Fundamentos de la Cinética y Regulación Enzimática

Las Enzimas: Catalizadores Biológicos Esenciales

Las enzimas son catalizadores biológicos. Se pueden considerar como proteínas globulares con actividad catalítica. Es importante destacar que las enzimas no alteran el equilibrio de una reacción. Contienen un sitio activo, una región específica en la proteína globular donde ocurren las interacciones con los sustratos y se desarrolla la catálisis. Poseen un gran poder catalítico, aumentando la velocidad de una reacción hasta 10⁶ veces o más.

Son altamente específicas en la unión a los sustratos. Esta especificidad está determinada por la complementariedad entre el sitio activo de la enzima y la estructura del sustrato. Las enzimas proporcionan la proximidad y la orientación necesarias para que la reacción ocurra, y lo más importante, no se alteran permanentemente con la reacción.

Modelos para la Interacción Enzima-Sustrato

• Llave y Cerradura
• Encaje Inducido

Mecanismos de Acción Enzimática

Las enzimas reducen la energía de activación de una reacción. Una reacción catalizada por una enzima presenta una energía de activación más baja, lo que resulta en un aumento significativo de la velocidad de reacción. Las enzimas exhiben actividad dentro de un rango específico de temperaturas y presentan una temperatura óptima. Del mismo modo, tienen actividad en un rango de pH y presentan un pH óptimo.

Clasificación de las Enzimas por Tipo de Reacción

• Oxidoreductasas (deshidrogenasas): Catalizan reacciones de oxidación-reducción.
• Transferasas: Catalizan reacciones de transferencia de grupos químicos.
• Hidrolasas: Catalizan reacciones de rompimiento de enlaces mediante la adición de agua (hidrólisis).
• Liasas: Catalizan la rotura de enlaces con un reordenamiento electrónico, sin hidrólisis.
• Isomerasas: Catalizan reacciones de isomerización, es decir, la reorganización de átomos dentro de una molécula.
• Ligasas: Catalizan la unión o ligación de dos sustratos, requiriendo energía, comúnmente en forma de ATP.

Cinética de las Reacciones Enzimáticas

La velocidad de una reacción catalizada por una enzima se mide en tiempos iniciales y se determina por el incremento en la cantidad de producto formado por unidad de tiempo. Esta velocidad es directamente proporcional a la cantidad de enzima presente ([E]) y depende de la concentración de sustrato.

Constante de Michaelis (K_M)

La K_M es numéricamente igual a la concentración de sustrato a la cual la reacción procede a la mitad de su velocidad máxima (V_max). Está inversamente relacionada con la afinidad de la enzima por el sustrato. Una enzima con un valor bajo de K_M posee una alta afinidad por su sustrato.

Inhibición Enzimática

Los inhibidores son sustancias que disminuyen la actividad enzimática. Se clasifican en:

• Inhibidores Irreversibles: Forman enlaces covalentes estables con el sitio activo de la enzima, inactivándola permanentemente.
• Inhibidores Reversibles: Se unen a la enzima y previenen la formación del complejo enzima-sustrato (ES) o la liberación de productos. Se subdividen en:
  • Inhibición Competitiva: El inhibidor se asemeja estructuralmente al sustrato y compite con él por el sitio activo. La V_max se mantiene, pero la K_M aumenta.
  • Inhibición No Competitiva: El inhibidor se une a un sitio diferente al sitio activo. La V_max disminuye, mientras que la K_M se mantiene.

Regulación de la Actividad Enzimática

La actividad de las enzimas puede ser regulada a través de diversos mecanismos:

• Modificación covalente
• Modulación alostérica
• Proteólisis parcial

Enzimas Alostéricas

Muchas enzimas alostéricas presentan una estructura cuaternaria y muestran cooperatividad en la unión a sustrato. En aquellas con estructura cuaternaria, un activador estabiliza la conformación activa de la enzima, mientras que un inhibidor estabiliza la conformación inactiva.