Fundamentos de las Enzimas: Estructura, Mecanismo de Acción y Cinética Bioquímica

ENZIMAS

CARACTERÍSTICAS GENERALES

Las enzimas son catalizadores biológicos que presentan las siguientes propiedades:

• Son proteínas globulares, compuestas por aminoácidos (aa) estructurales, de fijación y catalizadores.
• Aceleran significativamente las reacciones biológicas.
• No se consumen durante la reacción.
• Actúan a la temperatura de los seres vivos.
• Poseen una alta actividad (pueden aumentar la velocidad de reacción hasta $10^6$ veces).
• Presentan una masa molecular elevada.
• Muestran alta especificidad, actuando generalmente sobre un sustrato específico.
• Algunas se sintetizan como formas inactivas, denominadas zimógenos o proenzimas, que se activan posteriormente por otras enzimas.

ESTRUCTURA ENZIMÁTICA

Las enzimas pueden ser simples (formadas únicamente por una cadena peptídica) o complejas (holoenzimas).

Holoenzimas (Enzimas Complejas)

Una holoenzima está compuesta por dos partes:

• Parte proteica: Apoenzima (si está unido un grupo prostético, este forma parte de la apoenzima).
• Parte no proteica: Cofactor.

Tipos de Cofactores

• Inorgánico: Iones metálicos.
• Orgánico: Coenzimas.

Las coenzimas se unen al apoenzima durante la reacción y actúan como transportadores de grupos químicos, modificándose durante el proceso.

Clasificación de Coenzimas

• Coenzimas de óxido-reducción: Transportan $H^+$ y $e^-$.
• Coenzimas de transferencia: Transportan radicales.

Centro Activo

El Centro Activo es la región de la enzima que se une al sustrato. Representa una pequeña parte de la enzima y posee una estructura tridimensional específica que favorece la unión al sustrato. Está formado por aminoácidos:

• De fijación: Establecen enlaces débiles con el sustrato.
• Catalizadores: Provocan la ruptura de enlaces del sustrato, modificándolo.

MECANISMO DE ACCIÓN

El mecanismo de acción se caracteriza por la alta especificidad entre la Enzima (E) y el Sustrato (S). Existen varios modelos que explican esta interacción:

Modelos de Interacción E-S

• Modelo de Complementariedad (Llave-Cerradura): Propone estructuras rígidas que encajan perfectamente.
• Modelo del Ajuste Inducido: La enzima sufre modificaciones conformacionales en su estructura para unirse al sustrato.
• Modelo del Apretón de Manos: Tanto la enzima como el sustrato sufren modificaciones en su estructura para acoplarse.

ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

La reacción enzimática sigue la siguiente secuencia:

$E + S \rightarrow E – S \rightarrow E-P \rightarrow E + P$

Donde:

1. Unión (Formación del complejo Enzima-Sustrato, E-S).
2. Reacción (Transformación del sustrato).
3. Liberación (Separación de la Enzima y el Producto, P).

Las reacciones pueden involucrar 1 sustrato, 2 sustratos a la vez, o 2 sustratos sucesivos.

CINÉTICA ENZIMÁTICA Y PARÁMETROS DE MICHAELIS-MENTEN

La velocidad de la reacción ($V$) se mide en Producto ($P$) por unidad de tiempo: $V = P/T$.

La representación gráfica de la velocidad en función de la concentración de Sustrato ($[S]$) es una hipérbola.

A medida que aumenta $[S]$, la velocidad de la reacción aumenta hasta que la enzima se satura, alcanzando la Velocidad Máxima ($V_{max}$).

Constante de Michaelis-Menten ($K_m$)

Para medir la afinidad E-S se utiliza la Constante de Michaelis-Menten ($K_m$), que es la concentración de Sustrato ($[S]$) a la que se alcanza la velocidad semimáxima ($V_{max} / 2$).

Los parámetros cinéticos clave de la enzima son $V_{max}$ y $K_m$. Con ellos se puede conocer la velocidad de la reacción para una determinada $[S]$ mediante la Ecuación de Michaelis-Menten:

$$V = \frac{V_{max} \cdot [S]}{K_m + [S]}$$