¿Cuál es el mecanismo de actividad enzimática?

Publicado el 11 septiembre, 2020

¿Qué es una enzima?

Piense en hornear un delicioso lote de galletas. Las cookies pueden suponer mucho trabajo. Hay que medir la harina y pasar tiempo mezclando rápidamente la mantequilla y el azúcar con una cuchara de madera. De hecho, tratar de batir la mantequilla y el azúcar con una cuchara de madera puede requerir bastante energía. Sin embargo, la mayoría de las personas tienen batidores de huevos eléctricos o una elegante batidora de pie para hacer el trabajo más rápido. Estos mezcladores actúan como una pequeña molécula llamada enzima dentro de nuestras células.

Las enzimas son catalizadores de proteínas que aceleran las reacciones químicas. Así como la batidora aceleró nuestro batido de mantequilla y azúcar, las enzimas aceleran las cosas que tienen que suceder dentro de la célula. Y al igual que las galletas siguen siendo buenas si usa una batidora para hacerlas más fácilmente, el producto final en una reacción química con una enzima sigue siendo el mismo, simplemente llegamos allí de manera más eficiente.

En lugar de mantequilla y azúcar, las enzimas actúan sobre materiales de partida llamados reactivos y los convierten en productos finales. Estas son las cosas que necesita la célula. Por ejemplo, la glucosa se puede convertir en ATP y otra molécula para producir energía para la célula. Echemos un vistazo más de cerca a cómo las enzimas logran esto.

¿Cómo actúan las enzimas?

Las enzimas aceleran las reacciones químicas en el cuerpo, haciendo que las cosas vayan más rápido de lo normal. Pero, ¿cómo logran esta hazaña? Bueno, cada reacción tiene una barrera inicial llamada energía de activación. La energía de activación es como la joroba que tiene que superar la reacción antes de que pueda comenzar. Incluso las reacciones que generan una producción neta de energía todavía necesitan romper esta barrera. Piense en ello como empujar un coche que se averió. Es muy difícil comenzar, pero una vez que usted y sus amigos toman algo de impulso, el automóvil comienza a rodar y puede dejarlo a un lado de la carretera.

Las enzimas reducen la energía de activación de una reacción, lo que la ayuda a ir más rápido. Algunas enzimas, como la anhidrasa carbónica, que convierte el dióxido de carbono en bicarbonato en la sangre, hacen que la reacción proceda casi un millón de veces más rápido que sin la enzima simplemente reduciendo la energía de activación. ¿Cómo hace esto la enzima? La respuesta está en la forma en que la enzima se une a los reactivos con los que trabaja, llamados sustrato .

Modelo de cerradura y llave

Se cree que las enzimas y los sustratos se unen en un modelo llamado candado y llave . En este modelo, la enzima se considera la cerradura y la llave adecuada, o el sustrato, encaja perfectamente en ella. Cada enzima es específica de solo uno o dos sustratos, lo que le da especificidad a la enzima. Cuando la enzima se une al sustrato, hay un ligero cambio en la forma de la enzima. Se desplaza ligeramente para adaptarse mejor al sustrato. Esto se denomina ajuste inducido y se considera una extensión del modelo anterior de cerradura y llave. La cerradura y la llave no solo encajan, sino que se necesitan mutuamente para lograr el objetivo final.

Cuando la enzima se une al sustrato, lo retiene de una manera que lo orienta para la reacción. Por ejemplo, si la enzima une dos moléculas, la enzima las retiene de manera que los sitios que deberían conectarse sean fácilmente accesibles. Sin la enzima, los reactivos tendrían que aterrizar juntos al azar de esta manera, lo cual es poco probable. Aunque las enzimas aceleran las reacciones, no las modifican. El resultado final sigue siendo el mismo, ya sea que use una enzima o no. La única diferencia es la rapidez con la que se realiza.

Catálisis de iones metálicos

Hay varias formas en que las enzimas pueden catalizar sustratos en productos. Solo veremos un ejemplo en el que las enzimas usan metales para ayudar a acelerar las reacciones.

La anhidrasa carbónica es una enzima que utiliza catálisis de iones metálicos. Convierte el dióxido de carbono y el agua en iones de bicarbonato e hidrógeno, y también puede catalizar la reacción inversa cuando sea necesario. Esta reacción tiene lugar en la sangre y es necesaria para mover el dióxido de carbono de nuestra sangre a nuestros pulmones, donde podemos exhalarlo con seguridad.

Dentro del sitio activo, o el lugar donde se une el sustrato, la anhidrasa carbónica tiene un ion zinc. El ion zinc dentro del sitio activo toma un átomo de hidrógeno del agua, lo que permite que el agua se vuelva negativa. El ión de agua negativo, llamado grupo hidróxido, ataca al dióxido de carbono. El dióxido de carbono toma el grupo hidroxilo del zinc, se convierte en bicarbonato y deja un ion hidrógeno. Al final, el zinc se deja como lo encontramos, lo cual es cierto para todas las enzimas. Las enzimas nunca se agotan en una reacción; los reciclamos para hacer la reacción nuevamente.

Piense en este proceso como una partida de ajedrez. El zinc inicia el juego, atacando un oxígeno como un caballo que se dirige hacia un peón. Entonces el peón tiene su propio plan y se mueve de nuevo, como el agua ataca al dióxido de carbono. El dióxido de carbono tiene su propio movimiento, que es tomar el peón. Las enzimas se mueven a través de una serie de pasos, como en un juego de ajedrez, para obtener un resultado final.

Resumen de la lección

Revisemos. Una enzima es un catalizador de proteínas que acelera las reacciones químicas. Lo hace disminuyendo la energía de activación de una reacción. Las reacciones pueden acelerarse más de un millón de veces mediante enzimas como la anhidrasa carbónica, que utiliza iones de zinc para convertir el dióxido de carbono y el agua en iones de hidrógeno y bicarbonato. Las enzimas utilizan un modelo de cerradura y llave , donde el sustrato encaja perfectamente dentro de la enzima. Una vez adherido, el sustrato provoca un ajuste inducido en la enzima, donde la enzima cambia de forma para que encaje aún mejor. La enzima orienta los reactivos de una mejor manera entre sí y utiliza moléculas como metales para acelerar la reacción.

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