Función y Clasificación de las Enzimas en la Biología Celular

Enzimas: Catalizadores Biológicos Esenciales

Las enzimas, o catalizadores biológicos, aceleran las reacciones celulares debido a su capacidad de unirse específicamente a un gran número de moléculas (ligandos). Son proteínas globulares, aunque algunos RNA también poseen actividad catalítica, denominándose Ribozimas. Su localización celular puede ser soluble o extracelular.

Propiedades de las Enzimas

1. Gran poder catalítico: Aumentan la velocidad de reacción. Las enzimas aceleran la consecución del equilibrio, pero no varían su posición.
2. Condiciones de reacción suaves: pH 7 y 37ºC.
3. Alta especificidad: Tanto en la reacción que catalizan como en la selección de las sustancias reaccionantes, denominadas sustratos.
4. Capacidad de regulación.

Las enzimas son catalizadores muy específicos, catalizan una sola reacción o un grupo de reacciones muy relacionadas, siendo raras las reacciones laterales. El grado de especificidad por el sustrato puede ser absoluto, incluyendo la estereoespecificidad.

Centro Activo

Es la región que se une al sustrato y contiene residuos que participan directamente en la producción y ruptura de enlaces (grupos catalíticos).

Características del Centro Activo:

1. Es una hendidura tridimensional formada por grupos que provienen de diferentes partes de la secuencia lineal de aminoácidos.
2. Es una proporción pequeña del volumen total de la enzima.
3. Son hendiduras en la estructura tridimensional de la proteína, con carácter no polar, lo que facilita un microambiente apropiado para la unión con el sustrato o la catálisis.
4. Los sustratos se unen a las enzimas por numerosas fuerzas débiles.
5. La especificidad del enlace depende de la disposición exactamente definida de los átomos del centro activo.

Modelo de ajuste inducido: El centro activo tiene una forma complementaria a la del sustrato solamente después de que el sustrato se una a él.

Catálisis Enzimática

Para que una reacción, catalizada o no, ocurra, deben cumplirse tres condiciones:

1. Los sustratos deben colisionar.
2. La colisión molecular tiene que ocurrir en la orientación adecuada.
3. Los sustratos deben poseer suficiente energía. Las enzimas aumentan la probabilidad de orientación adecuada y disminuyen la energía de activación (Ea).

Estado de Transición y Energía de Activación (Ea)

Una reacción que transforma sustratos (S) en productos (P) transcurre por un estado de transición, en el que se alinean grupos reactivos, se forman cargas inestables transitorias, se reordenan enlaces, y otras transformaciones para que tenga lugar la reacción. Es un estado muy inestable por la elevada energía libre, que tiene mayor energía libre que S o P, y a partir de la cual es igualmente probable que la reacción transcurra en uno u otro sentido.

ΔGº' = Variación de energía libre de la reacción. ΔG" = Ea, energía necesaria para alcanzar el estado de transición. A mayor ΔG", menor velocidad de reacción y viceversa.

Clasificación de las Enzimas

1. Oxidorreductasas: Oxido-reducción (deshidrogenasas, oxidasas, oxigenasas).
2. Transferasas: Transferencia de grupos funcionales (quinasas, transaminasas, fosforilasas).
3. Hidrolasas: Hidrólisis, transferencia de grupo funcional (amilasas, fosfatasas, proteasas).
4. Liasas: Adición o separación de grupos para formar dobles enlaces (desaminasas, hidratasas).
5. Isomerasas: Transferencia intramolecular de grupos (mutasas).
6. Ligasas: Unión de dos sustratos con la hidrólisis de ATP.

Cofactores

Son moléculas pequeñas que poseen propiedades fisicoquímicas que no posee la cadena polipeptídica de la enzima.

Apoenzima + Cofactor = Holoenzima

• Holoenzima = Enzima funcional completa.
• Apoenzima = Componente proteico de la enzima.

Tipos:

• Metales: Cuando el cofactor es un ion metálico, se llaman metaloenzimas.
• Moléculas orgánicas pequeñas: Coenzimas, que se asocian transitoriamente a la enzima actuando como cosustratos, o como grupos prostéticos asociados permanentemente a la enzima.

Los iones metálicos participan en la catálisis de tres formas:

1. Mediando reacciones de óxido-reducción.
2. Estabilizando cargas negativas.
3. Uniéndose al sustrato y facilitando su orientación.