Anhidrasa carbónica: Definición, formula, reacciones y función
¿Qué es la anhidrasa carbónica?
El cuerpo humano equilibra diariamente los gases y minerales manteniendo un perfecto equilibrio de pH. La anhidrasa carbónica es una enzima que se encuentra en los seres humanos y otros seres vivos para convertir el dióxido de carbono y el agua en ácido carbónico. Esta reacción ayuda a transportar iones de bicarbonato a los pulmones para exhalarlos como dióxido de carbono. La anhidrasa carbónica se encuentra en muchos organismos vivos con ligeras variaciones, pero cada forma de la enzima requiere un ion de zinc en su sitio reactivo.
¿Dónde se encuentra la anhidrasa carbónica?
La enzima anhidrasa carbónica está presente en mamíferos, plantas, algas y bacterias. En el mundo vegetal, las plantas utilizan el dióxido de carbono del aire y lo convierten en energía. La anhidrasa carbónica ayuda con la fotosíntesis al permitir que la forma gaseosa de dióxido de carbono se almacene como iones de bicarbonato en el tejido vegetal.
La anhidrasa carbónica también ayuda con la formación de calcificación en los arrecifes de coral. El calcio que se encuentra en el agua de mar reacciona con los iones de bicarbonato que produce la anhidrasa carbónica. Esto forma carbonato de calcio que forma el exterior calcificado del coral.
La anhidrasa carbónica se encuentra en múltiples lugares del cuerpo:
- Glóbulos rojos: convierten el gas de dióxido de carbono en iones que pueden viajar a los pulmones para expulsar el dióxido de carbono.
- Mucosa gástrica del estómago: ayuda a la formación de ácido clorhídrico utilizado en la digestión.
- Células pancreáticas: equilibrio del pH en la digestión para alcalinizar las secreciones
- Riñones: acidifica la orina y ayuda con la reabsorción de bicarbonato
- Ojos: afecta el líquido del globo ocular interno.
- Saliva: equilibrio del pH para que la saliva sea neutra
Función de anhidrasa carbónica
La anhidrasa carbónica funciona para convertir el dióxido de carbono y el agua en ácido carbónico. Luego, el ácido carbónico se cataliza a iones de hidrógeno y bicarbonato. La reacción es necesaria para transferir iones y gases por todo el cuerpo a una forma que pueda ser absorbida o eliminada como desecho.
Anhidrasa carbónica en la salud y la enfermedad
La función de la anhidrasa carbónica difiere según su ubicación en el cuerpo. En el estómago, las células parietales de la mucosa gástrica convierten el dióxido de carbono y el ácido carbónico en ácido clorhídrico, un ácido potente que se utiliza para descomponer las partículas de alimentos. Los riñones juegan un papel importante en el mantenimiento del equilibrio del pH del cuerpo. La anhidrasa carbónica actúa en los túbulos renales para afectar este equilibrio mediante la reabsorción de iones de bicarbonato y la acidificación de la orina para reducir los niveles altos de ácido.
En los pulmones, la anhidrasa carbónica juega un papel importante en la eliminación del dióxido de carbono del cuerpo. Cuando los humanos inhalan, el oxígeno se difunde en la sangre para ayudar con las reacciones metabólicas. El oxígeno se absorbe en la sangre y se adhiere a los glóbulos rojos. A medida que se utiliza el oxígeno, el cuerpo debe eliminar los desechos de dióxido de carbono que se producen. La mayor parte (75%) del dióxido de carbono se convierte en ácido carbónico y se transporta a los pulmones para su eliminación. Cuando los glóbulos rojos llegan a los pulmones, los iones se vuelven a convertir en dióxido de carbono para ser expulsados del cuerpo.
Los inhibidores de la anhidrasa carbónica bloquean la reacción de la enzima y se pueden usar para tratar el glaucoma, los trastornos convulsivos, el mal de altura y la insuficiencia cardíaca. Cuando la función de la enzima se bloquea, aumenta los niveles de bicarbonato en la orina y aumenta la eliminación de agua. En el glaucoma, los inhibidores de la anhidrasa carbónica reducen el nivel de líquido dentro del globo ocular para disminuir la presión ocular elevada. La insuficiencia cardíaca congestiva provoca un aumento del edema y la acumulación de líquido en los tejidos. Los inhibidores de la anhidrasa carbónica actúan a nivel de los riñones para eliminar líquidos del organismo.
Reacción de anhidrasa carbónica
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La fórmula de la anhidrasa carbónica demuestra la conversión de dióxido de carbono y agua en ácido carbónico, que luego se convierte en iones de hidrógeno e iones de bicarbonato. La reacción de la anhidrasa carbónica difiere en los pulmones y los tejidos.
En los tejidos, el dióxido de carbono se produce a partir de procesos metabólicos y la enzima convierte el dióxido de carbono y el agua en bicarbonato soluble para ser transportado por la sangre. En los pulmones, los iones de bicarbonato de los tejidos distantes se vuelven a convertir en dióxido de carbono y agua para ser eliminados con cada exhalación. La reacción de la anhidrasa carbónica puede ocurrir naturalmente en los tejidos, pero la presencia de la enzima hace que la reacción ocurra 100 veces más rápido.
Mecanismo de anhidrasa carbónica
Los pasos en el mecanismo de la anhidrasa carbónica demuestran la transición de dióxido de carbono a bicarbonato ionizado e hidrógeno.
Los pasos del mecanismo son los siguientes:
1. El mecanismo de la anhidrasa carbónica comienza con una enzima vacía.
2. El sitio activo de la enzima contiene un ion de zinc.
3. Cuando el dióxido de carbono se une a la enzima, se agrega un hidróxido para formar ácido carbónico.
4. Las histidinas cercanas llevan agua al sitio de iones de zinc y la convierten en un grupo hidroxilo.
5. La reacción produce un protón (ion hidrógeno) y un ion bicarbonato.
Resumen de la lección
La anhidrasa carbónica es una enzima que cataliza la reacción para convertir el dióxido de carbono y el agua en bicarbonato soluble e iones de hidrógeno. Las plantas, los mamíferos, las algas y las bacterias utilizan la anhidrasa carbónica en el metabolismo. En los mamíferos, la anhidrasa carbónica se puede encontrar en los ojos, los glóbulos rojos, los riñones, el páncreas y el estómago. La enzima ayuda al cuerpo a eliminar los desechos y a mantener un pH y un equilibrio de líquidos adecuados. Las plantas usan anhidrasa carbónica en la fotosíntesis para almacenar dióxido de carbono del aire como iones de bicarbonato solubles. Los arrecifes de coral se calcifican utilizando el bicarbonato producido por la anhidrasa carbónica en una reacción con el calcio del agua de mar. La acción de la enzima anhidrasa carbónica depende de una molécula de zinc en su estructura para funcionar. La fórmula de la anhidrasa carbónica es la siguiente:
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
En los tejidos del cuerpo, el metabolismo provoca una acumulación de desechos de dióxido de carbono. El cuerpo elimina dióxido de carbono en los pulmones con cada exhalación. La anhidrasa carbónica convierte estos productos en iones de bicarbonato que pueden transportarse a través del torrente sanguíneo. Cuando los iones solubles llegan a los tejidos pulmonares, la anhidrasa carbónica vuelve a convertir el bicarbonato en dióxido de carbono para ser eliminado en la espiración. La anhidrasa carbónica mantiene el equilibrio del pH a través de reacciones en el páncreas, la saliva y el estómago. Los inhibidores de la anhidrasa carbónica son medicamentos que se usan para bloquear la función de la enzima. Estos inhibidores pueden tratar el glaucoma, las convulsiones, la insuficiencia cardíaca y el mal de altura. Reducen los niveles de líquido intraocular en el glaucoma o se utilizan en la insuficiencia cardíaca para eliminar líquido a través de los riñones.
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