminos que llevan a la acumulación de determinados
compuestos.
Las enzimas, por lo tanto, se consideran como catalizadores altamente específicos que:
• Modifican la velocidad de los cambios promovidos por ellas.
• Determinan que sustancias particulares, de preferencia a otras distintas son las que van a sufrir los
cambios.
• Impulsan dentro de los distintos cambios posibles que pueda seguir una sustancia, cual de ellos en
especial, será el utilizado.
Las enzimas representan las sustancias encargadas de graduar la velocidad de una reacción determinada en el
interior de las células; como en las diversas células se realizan infinidad de reacciones, ya que en una de ellas
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se encuentran varios miles de sustancias, se deduce, también, la presencia de varios miles de enzimas. Es
posible, por lo tanto, que la mayor parte de esta estructura proteínica celular esté formada por enzimas,
encargadas de las diversas funciones de síntesis, degradación, oxidación, etc. características de la actividad
vital de los distintos organismos.
6. La estructura enzimática
Por su estructura y composición química puede afirmarse que el origen de las enzimas esta vinculando al
origen de las sustancias proteicas. Al hablar del origen de la vida se ha citado el éxito de los experimentos
realizados en el laboratorio para la producción de aminoácidos; estos aminoácidos son los que precisamente
constituyen la base del edificio proteico. También en el laboratorio se ha intentado la síntesis de proteínas a
partir de aminoácidos.
La sede de las enzimas es el citoplasma. Los cloroplastos vegetales contienen una amplia gama enzimas
encargadas de la función clorofílica, proceso que a través de reacciones químicas complejas y encadenadas
transforman compuestos inorgánicos, como el agua, y el anhídrido carbónico, en sustancias complejas
adecuadas para ser entre otras cosas el alimento fundamental de los animales.
En las mitocondrias existe un sistema de transporte de electrones que determinan importantes fenómenos de
oxidorreducción, durante los cuales se forman notables cantidades de ATP, que es un compuesto altamente
energético del que depende la mayor parte de metabolismo, y coma, por tanto el trabajo de las células; en las
mitocondrias se produce el metabolismo enzimático de los ácidos grasos, los cuales son en parte elaborados
también en el citoplasma.
En los ribosomas tiene lugar concretamente todas la s síntesis de las sustancias proteicas, mientras que en los
lisosomas se producen enzimas hidrolíticos cuya misión escindir, con la intervención del agua, moléculas
grandes en otras menores, que pueden a su vez ser utilizadas por las células; en cambio, las enzimas
glucolíticos están difundidos en el citoplasma.
La localización de las sedes de las distintas operaciones enzimáticas antes mencionadas ha sido posible a
través del sistema de ruptura de las células y de la separación de los distintos componentes mediante
centrifugación diferencial del homogeneizado de estas la ruptura celular y la subdivisión de los componentes
subcelulares se realizan actualmente utilizando los tejidos, por ejemplo con saltos bruscos desde temperaturas
inferiores a 0ð C hasta temperaturas mas elevadas con cambios de presión osmótica o mediante ultrasonidos.
7. Naturaleza química de las enzimas
Existen numerosas razones para afirmar que las enzimas son proteinas. La
más importantes son las siguientes:
• El análisis de las enzimas obtenidas en forma más pura, criatalizada, demuestra que son proteínas.
• Las enzimas son inactivadas a altas temperaturas y, en geeral, la cinética de la desnaturalización térmica de
las enzimas da resultados muy parecidos a los de la desnaturalización térmica de las proteínas; por ejemplo
el Q10 de la mayoría de las reacciones químicas es de 2 a 3, y, en el casod e las enzimas, a temperaturas
elevadas, alrededor de 60 a 70 ð C, la actividad neta aumeta varios cientos, como sucede con la velocidad
de la desnaturalización térmica de las proteínas.
• Las enzimas son activadas en unas zona muy restringida de pH, y presenta un punto óptimo de ph donde su
actividad es mayor. Las proteínas en su punto isoeléctrico, muestran propiedades parecidas desde el punto
de vista de viscosidad, solubilidad, difución, etc., que resulta del todo similares a las propiedades de este
tipo que muestran las enzimas.
• Todos los agentes que desnaturalizan a las proteínas también destruyen o inactivan a las enzimas, ya sea el
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calor, los ácidos fuertes, o los metales pesados que puedesn combinarse con ellas.
• Los problemas de solubilidad y de precipitación son comunes a las proteínas y las enzimas; en general, son
solubles en agua o soluciones salinas, insolubles en alcohol, precipitan con determinadas concentraciones
de sales neutras, etc.
8. Composición química de las enzimas
Los conocimientos sobre la composición química de las enzimas constituyeron materia de numerosas
controversias hasta 1926, cuando J.B Sumner (1887−1955) consiguió cristalizar la ureasa, enzima que
transforma la urea en anhídrido carbonico y amoniaco, y demostrar que era una sustancia proteica.
A, partir de entonces fueron aisladas otras enzimas en forma pura, cristalina, y el análisis demostraba siempre
la presencia de una proteina, simple o conjugada. Cuando los analisi químicos demuestran que la enzima es
una proteína conjugada, pueden distinguirse en el dos partes bien diferenciadas:
• El grupo prosteico (Coenzima)
• La proteina (Apoenzima)
En algunas enzimas oxidantes fue observada la presencia de la promoporteinas, en las cuales el grupo
prospético esta representado por un compuesto que contiene Fe y otro elemento, el cual desmpeña un papel
importante en la combinación de la proteina con el sustrato; otras veces este grupo prostético es derivada de
vitaminas (como la vitamina B); 4en muchos casos resulta facil de separar de la molécula proteica. No
obstante una vez separadas, las dos unidades no muestran actividad enzimático; por tanto el grupo proteico
(coenzima) y el grupo proteico (apoenzima) han de estar íntimamente ligados entre si para ser operativos. Por
consiguiente, de las enzimas pueden distinguirse los formados por:
• Solo proteínas, que difieren entre si por la secuencia con que los aminoácidos están combinados,
como la ureasa y las enzimas digestivas (la pepsina y la tripsina)
• Los conjugados, separados en dos entidades químicas bien definidas: la coenzima y la apoenzima.
Después del descubrimiento de Sumner, el numero de la enzimas y el estudio de sus actividades químicas
proporcionaron un notable impulso en la enzimología, y la gran cantidad de las enzimas que rápidamente se
acumulaban determinaron la necesidad de utilizar una clasificación o nomenclatura para evitar errores y
facilitar la comprensión de futuros investigadores.
9. Nomenclatura y clasificacion de las enzimas
Cien años atrás solo se conocian enzimas, muchas de estas, catalizaban la hidrólisis de enlaces covalentes.
Algunas enzimas, de manera especial las que fueron descubiertas en un principio, recibieron nombres ligados
mas bien a su sitio de procedencia anatómica que no siguen ninguna regla ni sistema; tal es el caso de la
ptialina de la saliva, que ataca al almidón de la pepsina del estómago y de la tripsina del páncreas, que atacan
proteínas; de la renina, que cuagula la leche; de la papaina, enzima proteolítica que se encuentra en la papaya
y de las catepsinas, también proteasas, que se encuentran en las células. Las enzimas relacionadas con la
cuagulación de la sangre, como son la trombina, la plasmina, el plasminógeno, etc. reciben también nombres
sistematizados.
Al descrubir nuevas enzimas y proceder a su caracterización estricta se aplicaron reglas de nomenclatura
basadas en el nombre del sustrato atacado, o en el tipo general de sustrato, o en la reacción catalizada y se ha
añadido convencionalmente, la terminación −asa. Por ejemplo: las lipasas (hidrolizan lipidos o grasas), las
amilasas (hidrolizan almidon), las proteasas (hidrolizan proteinas), las esterasas (basado en la unión general de
tipo éster presentes en muchas sustancias), colesterol estrerasa (si la esterasa es específica de los esteres de
colesterol) y acetilcolina esterasa (si la estersa de la acetilcolina). Otros ejemplos: Las fosfatasas son enzimas
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que atacan las uniones éster, pero en este caso, toman su nombre del grupo vecino a la unión que van a atacar,
de manera que se denominan fosfatasas (cuando quitan una molécula de monofosfato), pirofosfatasas (cuando
quitan el ácido fosfórico como esteres dobles (pirofosfatos), o triples, etc.) De la misma manera, las
carbohidrasas se denominan así genericamente, pero pueden comprender enzimas con nombres proveniente
del sustrato particular sobre el que actuan como la amilasa que ataca al almidón y la celulasa que actúa sobre
la celulosa y, en otras ocaciones, se denominan de acuerdo con la unión atacada, como la ð −glucosidasa que
actúa sobre las uniones ð −glucosídicas. Los ejemplos se pueden extender a todos los terrenos de la actividad
enzimática, como en las enzimas proteolíticas, las fosforilasas, las nucleasas, etc.
Esta manera de llamarlas, se demostro que era inadecuada porque al descubrirse varias enzimas, notaron que
varias enzimas catalizaban reacciones diferentes del mismo sustrato, por ejemplo, oxidacion o reduccion de la
funcion alcohol de un azucar.
Aunque el sufijo −asa continua en uso; actualmente, al nombrar a las enzimas, se enfatiza el tipo de reaccion
catalizada. Por ejemplo: las hidrogenasas catalizan la eliminacion de hidrogeno y las transferasas, reacciones
de transferencia de grupo. Con el descubrimiento de mas y mas enzimas, surgieron ambiguedades y con
frecuencia no estaba claro cual era la enzima que un investigador deseaba estudiar. Para remediar esta
deficiencia, la Comisión para el estudio de las enzimas, que constituye con respecto a los sistemas anteriores
un punto de vista más uniforme, preciso y descriptivo; esta formada por la Union Internacional de Bioquimica
(IUB) adopto, en 1964, un sistema complejo pero inequivoco de la nomenglatura enzimatica basado en el
mecanismo de reaccion.
El sistema se basa en la reacción química catalizada que es la propiedad específica que caracteriza a cada
enzima las cuales se agrupan en clases, porque catalizan procesos semejantes, y en subclases que especifican
con mayor exactitud la reacción particular considerada. En general, las enzimas reciben un nombre de acuerdo
con el sustrato o los sustratos que participan en la reacción seguido por el tipo de reacción catalizada y, por
fin, la terminación −asa. A menudo los nombres así obtenidos resultan largos y complejos, por lo que es muy
dificil que en la práctica se pueda excluir el uso de los nombres triviales, consagrados por la costumbre. Sin
embargo, con fines de sistematización, se reconoce la necesidad de aceptar el nuevo sistema.
Aunque su claridad y carencia de ambigüedad recomiendan al sistema de nomenglatura IUB para trabajos de
investigacion, nombres mas ambiguos, pero basante mas cortos persisten en libros de texto y en el laboratorio
clinico. Por esta razon, a continuacion solo se presenta principios generales del sistema IUB:
• Las reacciones y las enzimas que las catalizan se dividen en 6 clases principales, cada una con 4 a 13
subclases.
• El nombre de la enzima tiene 2 partes: la primera es el nombre del o los sustratos; la segunda, con
terminacion −asa, indica el tipo de reaccion catalizada.
• Informacion adicional, si es necesario aclarar la reaccion, puede seguir el parentesis. Por ejemplo: la enzima
que cataliza L−malato + NAD= = piruvato + CO2 NADH + H= , se denomina como 1.1.1.37
L−malato:NAD+ oxidorreductasa (descarboxilante).
• Cada enzima tiene un numero clave (E.C.) que caracteriza al tipo de reaccion según la clase (primer digito),
subclase (segundo digito) y subclase (tercer digito). El cuarto digito es para la enzima especifica. Asi, E.C.
2.7.1.1 denota la clase 2 (una transferasa), subclase 7 (transferencia de fosfato), sub−clase 1 (una funcion
alcohol como aceptor de fosfato). El ultimo digito denota a la enzima hexocinasa o ATP:
D−hexosa−6−fosforotransferasa, enzima que cataliza la transferencia de fosfato desde el ATP al grupo
hidroxilo de carbono 6 de la glucosa.
Al final de sus y trabajos, clasifico las enzimas en seis grupos principales, correspondientes por sus términos a
las raciones que cada enzima ejerce sobre el sustrato. Estos grupos se subdividen en otro, según el tipo de
sustrato y los átomos concretos que son sensibles a sus acciones. Estos seis grupos son los siguientes:
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• Oxidoreductasas
• Transferasas
• Hidrolasas
• Isomerasa
• Liasas
1.Oxido−reductasas: Son las enzimas relacionadas con las oxidaciones y las reducciones biológicas que
intervienen de modo fundamental en los procesos de respiración y fermentación. Las oxidoreductasas son
importantes a nivel de algunas cadenas metabólicas, como la escisión enzimática de la glucosa, fabricando
también el ATP, verdadero almacén de energía. Extrayendo dos átomos de hidrógeno, catalizan las
oxidaciones de muchas moléculas orgánicas presentes en el protoplasma; los átomos de hidrógeno tomados
del sustrato son cedidos a algún captor.
En esta clase se encuentran las siguientes subclases principales: Deshidrogenasas y oxidasas. Son más de un
centenar de enzimas en cuyos sistemas actúan como donadores, alcoholes, oxácidos aldehidos, cetonas,
aminoácidos, DPNH2, TPNH2, y muchos otros compuestos y, como receptores, las propias coenzimas DPN y
TPN, citocromos, O2, etc.
2.Las Transferasas: Estas enzimas catalizan la transferencia de una parte de la molécula (dadora) a otra
(aceptora). Su clasificación se basa en la naturaleza química del sustrato atacado y en la del aceptor. También
este grupo de enzimas actúan sobre los sustratos mas diversos, transfiriendo grupos metilo, aldehído,
glucosilo, amina, sulfató, sulfúrico, etc.
3.Las Hidrolasas: Esta clase de enzimas actúan normalmente sobre las grandes moléculas del protoplasma,
como son la de glicógeno, las grasas y las proteínas. La acción catalítica se expresa en la escisión de los
enlaces entre átomos de carbono y nitrógeno (C−Ni) o carbono oxigeno (C−O); Simultáneamente se obtiene la
hidrólisis (reacción de un compuesto con el agua)de una molécula de agua. El hidrógeno y el oxidrilo
resultantes de la hidrólisis se unen respectivamente a las dos moléculas obtenidas por la ruptura de los
mencionados enlaces. La clasificación de estas enzimas se realiza en función del tipo de enlace químico sobre
el que actúan.
A este grupo pertenecen proteínas muy conocidas: la pepsina, presente en el jugo gástrico, y la tripsina y la
quimiotripsina, segregada por el páncreas. Desempeñan un papel esencial en los procesos digestivos, puesto
que hidrolizan enlaces pépticos, estéricos y glucosídicos.
4.Las isomerasas:Transforman ciertas sustancias en otras isómeras, es decir, de idéntica formula empírica pero
con distinto desarrollo. Son las enzimas que catalizan diversos tipos de isomerización, sea óptica, geométrica,
funcional, de posición, etc. Se dividen en varias subclases.
Las racemasas y las epimerasas actúan en la racemización de los aminoácidos y en la epimerización de los
azúcares. Las primeras son en realidad pares de enzimas específicas para los dos isómeros y que producen un
solo producto común. Las isomerasas cis − trans modifican la configuración geométrica a nivel de un doble
ligadura. Las óxido − reductasas intramoleculares cetalizan la interconversión de aldosas y cetosas, oxidando
un grupo CHOH y reduciendo al mismo tiempo al C = O vecino, como en el caso de la triosa fosfato
isomerasa, presente en el proceso de la glucólisis ; en otros casos cambian de lugar dobles ligaduras, como en
la (tabla) isopentenil fosfato isomerasa, indispensable en el cambio biosinético del escualeno y el colesterol.
Por fin las transferasas intramoleculares (o mutasas) pueden facilitar el traspaso de grupos acilo, o fosforilo de
una parte a otra de la molécula, como la lisolecitina acil mutasa que transforma la 2 − lisolecitina en 3 −
lisolecitina, etc. Algunas isomerasa actúan realizando inversiones muy complejas, como transformar
compuestos aldehídos en compuestos cetona, o viceversa. Estas ultimas desarrollan una oxidorreducción
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dentro de la propia molécula (oxido rreductasa intramoleculares)sobre la que actúan, quitando hidrógeno, a
algunos grupos y reduciendo otros; actúan ampliamente sobre los aminoácidos, los hidroxácidos, hidratos de
carbono y sus derivados.
5.Las Liasas: Estas enzimas escinden (raramente construyen) enlaces entre átomos de carbono, o bien entre
carbono y oxigeno, carbono y nitrógeno, y carbono y azufre. Los grupos separados de las moléculas que de
sustrato son casi el agua, el anhídrido carbónico, y el amoniaco. Algunas liasa actúan sobre compuestos
orgánicos fosforados muy tóxicos, escindiéndolos; otros separan el carbono de numerosos sustratos.
6.Las Ligasas: Es un grupo de enzimas que permite la unión de dos moléculas, lo cual sucede
simultáneamente a la degradación del ATP, que, en rigor, libera la energía necesaria para llevar a cabo la
unión de las primeras. Se trata de un grupo de enzimas muy importantes y recién conocidas, pues antes se
pensaba que este efecto se llevaba a cabo por la acción conjunta de dos enzimas, una fosfocinasa, para
fosforilar a una sustancia A (A + ATP A − ! + ADP) y una transferasa que pasaría y uniría esa sustancia A,
con otra, B (A −! + B A − B + Pi ). A este grupo pertenecen enzimas de gran relevancia reciente, como las
aminoácido −ARNt ligasas conocidas habitualmente con el nombre de sintetasas de aminoácidos −ARNt o
enzimas activadoras de aminoácidos que representan el primer paso en el proceso biosintético de las proteínas,
y que forman uniones C−O; las ácido−tiol ligasas, un ejemplo típico de las cuales es la acetil coenzima. A
sintetasa, que forma acetil coenzima. A partir de ácido acético y coenzima A ; las ligasas ácido − amoniaco
(glutamina sintetasa), y las ligasas ácido−aminoácido o sintetasas de péptidos, algunos de cuyos ejemplos más
conocidos son la glutación sintetasa, la carnosina sintetasa, etc.
La acción de estas enzimas se manifiesta con la formación de enlaces entre átomos de carbono y oxigeno de
diversas moléculas, o bien entre carbono y azufre, carbono y nitrógeno y carbono y carbono. Las ligasas
utilizan siempre, para el proceso de reacción, la energía proporcionada por el ATP o compuestos homólogos
que son degradados, Por consiguiente las enzimas de esta clase son los únicos que intervienen en reacción no
espontánea desde un punto de vista termodinámico; Actúan sobre los sustratos más diversos y revisten
particular importancia en el metabolismo de los ácidos nucleicos.
Estas reacciones enzimáticas se desarrollan en dos tiempos: en el primero se forma un complejo intermedio
con potencia energética muy alta−, en el segundo utilizan la energía obtenida para realizar la reacción de
síntesis.
Grupo
Accion
1. Oxidoreductasas
Aminooxidasa
Catalizan reacciones de oxidorreducción. Tras la
acción catálica quedan modificados en su grado de
Deaminasas
oxidación por lo que debe ser transformados antes
de volver a actuar de nuevo.
Catalasas
2. Transferasas
3. Hidrolasas
ejemplos
Dehidrogenasas
Transaldolasas
Transfieren grupos activos (obtenidos de la ruptura
de ciertas moléculas)a otras sustancias receptoras.
Transcetolasas
Suelen actuar en procesos de interconversiones de
azucares, de aminoácidos, etc
Transaminasas
Verifican reacciones de hidrólisis con la
Glucosidasas
consiguiente obtención de monómeros a partir de
polímeros. Suele ser de tipo digestivo, por lo que Lipasas
normalmente actúan en primer lugar
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Peptidasas
Esterasas
Fosfatasas
Isomerasas de azúcar
4. Isomerasas
5. Liasas
6. Ligasas
Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo
de ellas sus isómeros de función o de posición.
Epimerasas
Suelen actuar en procesos de interconversion
Mutasas
Realizan la degradación o síntesis (entonces se
Aldolasas
llaman sintetasas) de los enlaces denominados
fuertes sin ir acoplados a sustancias de alto valor
Decarboxilasas
energético.
Realizan la degradación o síntesis de los enlaces Carboxilasas
fuertes mediante el acoplamiento a sustancias ricas
en energía como los nucleosidos del ATP
Peptidosintetasas
10.Partes del sistema enzimatico
Los sistemas enzimáticos en general, están formados por la enzima propiamente dicha (apoenzima), el
sustrato o los sustratos un grupo proteico ( o coenzimas) y sustancias activadoras. La estructura formada por la
apoenzima y la coenzima se denomina boloenzima; con cierta frecuencia se reconocen sistemas enzimaticos
que no tienen grupo prostético o activadores reconocidos.
Apoenzima: concepto del centro activo
La apoenzima es la enzima propiamente dicha, de naturaleza proteica formada por cadenas de polipéptidos,
con peso moléculas elevado, no dializable y termolábil.
Las estudiadas analíticamente hasta ahora, han sido, por razones técnicas de peso molecular bajo, 12 a 24 000,
tienen una sola cadena polipeptídica (ribonucleasa, papaina, tripsina, pepcina, etc.) excepto uno o dos casos (ð
− quimotripsina y aldolasa) que tienen dos.
El análisis de los aminoácidos que componen a diversas enzimas demuestran que tienen una estructura similar
a la de cualquier proteína; existen, de hecho unos cuantos casos en los que se ha determinado su secuencia
completa, es decir, el orden en el que están dispuestos todos ellos en la cadena. El análisis de la estructura
secundaria de la proteína, osea el modo como la cadena peptídoica se dispone a lo largo de su eje mayor y el
de la estructura terciaria, osea la forma en que la cadena se pliega y se acomoda para formar una estructura
tridimensional se conocen muy mal para todas las enzimas. Solo en el caso de la lisozima (enzima presente en
las lágrimas donde funciona como un antiséptico suave y que tiene la capacidad de atacar a los polisacáridos
que forman la pared de diversas bactérias) se ha determinado la estructura tridimensional de una enzima; para
este fin se aplican las técnicas de cristalografía de rayos x, con una solución de dos Å, lo que demostró que la
lisosima es una proteína con su cadena de 129 aminoácidos ampliamente plegada y en la que se reconoce una
hendidura representante del centro activo donde se acomodan muy bien los inhibidores − ciertos compuestos
del tipo de carbohidratos − que nulifican su actividad enzimática. Se ha demostrado, en este caso, que es cierta
regla general de que el modo como se ordenan y disponen los aminoácidos de termoina el arreglo espacial que
permite a las otras partes del sistema enzimático − sustratos, cofactores, iones, etc. − adaptarse, en el espacio,
en forma adecuada, para que se lleve a cabo la acción catalítica. Por lo tanto, las estructuras indispensables
que permiten la combinación con el sustrato y que confieren propiedades enzimáticas a la molécula se
denomina "centro activo". Se acepta que el centro activo no es una parte muy grande de la enzima completa y,
en ciertos sistemas estudiados por medio de bloqueos químicos no parece constituir una zona de más de 20 Å
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de diámetro. Es muy posible que el centro activo esté formado por la contribución de grupos funcionales de
aminoácidos situados en distintas cadenas o en diferentes repliegues de una cadena, asiendo aparecer a dichos
grupos muy distantes entre ellos si se considera el orden que guardan a lo largo de la cadena polipeptídica.
Un caso muy ilustrativo sobre lo que significa la estructura del centro activo desde el punto de vista de la
composición de los aminoácidos es el de la triptofano pirrolasa, enzima ampliamente estudiada en bacterias
desde el punto de vista de la bioquímica genética. En ella, la modificación de algunos aminoácidos produce
perdida e la actividad enzimática, que se recupera si vuelve a incluirse los aminoácidos en el orden original;
sin embargo, se pueden reemplazar dos de ellos por otros completamente distintos, y la enzima vuelve a ser
totalmente activa. Es posible que con estos nuevos aminoácidos se consigan también las condiciones de
distribución espacial de grupos funcionales y estructuras necesarias para la actividad enzimática.
El concepto de arreglo tridimensional adecuado de los aminoácidos que forman la cadena polipeptídica de la
enzima para lograr la actividad funcional correcta permite entender numerosos denómenos: la necesidad de
que la molécula proteica íntegra esté preservada en su forma; el hecho de que la desnaturalización de la
enzima al permitir la separación de los pliegues, conduce a la perdida de la actividad enzimática; que al
calentar una enzima con su sustrato (por ejemplo, la invertasa con sacaroza, la transaminasa con ácido ð
−cetoglutárico), se impide una desnaturalización que sin ellos se produciría, pues es posible que el propio
sustrato contribuya a sostener y reforzar la aproximación de los pliegues de la cadena, etc.
También se entiende por que al atacar la ribonucleasa con pepsina y romper una sola unión peptídica que
separa un tetrapéptido del extremo con grupo carboxilo libre se pierde la actividad, mientras que si solo se
quita los tres últimos disminuye su acción sugiriendo así la importancia del residuo de ácido aspártico para
sostener el centro activo en condiciones de eficiencia, o lo que es más probable, para formar parte del propio
centro activo. Si se parte la ribonucleasa entre los aminoácidos 20 y 21, y se separan los dos fragmentos,
ninguno es activo, pero basta mezclarlos para que se unan en tal forma que se restablece la actividad, aunque
un poco menor que la originalmente observada.
El estudio detallado de la estructura del centro activo se hace por medio de inhibidores o de reactivos que se
combinan de modo específico, con algunos de los aminoácidos del centro activo tales como el
diisopropilfluorofosfato (DFP), que se combina con el OH del aminoácido serina, en diversas esterasas,
peptidasas, etc. , e inactiva el centro activo del que forman parte dicho aminoácido; este inhibidor, aún a
concentraciones de 10−10 M, inhibe a la acetilcolinesterasa; mucho de los derivados del DFP se utilizan como
gases de guerra o como insecticidas (parathion), y su utilidad se debe, en rigor a su capacidad para destruir
funcionalmente ciertas enzimas.
La unión del DFP al aminoácido cedina es muy estrecha y a permitido el análisis de los aminoácidos vecinos a
él, haciendo un estudio de su ordenamiento en el centro activo. La secuencia de los centros activos de diversas
enzimas hidrolíticas sensibles al DFP, se demuestran que la mayoría tienen cerina y a demás un aminoácido
dicarboxílico (aspártico o glutámico) y en el otro un aminoácido neutro (alanina o glicina). También se ha
demostrado que la histidina, cuando menos para el caso de la quimotripsina, forma parte del centro activo aún
cuando el análisis de la secuencia no demuestra que exista cerca de la cerina ninguna histidina; se trata, por lo
tanto, de otro ejemplo de una aminoácido, alejado e otro, y en distinto pliegue de la cadena, que integra el
centro activo.
Teniendo en cuenta estos hechos, se deduce, por lo tanto, que la actividad de la enzima depende en parte de la
disposición o arreglos de los aminoácidos y grupos prostéticos en determinada región de la proteína. Los
aminoácidos que componen a las proteínas pueden tener moderadas actividades catalíticas, aunque de ninguna
manera comparable en su magnitud, cuando se les considera en forma aislada, a las que muestran la gran
molécula proteica. De hecho para muchos sistemas enzimáticos se han ideado modelos análogos, osea
sustancias químicas sencillas que suelen reproducir los efectos ocasionados por la enzima, tal es el caso de los
análogos, a base de piridoxsal que representan la parte activa de enzimas descarboxilantes y transaminantes.
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Esto no significa que necesariamente, en el estado natural, la enzima funcione como lo hace el análogo pues
muchos sistemas pudieran tener otro mecanismo de operación; la hidrólisis del almidón lo mismo se logra con
la adición del ácido que con la enzima específica amilasa, aún cuando en el primer caso se atacan
indiscriminadamente numerosas uniones glucosídicas, y con la enzima, en cambio solo se desprenden, uno
tras otro fragmentos de dos unidades de glucosa de los extremos de las ramificaciones.
• Conformación de la enzima y propiedades del centro activo. La propiedad catalítica de las enzimas
parece depender de la facilidad con la que ayudan a que se pongan en contacto las sustancias
reaccionantes para dar el producto o los productos de la reacción. Esto implica que el sistema
enzimático tenga una conformación especial osea, una disposición adecuada de os grupos funcionales
− aminoácidos de la apoenzima y grupos prostéticos, cuando existen estos − y de las moléculas
mismas de los sustratos que se unirán a aquellos y permitirán que se lleve a cabo la reacción química.
Este acercamiento de las sustancias reaccionantes de los grupos prostéticos y los grupos funcionales
fue las razón del modelo de Ehrlich, conocido clásicamente como de la "llave y la cerradura". Así la
enzima sería un molde tridimensional en negativo, de la estructura también tridimensional, en positivo
de los reaccionantes que se adaptarían perfectamente a ala disposición de la enzima. Sin embargo ha
sido necesario reconsiderar esta situación y sugerir − de acuerdo con Koshland − la teoría de un
"acomodo inducido".
Así las enzimas pueden sufrir un cambio en su estructura desde el momento en que entran en contacto con los
reaccionantes, sustratos y cofactores, y es posible que todos ellos modifiquen el arreglo tridimensional de la
enzima; la enzima los recibe en un orden determinado y cada uno de ellos al unirse a la enzima modifica su
estructura. La nueva analogía es la del "guante y la mano"; aquel no representa una estructura de negativo
tridimensional mientras no se halla la mano en el, ya que antes pueden tener diversas formas y disposiciones,
una vez que ha entrado la mano − que a su vez también puede adoptar distintas posiciones − se ponen en
contacto todas las partes correspondientes, es decir, en el caso de la enzima, las partes reactivas del sistema
enzimático, con las partes reaccionantes, osea los sustratos. Se ha preservado con esta nueva idea, el aspecto
de la armonía estructural entre el sustrato y la enzima pero se introduce el nuevo concepto de que es necesario
provocar un cambio en la estructura proteica que favorezca la colocación adecuada de todos los elementos que
interviene en la reacción enzimática. Los cambios de la estructura protéica se denominan "conformacionales".
El cambio en la disposición tridimensional puede hacerse a distancia y en muchas ocasiones la unión del
sustrato a una parte de la enzima modifica otras zonas de ella y aún su estructura completa, debido a
plegamientos que acercan o alejan diversos grupos colocados a lo largo del péptido que forma la enzima. Esta
alteración múltiple y de tipo flexible, permite entender mejor el proceso de entrada ordenada de los sustratos,
y los cofactores y la reacción en la que se participan. También permiten comprender porque un sustrato entra
a una enzima y es atacado y uno que no lo es aún muy parecido a él, puede quedar excluido del centro activo.
Se ejemplifican estas ideas en A se encuentra la enzima en una forma desplegada con ciertos grupos reactivos
(+) y (−), colocados en una zona de la superficie de la enzima. La entrada de un cofactor F1, modifica una
parte del sistema (B); se introduce en el sistema un nuevo arreglo a base de la reactividad de tipo electrónico
entre la zona (+) y una parte del cofactor F1, recién introducido; por fin la entrada de un nuevo reaccionate F2
modifica la parte terminal de la enzima de manera que permite la entrada del otro reaccionante (sustrato) que
se acomoda en un lugar preparado previamente por los reaccionantes F1 y F2, y permite de esta manera echar
a andar la reacción catalítica. Los cambios conformacionales, se pueden demostrar con diversos métodos
algunos de tipo físico, como son las modificaciones en la rotación óptica o en el patrón de sedimentación en el
campo gravitacional de la ultracentrífuga, o químicos como el aumento o la disminución de la actividad
enzimática bajo la influencia de cambios térmicos o la adición de agentes desnaturalizantes. Basten unos
cuantos ejemplos: la transaminasa ð −cetoglutárica se pude calentar a 65ð C. en presencia de su sustrato sin
que se afecte, al paso que la enzima sola es rápidamente degradada, cambia de configuración y se precipita; la
miosina, proteína muscular contráctil, en presencia de ATP hace más notable su forma de espiral y permite el
reconocimiento de aminoácidos previamente ocultos en sus pliegues; la D−amino oxidasa, al unirse a su
cofactor, el FAD, pasa de la forma espiral en ð −hélice, a una disposición irregular distribuida al azar.
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11. Coenzima y grupos prostéticos
Aparte del sustrato, cuya transformación será condicionada por la enzima, existe otra parte del sistema
enzimático, de peso moléculas bajo y por lo tanto dializable, termostable y en general, no protéica, adherida
de mas o menos laxa a la apoenzima y a la cual se le llama grupo prostético, si está muy intimanente ligada a
la apoenzima − como es el caso del núcleo porfirínico de numerosas oxidasas o la estructura flavínica de la
deshidrogenasa succínica − o coenzima cuando la unión es débil y se separan fácilmente, como por ejemplo el
DPN y el TPN que asisten a las funciones de varias deshidrogenasas. Es muy grande la importancia del grupo
prostético o de la coenzima desde el punto de vista funcional pues suelen ceder y recibir alternadamente parte
de los productos de la reacción. Por ejemplo en las reacciones de oxido − reducción los hidrógenos
desprendidos de un sustrato deben ser captados por una sustancia con lo que se expulsa al sustrato oxidado y
es posible recibir una nueva molécula del sustrato con hidrógenos. Tal sustancia es una coenzima, como el
DPN, el TPN, el FAD, etc., que, a su vez, suele cederlos a una tercera sustancia o, cuando las reacciones son
reversibles los pasan al sustrato oxidado para reducirlo. Algunos autores denominan cosustratos a estos
agrupamientos coenzimáticos para hacer énfasis en su carácter reversible, no catalítico y equimolecular con
respecto al sustrato. Una proporción de las vitaminas forman parte de moléculas mas complejas que funcionan
como coenzimas en diversas reacciones.
• Muchas enzimas requieren una coenzima
Muchas enzimas que catalizan la transferencia de grupos y otras reacciones requieren, además de su sustrato,
una segunda molécula orgánica conocida como coenzima sin la cual son inactivas. Para distinguirlas de iones
metálicos activadores y de las enzimas mismas, las coenzimas se definen como compuestos orgánicos
termoestable, de peso molecular bajo, requeridas para la actividad de las enzimas. La mayor parte de las
coenzimas se unen a las enzimas por fuerza no covalentes. Las que forman enlace covalentes con las enzimas
se denominan también grupos prostéticos.
Entre las reacciones que requieren coenzimas están las oxidorreducciones, las reacciones de transferencia de
grupo e isomerización y las reacciones que forman enlaces covalentes (claves 1,2,5 y 6;IUB). Las reacciones
líticas que comprenden reacciones hidrolíticas catalizadas por enzimas digestivas no requieren de coenzimas.
• Las coenzimas pueden considerarse como segundo sustrato
La coenzima puede considerarse como un segundo sustrato o cosustrato por dos razones. En primer lugar, los
cambios químicos en la coenzima compensa exactamente a los que realizan en el sustrato. Por ejemplo, en las
reacciones o oxidorreducción (deshidrogenasa), una molécula de sustrato es oxidasa y una molécula de
coenzima es reducida.
Una segunda razón para dar igual énfasis a las reacciones de la coenzima es que, en realidad, este aspecto de
la reacción es el que puede ser de significado fisiológico fundamental. Por ejemplo, la importancia de la
capacidad del músculo que trabaja en condiciones anaerobias para convertir el piruvato en lactato no residen
en el piruvato ni en el lactato.
La reacción sirve solamente para oxidar la coenzima reducida NADH a NAD+. Sin NAD+ la glucólisis no
puede continuar y la síntesis anaerobias de ATP (y por tanto, el trabajo) tiene que cesar. En condiciones
anaerobias, la reducción del piruvato en lactato reoxida al NADH y permite la síntesis de ATP. Otras
reacciones pueden servir igualmente bien. Por ejemplo, en las bacterias o levaduras que crecen en medio
anaerobio, algunos metabolitos derivados del piruvato son utilizados como oxidante para el NADH y son
reducidos en el proceso.
• Las coenzimas funcionan como reactivos en la transferencia de grupos
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Las reacciones bioquímicas de transferencia de grupo del tipo.
D−G+A=A−G+D
En la cual un grupo funcional, G es transferido de una molécula denadora, D−G, a una molécula aceptora, A,
por lo general comprende la participación de una coenzima como último aceptor (por ejemplo, reacciones de
dehidrogenación) o como portador intermediario del grupo (por ejemplo, reacciones de transaminación). El
esquema siguiente muestra el último concepto.
D−H CoE A−G
D CoE−G A
Aunque estos sugiere la formación de un complejo sencillo CoE−G, durante el curso de la reacción global,
pueden intervenir varios complejos intermediarios CoE−G en una reacción particular (por ejemplo,
transaminación).
Cuando el grupo transferido es el hidrógeno, es costumbre representar sólo la "mitad izquierda de la
reacción":
D−H CoE
D CoE−H
Que esto representa en realidad sólo un caso especial de la transferencia general de grupos puede apreciarse
mejor en términos de las reacciones que ocurren en las células intactas. Se pueden representar de las
siguientes manera:
D−H CoE A−H
D CoE−H A
• Las coenzimas pueden clasificarse de acuerdo al grupo cuya transferencia facilitan
Basándose en este concepto podría clasificarse a las coenzimas como sigue:
Para la transferencia de grupos distintos del hidrógeno:
• Fosfatos de azúcares
• CoASH
• Pirofosfato de tiamina.
• Fosfato de piridoxal
• Coenzimas del folato
• Biotina
• Coenzimas de cobamida (B12)
• Ácido lipoico
• Para la transferencia del hidrógeno:
• NAD+, DADP+
• FMN, FAD.
• Ácido lipoico
• Coenzima Q.
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−Muchas coenzimas derivan de vitamina B y del monofosfato de adenosina
Las vitaminas B forman parte de la estructura de numerosas coenzimas. Las vitaminas B; nicotinamida,
tiamina, riboflavina y ácido pantoténico son constituyentes esenciales de las coenzimas para las oxidaciones y
las reducciones biológicas y las coenzimas ácido fólico y cobamida funcionan en el metabolismo de
compuestos de un solo carbono. Numerosas coenzimas contienen adenina, ribosa y fosfato y se derivan del
monofosfato de adenosina AMP. Los ejemplos incluyen NAD+ y NADP+
12. Activadores
Las enzimas son catalizadores orgánicos que disminuyen la barrera denominada energía de activación; y por
tanto facilitan el que se inicie una reacción. Este proceso implica el trabajo necesario para poner a dos
moléculas en un contacto lo suficientemente estrecho como para que reaccionen; además, el trabajo debe
realizarce sobre la unión química − una con covalencia en sentido estricto − para que pueda romperse y
formar otros compuestos. Las enzimas, como muchos catalizadores, son partículas de gran superficie y
muestran que tienen capacidad para atraer y captar diversas moléculas. Cualquier factor que permita por una
parte atraer al sustrato a su centro activo se pude considerar como un activador, además algo que permita la
rápida salida de los productos también pude considerarse como un activador. Asi se reconocen diversas
posibilidades:
• Activación iónica. Numerosos metales monodivalentes son necesarios para la actividad enzimática de
diversos sistemas. Destacan entre ellos los siguientes: K+, Mn++, Mg++, Ca++, Fe+++, Cu+, Cu++,
etc. A menudo el metal, a estas condiciones, es el centro que permite la unión conjunta del sustrato, de
la coenzima y de la misma apoenzima con la que forma quelatos (de chelos, garra; complejos
moleculares sostenidos por un metal) al unirse con grupos cargados electricamente. Muy amenudo se
demuestra que es posible sustituir los metales divalentes entre ellos, sin grandes modificaciones de la
velocidad de la reacción.
Los metales como el hierro, el cobre y el molibdeno, actúan a menudo como transportadores de electrones y
no se les puede considerar activadores en el sentido estricto pues forman parte integral del grupo prostético.
Algunos aniones también son necesarios para la actividad de ciertas enzimas; bien conocido es el caso del
Cl−, el que puede sustituirse, a un cuando con baja de la velocidad, por Br−, para la amilasa salival; o el
propio radical fosfato que se requiere en reacciones de fosforilación.
• Activación por el grupo prostético. En determinadas reacciones estos son indispensables para el
trabajo de la enzima y constituyen, en rigor, la parte funcional activa del sistema.
• Activación de la apoenzima. Consisite en la obtención de una correcta estructura del centro activo de
la proteina con actividad enzimática, ya referido anteriormente.
• Integridad de los grupos funcionales del centro activo. Destaca la relacionada con los grupos
sulfhidrilo, −SH. Cualquier alteración química que los destruya, bloquee u oxide a disulfuro, −S−S−,
puede inactivar a las enzimas. Esto puede suceder incluso en las suaves condiciones del trabajo
celular por exposición a agentes oxidantes o al oxigeno mismo, aunque puede lograrse por el efecto
de sustancias que los ataquen y que combinen con ellos como la yodacetamida. En otras ocaciones la
destrucción de los grupos −SH, aun la distancia del centro activo modifica de tal manera la estructura
tridimencional de la enzima que el centro activo se deforma al grado de que no puede llevar a efecto
su acción sobre las sustancias reaccionantes. Existen otros grupos funcionales cuyo bloqueo acaba por
completo con la actividad enzimatica; en tal caso estaría la acción de inhibidores o venenos
enzimáticos.
• Medida de la actividad enzimática. Aparte del problema de medir las pequeñísimas cantidades de
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enzimas presentes en los tejidos; muy pocas de ellas poseen características químicas o
espectroscópicas particulares que permita medirlas directamente. En general, las enzimas se cuantean
siguiendo la actividad de la reacción que catalizan y se aceptan, en principio que dicha actividad es
proporcional a la cantidad de enzima presente. Como la actividad de un enzimas sólo rara vez se
puede expresar en relación a su peso absoluto o a la molaridad de la enzima, lo habitual es expresarla
en "unidades" fijadas de modo convencional con relación a la proteina presente en la preparación.
La actividad enzimática se mide por la desaparición del sustrato o la aparición de alguno de los productos de
la reacción, siguiendo dichos cambios en el tiempo. Sin embargo, las condiciones del sistema no son
uniformes a lo largo del tiempo: el grado de saturación de la enzima con el sustrato cambia constantemente,
los productos que aparecen suelen inhibir a la enzima o se presentan modificaciones del pH que afectan a la
reacción, etc. Para evitar estos problemas se hace la medida de la velocidad inicial, tomando en cuenta solo el
comienzo, en forma de línea recta de la gráfica, lo que sucede en general cuando se ha consumido no más de
una cuarta parte del sustrato.
La actividad puede espresarce, una vez determinada la reacción, en relación con el tiempo empleado por la
enzima para producir un cambio determinado; mientras mayor sea el tiempo, la actividad de la enzima es
menor. Por lo tanto, la recíproca del tiempo (la inversa del tiempo osea el valor que resulta de dividir la
unidad sobre el tiempo, 1/T) es una medida de la actividad enzimática.
13. Las enzimas son catalizadores estereoespecíficos
Casi todos los sustratos forman por lo menos tres enlaces con las enzimas. Esta adherencia en tres puntos
pueden conferir asimetría a una molécula por otro lado simétrica. La figura * muestra una molécula de
sustrato, representada como un átomo de carbono que tiene tres grupos diferentes, próximos a adherirse en
tres puntos a un sitio de la enzima. Si el sitio puede ser alcanzado sólo desde un lado y únicamente los átomos
complementarios y los silios pueden interactuar (ambos suposiciones válidas para las enzimas reales), la
molécula se unirá sólo en una forma. La reacción misma puede estar confinada a los átomos unidos en los
sitios 1 y 2 aún, cuando los átomos 1 y3 sean idénticos. Girando mentalmente la molécula de sustrato en el
espacio, nótese que puede adherirse en tres puntos a un costado del sitio planar con una sola orientación. En
consecuencia, los átomos 1 y 3 aunque sean idénticos viene a ser distintos cuando el sustrato está adherido a la
enzima. Por tanto, un cambio químico puede afectar el átomo uno (pero no al átomo tres) o viceversa. Esto
puede explicar el porqué la reducción, catalizada enzimáticamente de la molécula del piruvato ópticamente
inactiva, forma L− y no D,L−lactato.
14. Especificidad enzimática
Los distintos grupos de enzimas muestran variaciones considerables en su grado de especificidad. Algunas de
ellas muestran requerimientos estrictos tanto para el sustrato (o los sustratos si se trata de reacciones
bimoleculares) como para el tipo de unión química sobre el que van a actuar; pequeños cambios en cualquiera
de ellos bastán para inactivar la reacción; tal es el caso de la mayoría de las enzimas. En otras ocaciones, la
deshidrogenasa alcohólica, que funciona con DPN como coenzima, es absolutamente específica para el DPN,
pero pude actuar sobre diversos alcoholes aparte del etílico que es su sustrato característico. Asi mismo, las
enterasas, las fosfatasas y ciertas peptidasas a menudo solo son específicas para el tipo de unión atacada −
éster, peptídica, etc. − y no requieren estructuras definidas en el sustrato, a ambos lados de la unión. Hay
ejemplo de especificidad doble: la xantina oxidasa, altamente específica para la xantina a la que convierte en
ácido úrico, y por otro lado muy activa, pero en forma inespecífica, al mostrar gran capacidad para mostrar la
activación de gran variedad de aldehidos.
El requisito de estereoespecificidad para los sustratos es muy importante. Las enzimas que habitualmente
atacan a los azúcares naturales con configuración D−, no lo hacen sobre sus isómeros artificiales L−; las
enzimas tan activas en la naturaleza sobre los aminoácidos comunes tipo L− so inactivas para los aminoácidos
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artificiales (o muy raros en los organismos vivos) de tipo D−. Esto es tan absoluto que cuando existen mezclas
racémicas de isómeros D− y L−, un método conveniente de separarlas, es el de dejar que actue sobre ellas una
enzima que degradará exclusivamente a uno de los dos isómeros dejando al otro intacto.
Cuando el sustrato es simétrico y el producto es asimétrico, la enzima provoca, específicamente, la formación
de uno solo de los productos asimétricos, aquel para el que la enzima es activa; tal es el caso de la
deshidrogenasa láctica que, al actuar sobre el ácido pirúvico (simétrico) produce exclusivamente ácido
D−láctico y no ácido L−láctico, y el de la deshidrogenasa glutámica que al atacar el ácido ð −cetoglutárico
produce solo ácido L−glutámico:
CH3 CH3
||
C = O HCOH
||
COOH COOH
Ácido pirúvico Ácido D−láctico
Existen otras formas de isomerismo geométrico aparte del isomerismo D−, L−, suceptibles de ser reconocidas
por enzimas. Tal es la situación de los isómeros cis − trans en que solo uno de los tipos del par es atacado. La
fumarasa introduce una molécula de agua en el ácido fumárico trans, pero el isómero cis, o sea el ácido
maleico, no es atacado.
H − C − COOH H − C − COOH
HOOC − C − H H − C − COOH
Ácido fumárico (trans) Ácido maléico (cis)
Las enzimas también pueden distinguir moléculas que desde el puntod e vista estructural, como compuestos
químicos, son identicas. Por ejemplo, la glicerol cinasa, por medio de ATP, convierte al glicerol en
L−grlicerol − 3− fosfato, osea produce su fosforilación, pero exclusivamente en la posición 3, hecho que se ha
demostrado con glicerol marcado con C radiactio, C14, en las dos posiciones posibles 1 y 3.
Los mismo sucede con el ácido cítrico que al ser oxidado y descarboxilado hasta producir ácido ð
−cetoglutárico adquiere un grupo −C=O, en uno de los lados de la molécula, quimicamente simétrica. Esta
capacidad de la enzima para reconocer el sustrato obedece a que debe tener por lo menos tres grupos químicos
orientados en el espaciod e tal modo que el sustrato, aunque en apariencia simétrico, solo puede adaptarse por
completo a la enzima en una sola posición. De todo esto se desprende por el sustrato a los sustratos necesitan
tener un patrón peculiar de grupos químicos, específicos para cada enzima particular, de modo que se adapte
perfectamente a su centro activo; mientras mayor y más complejo sea este requerimiento mayor será la
especificidad de la enzima.
15. Preparación y purificación de las enzimas
Aun cuando se sabe que las propiedades de las enzimas in situ puden ser muy diferentes a las de las enzimas
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puras estudiadas en el laboratorio, está plenamente justificada la necesidad de tener preparaciones puras para
hacer el estudio químico completo de su actividad. En la actualidad se han cristalizado o purificado de manera
adecuada cerca de unas 200 enzimas (del posible total de unas 5000 ) y quizas en los próximos años aumente
de modo considerable este número.
Para extraer las enzimas de las células que las contienen, a menudo es necesario dividir finamente el tejido,
por medio de un homogeneizador o una licuadora; los tratamientos más enérgicos comprenden la molienda
del tejido con arena el empleo de vibraciones ultrasónicas, los procesos alternados de congelamiento y
descongelamiento, la autolísis , el desecado con calor o el emmpleo de solventes como la caetona, el éter y el
tolueno. El desecado con acetona y la producción de los llamados polvos acetónicos constituyen un excelente
ejemplo de rotura de la menbrana celualr y la obtención de un material rico en enzimas y de fácil
concervación. Cuando las enziams están asociadas a lípidos, como sucede con als enzimas mitocondriales, es
ventajoso el tratamiento con sustancias de tipo detergente o con butanol que disgregan la estructura
lipoprotéica y permiten la salida de las enzimas.
La purificación de las enzimas con método de precipitación fraccionada recurre a diversos procedimientos, el
cambio de pH quita las nucleoproteínas y el material grueso, con lo que se facilitan los pasos siguientes. Con
el empleo del calor a veces se logra la desnaturalización de material protéico inactivo; por ejemplo, en la
purificación de la transaminasa se añade el sustrato de la enzima − ácido ð − cetoglutárico − al homogenado y
se calienta hasta 65ð C, con lo que muchas enzimas se desnaturalizan y precipitan, lo que no sucede con la
transaminasa así protegida.
En otros casos se emplean solventes orgánicos como el etanol, muy utilizado para separar diversas proteínas
del suelo sanguíneo y la caetona; o las sales, como el sulfato de amonio, que es muy soluble en agua, por lo
que se puede manejar a elevadas concentraciones, y en general no ataca la estructura de las enzimas. la
absorción fraccional tiene gran utilidad para absorver gran material indeseable o para absorber la enzima y
luego desprenderla del material absorbente en una forma más pura; muy usado con este fin en el gel de
aluminio C.
En los últimos años se han logrado adelantos notables en materia de fraccionamiento protéico con el empleo
de técnicas coromatográficas en columnas que se basan en fenómenos de absorción, de intercambio iónoco o
de una verdadera "filtración molecular". Se agraga a una columna con el material activo la solución de la
enzima que queda fijada a dicho material; se lava la columna con soluciones de sales, cada vez más
concentradas o con distinto pH, etc. , y se recogen los lavados en fracciones de volúmenes determinadas; en
alguna porción sale la enzima en estudio, en forma más pura. Los materiales más usados para este fin son
ciertas formas de fosfato de calcio − hidroxiapatita −, resians de intercambio iónico, como las Amberlitas o las
Dowex (aunque tienen el inconveniente de desnaturalizar a las proteínas y de tener poca superficie útil) y
diversos derivados de la celulosa, tales como la dietilaminoetil celulosa (DEAE − celulosa) y la carboximetil
celulosa (CM − celulosa). Ejemplos de los filtros moleculares lo constituye el material que está compuestod e
un polisacárido que forma una rejilla tridimensional, el Sephadex, que puede retener proteínas con peso
molecular aproximado de 25 000 hasta 200 000 según el tipo que se emplee.
El paso final de la purificación es el de la cristalización de la enzima que debe repetirse varias veces pues los
primeros cristales suelen estar contaminados con otras enzimas. A pesar de esto, la obtención de cristales no
demustra que la enzima esté 100% pura, es solo obtención de una actividad específica de un valor constante
ante las recristalizaciones repetidas la que ofrece la seguridad de su pureza.
El estudio de la pureza de una enzima comprende la aplicación de las técnicas empleadas para el estudio de la
pureza de las porteínas, el análisis por ultracentrífuga, el análisis el electroforético, etc. Sin embargo, aún es
podsible, si se somete la enzima a fraccionamientos más sensitivos, como losd e la electroforésis en gel de
agar, de almidón, o de acrilamida demostrar que la enzima en cuestión puede estar formada por varias
proteínas, algunas de las cuales tienen la misma actividad enzimática, pero que por tener propiedades físicas o
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estructurales diferentes se deben considerar como isoenzimas, y otras que son proteinas que se han procesado
a lo largod e todas las etapas de purificación.
En general las enziams se consideran especies químicas homogéneas y puras cuando llenan requisitos como
los siguientes: su actividad no debe aumentar después de que se la recristaliza repetidas veces; su solubilidad
no aumenta al elevar la cantidad de cristales de la proteína problema que se pone en solución; tanto en el
análisis realizado con la ultracentrífuga como en los diversos métodos electroforéticos se encuentra un patrón
de mobilidad único y persistente.
16. Isoenzimas
Al hacer el estudio electroforético del suero humano normal y hacer un revelado de la actividad de la
deshidrogenasa láctica se encontró distribuida en cinco bandas diferentes; se llegó así al concepto que es
posible que en un tipo de tejido existan diversas y múltiples formas moleculares de una enzima, a las que se
denominan isoenzimas. Son por lo tanto proteínas con actividad catalítica que favorece la misma reacción
pero que pueden distinguirse por alguna característica física, estructural, inmunológica, etc. En el ejemplo
antereior sus diferencias se rejistraron en la velocidad de migración electroforética. En otras ocaciones la
diferencia eside en las propiedades cinéticas; por ejemplo, existen dos deshidrogenásas málicas que catalizan
la misma reacción; sin embargo, actuan de modo distinto cuando se les pone en contacto con los análogos
artificiales del DPN y, además, una es de origen mitocondrial, la otra se encuentra en el sobrenadante celular.
Sin embargo, este concepto tiene sus limitaciones; el caso de la deshidrogenasa láctica es muy ilustrativo. Esta
enzima se diferencia en 5 isienzimas denominadas I, II, III, IV y V que parecen ser características de distintos
tejidos; en el corazón dominan el I y la II, el higado tiene un predominio de la V, etc. al tratar la enzima −que
pesa 135 000 − con úrea o guanidina, su molécula se fragmenta en cuatro porciones, cada una de las cuales
tiene un peso molecular de unos 35 000. Las cinco isoenzimas comunes de la hidrogenasa láctica parecen
sermezclas de dos tipos básicos A y B, o H (de "heart", corazón) y de m (músculo) de la siguiente manera:
HHHH Tipo I, miocárdico, H
HHHM Tipo II
HHMM Tipo III
HMMM Tipo IV
MMMM Tipo V, muscular, M
Se ha confirmado inmunológicamente su presencia; los anticuerpos preparados contra ambas moléculas
originales H o M nomuestran reacción cruzada entre si, pero si reaccionan con los híbridos formados de H y
de M. Del mismo modo, muestran diferencias considerables en su composición de aminoácidos.
No solo las características fisicoquímicas son diferentes; quizá aun más importante sea el aspecto funcional.
La actividad de las deshidrogenasas lácticas ante sus sustratos normales, lactato, piruvato, y ante los análogos
del DPN indican el papel de la enzima en la regulación de las relaciones DPN/DPNH2, que a su vez, regulan
funciones celulares importantes. Es muy notable la diferencia en la inhibición producida por un exceso de
piruvato sugerente de que, en rigor, la enzima tipo M o V funciona más bien como una reductasa del piruvato.
Esta forma (M o V) es muy útil en los músculos voluntarios que presentan demandas bruscas de energía
proporcionadas por la glucólisis, o en tejidos con poco oxígeno (anaerobiosis). Por el contrario la tipo H (I)
funcionan preferentemente en músculos que deben realizar un ejercicio sostenido y en los que las necesidades
energéticas se satisfacen por medio de un metabolismo aeróbico intenso; este tipo, por lo tanto, está
capacitado, funcionalmente, para lograr una mayor exidación del lactato a ácido pirúvuco.
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La distribución de la enzima con respecto a la aerobiosis (o anaerobiosos) del tejido se ha comprobado en
varios casos: la de tipo H (I) es más abundante en la corteza renal (cerca de 100%) que en la médula (50%) en
las papilas (10%), en razón directa con el grado deaerobiosis de esas zonas renales. Lo mismo sucede con
músculos de un mismo animal; si tienen que trabajar constantemente muestran grandes proporciones de la
forma H (I), como el dorsal ancho de las gallinas que casi en el 100% muestran dicha forma; el pectoral, en
cambio tiene menos del uno por ciento de ella, en cambio, en los pectorales de las aves migratorias que deben
sostener por horas y aun días, esfuerzoz extraordinarios, aparece nuevamente la forma H (I) de preferencia a
la M (V).
Es obio que cuando son muy marcadas las diferencias de pesos moleculares, composición de aminoácidos,
características cineticas y otras propiedades físicas, es dificil hablar de isoenzimas; más conveniente es
considerarlas entonces como enzimas distintas que simplemente catalizan la misma reacción reservando el
término de isoenzima para aquellas situaciones como la de la deshidrogenasa láctica que representan
agregados híbridos de composición relativamente parecida.
17. Cinetica de las reacciones enzimaticas
Aunque las leyes generales de la catálisis debieran ser válidas para las enzimas, el hecho de que éstas sean
sustancias complejas, de alto peso molecular, de tamaño coloidal y de composición difícil de precisar, impide
la aplicación de dichas leyes de una manera estricta; por ejemplo, su tamaño coloidal puede causar fenómenos
de adsorción o diversas reacciones debidas a sus numerosas cargas eléctricas. No obstante, los factores que
afectan la velocidad de la reacción enzimática son los ya señalados a propósito de las reacciones químicas en
general, como la temperatura y las concentraciones de las sustancias reaccionantes que, en este caso
particular, son la enzima el sustrato. Además intervienen el PH medio donde se realiza la reacción, la
presencia de los productos de la reacción, y otros factores secundarios como las radiaciones y los efectos
óxido − reductores.
18. Relaciones entre la enzima y el sustrato.
Es universalmente aceptado, que la enzima, como todo catalizador, participa de una manera activa en la
reacción. Existen pruebas experimentales de esta situación cuando menos para algunos.
Un ejemplo bien conocido es el de la peroxidasa que, en presencia de peróxido de hidrógeno, H2O2, y un
acceptor de hidrógeno adecuado, produce la reducción del H2O2, . La peroxidasa en ausencia de H2O2
muestras unas bandas de absorción características en el espectro visible; cuando se combina con el H2O2 ,
pero sin que exista el acceptor de los hidrógenos, aparece una nueva distribución de las bandas. Si se permite
el paso de los hidrógenos a un acceptor, automáticamente desaparecen las bandas nuevas y reaparecen las
originales de peroxidasa.
Se acepta corrientemente una hipótesis propuesta por Michaelis para explicar la actividad enzimática, sobre la
base de la información de un compuesto de la enzima con el sustrato (complejo enzima − sustrato),
previamente al ataque del sustrato por la enzima y a la liberación de los productos de la reacción. El desarrollo
matemático que permitió a Michaelis formular su hipótesis, estuvo acorde con los datos experimentales
obtenidos una vez vencidos los enormes obstáculos de orden técnico para llevar a cabo la confirmación de la
teoría en el laboratorio.
Si se hace el estudio de la actividad de una enzima en relación con la concentración de sustrato. En ella se
registran, en las abscisas, la cantidad creciente de sustrato y, en las ordenadas, la cantidad de uno de los
productos de la reacción liberada de un tiempo dado, que expresa, en rigor, la actividad de la enzima. La curva
obtenida es la de una hipérbola rectangular, la cual tiene algunas propiedades interesantes; por ejemplo, la
velocidad límite o velocidad máxima, es el valor que trata de alcanzar la curva a medida que se aumenta el
sustrato y que, en la figura, está señalada con la línea V. Existe un punto, fijado arbitrariamente, en el que la
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mitad de la velocidad límite corresponde a una concentración específica del sustrato; esta concentración de
sustrato se representa habitualmente como KM, y se denomina constante de Michaelis, valor característico
para un par − enzima − sustrato y que, por lo tanto, es la concentración de sustrato con la cual se alcanza la
mitad de la velocidad límite o velocidad máxima de la reacción. Los resultados obtenidos experimentalmente
concuerdan con los derivados de modo matemático, sobre la hipótesis de formación de un complejo enzima −
sustrato.
La constante de Michaelis, KM, indica en términos generales, las relaciones de afinidad entre el sustrato y la
enzima; un KM, implica la necesidad de una alta concentración de sustrato que, al combinarse con una
enzima, produzca la mitad de la velocidad máxima, o sea, que la afinidad por la enzima y sustrato es pobre;
por el contrario, si la concentración de sustrato que se requiere para alcanzar la mitad de la velocidad es muy
pequeña (KM pequeña), quiere decir que el sustrato tiene una gran afinidad por la enzima.
En ocasiones, la misma enzima puede ser más afín a un sustrato que a otro; por ejemplo, la sacarasa es 16
veces más activa para atacar a la sacarosa que a la rafinosa. Se conocen con exactitud los valores de KM para
muchos sustratos y enzimas, con los siguientes: la pepsina, actuando sobre albúmina, de huevo: KM de 4.5.
por ciento; la tripsina sobre la caseína :KM de 2 por ciento; la amilasa sobre el almidón en presencia de Cl − :
KM de 0.4 por ciento ; la sacarasa de levadura, sobre la sacarosa : KM 0.016 a 0.04 M, etc.
La explicación de la curva hiperbólica que implica la formación del complejo enzima − sustrato parece
depender de la existencia física, en la enzima, de determinados sitios donde se absorbe el sustrato para ser
activado. Al principio de la curva se puede aumentar la concentración del sustrato y la enzima es capaz de
activarlo con toda eficiencia; pero como una vez activado el sustrato se separa en forma de los productos, y la
velocidad con la que éstos se separan no es igual a la velocidad con la que captado el sustrato, y en vista de la
cantidad creciente del sustrato, la línea obtenida no es una recta, sino la curva señalada. Cuando la cantidad de
sustrato ha sobrepasado la capacidad física de la enzima para recibirlo y poder transformarlo, la curva alcanza
una meseta, lo que significa que la reacción prosigue a la misma velocidad, independientemente de la cantidad
de sustrato adicionada. De acuerdo con los términos ligados a la velocidad de reacción, expresados en la
página 36, se encuentra que, al principio del experimento, la reacción depende exclusivamente de la
concentración del sustrato y se trata de una reacción de primer orden; al final de ella, cuando hay un exceso de
sustrato, la reacción es independiente de la cantidad de sustrato y, por lo tanto, es de orden cero.
Otra característica en relación con la finalidad de la enzima por el sustrato es la comprendida en el llamado
número de recambio, el cual representa los moles de sustrato atacados por un mol de enzima en una unidad de
tiempo determinada, generalmente un minuto. Este número de recambio, en algunas ocasiones, es muy
elevado, como sucede con la catalasa que a 0º C., tiene un número de recambio de 2.5 millones; es decir, un
mol de enzima es capaz, en un minuto, de desdoblar dos y medio millones de moles de H2O2 ; el citrocomo c,
a 38º C, tiene un número de recambio de 1.4 X 103 ; la carboxialasa a 30º C., da un número de recambio de 1
X 103 , etc.
Mecanismo Ping Pong
En la transaminación, la reacción avanza a través de los fenómenos alternos de adición de sustrato y liberación
de producto .
Iones sustrato
Estos facilitan la fijación del sustrato y la catálisis por creación de varias de complejo de puente constituidos
por un enzima, metal y sustrato en la que os iones metálicos pueden actuar como catalizadores ácidos
generales o facilitar la aproximación de los reactantes.
19. Accion de inhibidores.
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Si a un sistema enzimático se añaden sustancias que impidan la realización de la actividad propia de la
enzima, se dice que el sistema ha sido inhibido, y la sustancia usada con estos fines se denomina inhibidor.
Muchos inhibidores son agentes que desnaturalizan a las enzimas, ya que éstas son moléculas proteínicas,
susceptibles a una diversidad de agentes, especialmente químicos, como aniones complejos o metales pesados,
Zn ++, Pb ++, Ag ++, etc. A menudo estos agentes que impiden la actividad enzimática actúan sobre casi
todas las enzimas, lo que demuestra que su acción no es específica, sino que afectan a tosa molécula
proteínica . Tal es el caso de los inhibidores de sufhidrilos, −SH, los cuales forman parte de una gran variedad
de enzimas. Otras sustancias bloquean específicamente determinadas reacciones enzimáticas y su
especificidad es tal, que sólo cierto sustrato y cierta enzima son los susceptibles.
De acuerdo con esto, es posible clasificar los fenómenos de inhibición enzimática en diversos grupos :
inhibición por competencia e inhibición por no competencia y ésta, a su vez, en la debida a agentes
desnaturalizantes y a agentes inespecíficos.
20. Inhibicion por competencia
En este caso el inhibidor no permite la formación del complejo enzima − sustrato normal, ya que se forma un
complejo enzima − inhibidor ; una vez que el inhibidor ocupa el lugar activo de la enzima, el complejo
enzima − inhibidor, no se separa, en vista de que la enzima no tiene acción sobre el inhibidor y, por lo tanto,
queda bloqueada la parte activa de la enzima. El sustrato no puede entrar al lugar activo, que está ocupado por
el inhibidor y, de esta manera, se impide la acción enzimática.
El ejemplo clásico de inhibición competitiva es el de la enzima deshidrogenasa succínica que, en presencia de
ácido succínico en ácido fumárico, reduciendo, simultáneamente, al acceptor de H. Diversas sustancias
parecidas al ácido succínico, como el ácido malónico, el oxálico y el glutárico, se pueden combinar con la
enzima e impiden su acción sobre el ácido succínico.
Al añadir el inhibidor, la actividad enzimática disminuye sin embargo, si se añaden cantidades mayores del
sustrato natural de la enzima (en el ejemplo anterior, de ácido succínico) nuevamente empieza a aparecer
actividad enzimática, y cuando las cantidades de ácido succínico añadido sobrepasan considerablemente a las
presentes del inhibidor, la actividad enzimática se restablece por completo. Esta situación representa,
aparentemente, un fenómeno de competencia entre el sustrato natural y el inhibidor para ocupar el sitio activo
de la enzima; la cantidad presente de una sustancia o de otra , en un momento dado, en el sitio de la reacción ,
determina si se dirige en un sentido o de otro; si hay más inhibidor, la enzima queda bloqueada por éste, y no
se lleva a cabo la reacción enzimática ; si aún en presencia de importantes cantidades de inhibidor existen
mayores cantidades del sustrato natural, éste domina al inhibidor y llega a desplazarlo introduciéndose en los
sitios activos de la enzima para permitir que se reanude la actividad catalítica.
21. Inhibicion por no competencia
Cuando las sustancias inhibidoras actúan independientemente de la calidad del sustrato natural presente, se
trata de inhibición por no competencia. En este caso, el inhibidor bloquea loas sitios activos de la enzima de
modo irreversible ; en ocasiones se trata de la desnaturalización de la enzima, como cuando se añaden aniones
o cationes que precipitan las proteínas. En otros casos la combinación irreversible se hace con sustancias que
actúan de manera específica sobre ciertos grupos activos de la enzima, o sobre la conformación o estructura
completa de ella ; sin embargo, en estas circunstancias, se ven afectadas por igual todos o cuando menos
varios tipos de enzimas.
Existen algunos inhibidores no competitivos que muestran cierta especificidad, como los agentes
bloqueadores del radical sulfhidrilo, −SH, presente en las cadenas laterales del aminoácido cisteína, común a
todas las moléculas proteínicas y, por lo tanto, a las enzimas. Entre los inhibidores de sulfhidrilos más
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conocidos se encuentran el ferricianuro, el yodacetato, el famoso gas usado con fines bélicos, la lewisita, y
otras sustancias de tipo arsenical que deben sus efectos letales a su combinación con los grupos sulfhidrilo de
proteínas y enzimas de gran importancia fisiológica.
Hay enzimas que contienen iones metálicos indispensables para su actividad y que son susceptibles a la acción
inespecífica de agentes que afectan dichos iones; tal es el caso de las enzimas con hierro que son intoxicadas
por medio del cianuro o el H2S. De la misma manera, la adición de oxalato a un sistema puede precipitar el
calcio o el magnesio, e impedir la actividad de enzimas que los requieren.
22. Antagonismo metaboloco (antimetabolitos)
Las enzimas pueden ser inhibidas por diversos compuestos, especialmente los que presentan una estructura
parecida al sustrato natural, como expresó en el caso del ácido malónico y el ácido succínico con respecto a la
deshidrogenasa succínica.
Esta inhibición se denomina metabolitos las sustancias presentes o producidas en el curso del metabolismo
celular, y antimetabolitos las sustancias parecidas a aquéllos, y que impiden su aprovechamiento y utilización
; en general, se trata de sustancias que compiten, a nivel enzimático, en vista de su parecido estructural, con
los metabolitos naturales.
Numerosos hongos, actinomicetos, bacterias, etc., producen sustancias que muestran actividad contra otros
microorganismos. Estas sustancias se han denominado antibióticos y, en principio, se deben considerar como
antimetabolitos que impiden, por razones de competencia , el crecimiento de determinadas formas
microbianas. En medicina ha resultado del mayor interés el aislamiento y la actividad de los antibióticos, ya
que en ciertas condiciones se usan para reprimir el desarrollo de gérmenes patógenos para los seres humanos.
El estudio de los antimetabolitos probablemente se inició al observar que numerosas bacterias podían crecer
en un medio que tuviera sulfanilamida, que normalmente es un inhibidor de su crecimiento, siempre que se
añadieran grandes cantidades de ácido p−aminobenzoico, una vitamina necesaria para la nutrición celular. En
vista del parecido estructural entre las dos moléculas, la sulfanilamida y el ácido p−aminobenzoico, se aceptó
que los fenómenos de inhibición tenían una base estructural.
Entre los antibióticos, existen algunos de gran utilidad terapéutica, como la penicilina, aislada de diversos
hongos Penicillium ; la estreptomicina, proveniente de cultivos de Streptomyces griseus, y las tetracilinas,
sustancias que tienen amplio campo de acción de diversas infecciones producidas por bacterias grampositivas
o gramnegativas. Químicamente, son sustancias complejas formadas por distintos grupos :por ejemplo, la
estreptomicina contiene glucosamina, estreptosa y estreptidina. Algunos antibióticos son péptidos, de tipo
básico, aislados de bacterias, tales como la gramicidina y las tirocidinas. Un ejemplo peculiar de antibiótico
producido por el hongo Pemicillium notatum es la notatina, idéntica a la enzima glucosa oxidasa que ataca a
la glucosa permitiendo su conversión a gluconolactona y ácido glucónico ; es posible que de esta manera
ejerza su acción de antibiótico.
Muchos antimetabolitos suelen intervenir de modo específico a nivel de las coenzimas o de los grupos
prostéticos, cuando éstos son del tipo de las vitaminas. Se trata, por lo tanto, en estos casos, de antivitaminas ,
muy comunes en las del grupo B. Así, la tiamina modificada en su estructura química para formar piritiamina
o oxitiamina, no participa en los procesos de descarboxilación.
El ácido piridín − 3 sulfónico impide la acción de la vitamina natural parecida a él, o ácido nicotínico y
perturba numerosas reacciones de deshidrogenación. La piridoxina es antiorganizada por la desoxipiridoxina y
la biotina, de la misma manera, por la destiobiotina. Se han preparado numerosas sustancias parecidas a las
bases púricas y pirimidínicas con la finalidad de bloquear los sistemas de formación de proteína, que
dependen de la presencia de ácidos nucleicos que contienen dichas bases, en el interior de la células; estos
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trabajos se han planeado para deprimir la velocidad de desarrollo de células cancerosas. Entre las sustancias
obtenidas en fechas recientes se puede señalar el grupo del 5 − fluorouracilo, que produce inhibición tumoral
por el siguiente mecanismo, que puede ser común a un gran número de sustancias con estas propiedades : en
el tumor falta la enzima que destruye el antimetabolito, en este caso el 5 − fluorouracilo, el cual se vuelve
muy agresivo hacia el tumor ya que no es degradado por él; en cambio, dicha sustancia es menos tóxica para
el tejido normal que sí está en posibilidad de destruirlo.
23. Inhibicion alosterica
De gran importancia en el fenómeno de la actividad enzimática es el hecho de que, en las proteínas, pueden
existir dos (o cuando menos dos) sitios diferentes desde el punto de vista estereo− específico y que, además,
estén en lugares distintos. Un de estos sitios es el centro activo, donde el sustrato es atacado para dar origen a
los productos de la reacción y por lo tanto donde reside el aspecto funcional de la proteína. El otro sitio
denomina sitio alostérico y en él puede acomodarse de manera complementaria − pero reversible − alguna
sustancia llamada efector alostérico ; al efectuarse esta unión se produce una alteración discreta de la
estructura de la proteína, la transición alostérica, que modifica la actividad biológica de la proteína, porque
altera la distancia, las propiedades del sitio activo.
Es muy importante que el efector alostérico normal no tiene relación química o metabólica alguna con el
sustrato de dicha enzima y que su acción tan específica se debe a que altera de tal modo la conformación de la
proteína que modifica su centro activo.
El efecto alostérico se ha estudiado de manera especial en bacterias, pero ocurre también en animales
superiores. En un principio se reconoció como un efecto inhibidor que, por su características, fue denominado
"por retro− alimentación" o "por producto final" . En rigor, en las bacterias, es la regla que el metabolito
formado al final de un camino metabólico, resulte un poderoso inhibidor de su propia síntesis. Parte de la
explicación de este efecto (pág. 535) se debe a que dicho metabolito inhibe específicamente a una sola enzima
localizada en el camino metabólico que forma a dicha sustancia, y de manera curiosa, la enzima sensible al
metabolito final es la primera de este camino metabólico.
En un ejemplo de camino A B C D E, siendo E el metabolismo final, éste inhibiría a la primera enzima la que
forma B a partir de A. En este capítulo en que se estudia la regulación metabólica se analizan con detalle
algunos de estos ejemplos y las reacciones químicas individuales afectadas. La inhibición alostérica demuestra
la alta especialización de las enzimas que reconocen tanto al sustrato como al inhibidor, siendo muy
específicas para ambos. Como químicamente el sustrato y el efector alostérico son muy distintos, se acepta
que la unión con la enzima debe efectuarse en sitios diferentes, lo que ha demostrado con mutantes
bacterianas no sensibles al efector alostérico . Además, no hay interacción directa entre el sustrato y el
inhibidor puesto que los sitios receptores están muy separados.
Las proteínas alostéricas pueden corresponder a polímeros, es decir, a moléculas compuestas de sub−
unidades idénticas, con ejes de simetría definidos. El hecho de que se agreguen las subunidades, por una parte,
y el que al estar en forma polimérica adopten diversas situaciones conformaciones, hace susceptibles a la
enzima a los inhibidores, o por el contrario, a recibir (fig. 3−10) al sustrato y llevar a efecto su acción
característica. Más aún, para el caso de la transcarbamilasa aspártica se ha demostrado que una subunidad se
combina con el sustrato y otra, distinta, con el inhibidor. Estos fenómenos adquieren una importancia de tipo
general, al demostrarv que es factible modificar la acción de las enzimas por cambios en la estructura
cuaternaria de las proteínas, basados en la asociación y disociación de subunidades. Algunos ejemplos
particulares son los siguientes : la deshidrogenasa glutámica, con peso molecular de cerca de 1 millón puede
partirse en subunidades de 250 000 por diversos agentes : DPN, ADP, estrógenos tiroxina y ciertos
aminoácidos . Otro ejemplo es la carboxilasa de la acetil coenzima. A, que es activada por la adición de
citrato, el cual cambia el coeficiente de sedimentación de la enzima de 18 S a 43 S, o sea la molécula pasa a
forma de polímero activo a partir de monómeros inactivos. Un caso ya clásico es el de la fosforilasa inactiva
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que se convierte en activa cuando se fosforila; la estructura inactiva está formada por 2 unidades y la activa
por 4.
24. Enzimas: regulacion de actividades
La regukacion del metabolismo logra la homeostacia
La regulación de la actividad enzimática contribuye en gran parte a preservar la homeostasia que, mantiene un
entorno intracelular e intraorgánico relativamente constante en presencia de fluctuaciones amplias en al medio
ambiente externo, como cambios de temperatura, presencia o ausencia de agua o tipos específicos de
alimentos.
Como conservar la homeostasia
Las concentraciones locales de sustrato , compartición de enzimas y secreción como proenzimas o cimogenos
( como por ejemplo la quimiotripsina ) sin actividad catalítica contribuyen a la regulación de los procesos
metabólicos . Además , las alteraciones rápidas y mínimas en la actividad catalítica de enzimas reguladas
clave tienen funciones importantes en la canalización selectiva de metabolitos hacia uno u otro proceso
metabólico .
Las enzimas reguladoras
Tienden a ser aquellas que catalizan una reacción temprana única ( con frecuencia la primera ) de una
secuencia determinada de reacciones metabólicas .
La actividad catalítica de las enzimas reguladas puede modularse por ejemplo ,cambios repetidos entre
estados bajo y alto de actividad catalítica ; cuando no hay síntesis proteínica nueva ni degradación proteínica .
La modulación se logra cuando matabolitos específicos se unen en forma covalente y no covalente, a la
enzima regulada en general a sitios ( alostéricos ) bastantes separados del sitio catalítico .
Tres mecanismos generales regulan la actividad enzimatica
Por ejemplo el flujo neto de carbono en una reacción catalizada en una reacción enzimática podría ser influido
• Cambiando la cantidad absoluta de enzima presente .
• Alterando el tamaño del conjunto de sustancias reaccionantes distintas de la enzima.
• Alterando la eficacia catalítica de la enzima (estas tres opciones son utilizadas e casi todas las formas de
vida).
La modulación de actividad enzimática por cambios en la conformación del sitio catalítico puede incluir la
alteración de Km para un sustrato de Vmax para la reacción global o para efectos sobre los dos, Km y Vmax.
A menudo las curvas de saturación de sustrato para la inhibición alostérica son sigmoideas, por ende la
ecuación de Michaelis Menten no se aplica.
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