¿Qué son las enzimas?

Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores dentro de las células vivas. Los catalizadores aumentan la velocidad a la que ocurren las reacciones químicas sin ser consumidos o alterados permanentemente. Una reacción química es un proceso que convierte una o más sustancias (conocidas como reactivos, reactivos o sustratos) en otro tipo de sustancia (el producto). Como catalizador, una enzima puede facilitar la misma reacción química una y otra vez.

Estructura y función

Como todas las proteínas, las enzimas están compuestas por una o más cadenas largas de aminoácidos interconectados. Cada enzima posee una secuencia única de aminoácidos que hace que se pliegue en una forma característica. La secuencia de aminoácidos de una enzima está determinada por un gen específico en el núcleo de la célula. Esto asegura que cada copia de la enzima sea igual a todas las demás. En la superficie de cada enzima hay una hendidura especial llamada sitio activo , que proporciona un lugar donde los reactivos pueden «encontrarse» e interactuar. Al igual que un candado y su llave, el sitio activo de una enzima solo admitirá ciertos reactivos, y solo un tipo de reacción química puede ser catalizada por una enzima determinada. Por ejemplo, durante la fabricación de hemoglobina (el pigmento que transporta oxígeno en los glóbulos rojos), se debe insertar un solo átomo de hierro en el centro de la molécula para que sea funcional. Una enzima llamada ferroquelatasa une los reactivos (hierro y la molécula vacía), cataliza su unión y libera una molécula que contiene hierro. Esta es la única reacción catalizada por la ferroquelatasa. Tenga en cuenta que las enzimas pueden combinar reactivos (como en la síntesis de hemoglobina), pueden dividir un solo reactivo en múltiples productos, o simplemente pueden transformar un solo reactivo en un solo producto que se ve diferente del reactivo original.

Cuando los reactivos entran en el sitio activo de una enzima, la enzima sufre un cambio temporal de forma que fomenta la interacción entre los reactivos. Una vez completada la reacción química, se libera un producto específico del sitio activo, la enzima recupera su conformación original y la reacción puede comenzar de nuevo con nuevos reactivos. Muchas enzimas se incorporan a las vías metabólicas. Una vía metabólica es una serie de reacciones químicas que transforman uno o más reactivos en un producto final que necesita la célula. Las enzimas en una vía metabólica, al igual que las personas que pasan un balde de agua a lo largo de una brigada de baldes, mueven un reactivo hasta que se produce el producto final. Una vía metabólica puede ser bastante corta o puede tener muchos pasos y múltiples enzimas. La vía metabólica que convierte el triptófano (un aminoácido que se encuentra en las proteínas de la dieta) en serotonina (una sustancia química necesaria para el funcionamiento normal del cerebro) tiene solo dos pasos. Para funcionar, muchas enzimas requieren la ayuda de cofactores o coenzimas. Los cofactores son a menudo iones metálicos, como zinc, cobre, hierro o magnesio. El magnesio, uno de los cofactores más comunes, activa cientos de enzimas, incluidas las que fabrican ADN y muchas que ayudan a metabolizar los carbohidratos. Muchas coenzimas se derivan de las vitaminas. De hecho, una de las principales razones por las que necesita vitaminas en su dieta es proporcionar la materia prima para las coenzimas esenciales. Por ejemplo, la vitamina C es necesaria para la enzima que produce colágeno y construye una piel sana, una coenzima derivada de la vitamina B12 es necesaria para sintetizar el aislamiento alrededor de las células nerviosas y una coenzima a base de vitamina B6 es vital para producir serotonina. Las coenzimas y cofactores se unen a los sitios activos de las enzimas y participan en la catálisis, pero generalmente no se consideran reactivos ni se convierten en parte del producto o productos de la reacción. En muchos casos, los cofactores y coenzimas funcionan como portadores intermedios de electrones, átomos específicos o grupos funcionales que se transfieren durante la reacción general.

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¿Por qué necesitamos enzimas?

Una de las leyes inmutables de la naturaleza es que se requiere energía para iniciar una reacción química. Después de todo, si quieres cambiar algo, tienes que esforzarte un poco. Para cada reacción química, la energía de activación, una cantidad específica de energía, debe aplicarse a los reactivos antes de que la reacción continúe. La energía de activación es como una colina entre los reactivos y el producto, y los reactivos deben empujarse sobre esta colina antes de que la reacción pueda continuar.

Ahí es donde entran las enzimas: bajan la «colina» de energía para que las reacciones químicas puedan iniciarse más fácilmente y proceder en condiciones que son «favorables para las células». Las enzimas a lo largo de una vía metabólica también pueden dividir una reacción química de alta energía en muchos pasos, cada uno de los cuales requiere solo una fracción de la energía necesaria para todo el proceso. Finalmente, las enzimas pueden acelerar la velocidad de una reacción millones de veces, lo cual es fundamental para las células que a menudo necesitan grandes cantidades de un producto en particular en tan solo unos segundos.

Regulación de la actividad enzimática

Aunque sus células no podrían funcionar sin enzimas, no se puede permitir que sus actividades catalíticas continúen sin control. Esto conduciría a un consumo innecesario de materias primas y desviaría energía de otros procesos críticos. Por el contrario, sus células deben poder producir rápidamente más copias de una enzima determinada cuando aumentan las necesidades metabólicas. Para abordar estas situaciones, las células activan y desactivan las enzimas regulando su actividad (inhibición por retroalimentación) o aumentando o disminuyendo su disponibilidad (control genético). La inhibición por retroalimentación ralentiza la actividad de una enzima cuando su producto (o un producto final de una vía metabólica) comienza a acumularse. La inhibición por retroalimentación se puede lograr de forma competitiva o no competitiva.

En la inhibición competitiva , la actividad de una enzima se ralentiza o se detiene cuando el producto final de su vía metabólica se adhiere al sitio activo de la enzima y evita que interactúe con sus reactivos habituales. En otras palabras, el inhibidor compite directamente por el sitio activo apartando los reactivos con un codazo.
En la inhibición no competitiva , el inhibidor se une a un segundo sitio de la enzima llamado sitio alostérico. Esto cambia la forma del sitio activo de la enzima y evita que interactúe con sus reactivos.

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El control genético es un proceso complejo que se guía desde el interior del núcleo de una célula. Cuando se necesitan más productos de una enzima específica, las proteínas reguladoras se unen al ADN de la célula y ‘activan’ los genes que producen esa enzima. Por el contrario, cuando una enzima en particular o una vía metabólica comienza a producir demasiado producto, diferentes proteínas reguladoras detienen la producción de la enzima al unirse al ADN de la célula y desactivar esos mismos genes.

Etiquetado

Los científicos están descubriendo constantemente nuevas enzimas. Las enzimas recién descubiertas se nombran según el reactivo sobre el que actúan, seguido de la acción que realizan. El sufijo -asa se agrega al nombre para identificarlo como una enzima. Siempre que vea -ase al final de un nombre químico largo, puede apostar que se trata de una enzima. Por lo tanto, la sacarasa es una enzima digestiva que descompone la sacarosa (azúcar de mesa) y la alcohol deshidrogenasa es una enzima que desintoxica el alcohol mediante la eliminación de átomos de hidrógeno.

Resumen de la lección

En pocas palabras, las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores dentro de las células vivas. Las enzimas proporcionan la energía que necesitamos para funcionar. Cada célula viva contiene cientos o incluso miles de enzimas, todas interactuando en una danza coordinada que mantiene la célula funcionando de manera eficiente y, en el caso de organismos multicelulares como los humanos, trabajando juntos por el bien de todos.

Notas sobre enzimas

Las enzimas son proteínas que sirven como catalizadores y reducen la necesidad de reacciones químicas específicas dentro de una célula.
Las enzimas suelen formar parte de las vías metabólicas.
A veces se necesitan coenzimas o cofactores para que una enzima funcione
Las enzimas están controladas por inhibición por retroalimentación competitiva o no competitiva

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Los resultados del aprendizaje

Si ve esta lección hasta el final, entonces debería poder cumplir con los siguientes objetivos:

Explicar el papel de las enzimas en las células.
Recuerde qué insumos necesitan las enzimas para ayudar en las reacciones.
Describir cómo se controlan o fomentan las acciones de una enzima.

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Rodrigo Ricardo Editor y fundador

¿Qué son las enzimas? – Definición y explicación