Fundamentos de las Enzimas: Mecanismo, Clasificación IUBMB y Regulación Bioquímica

1. Fundamentos de las Enzimas: Definición y Propiedades Clave

Las enzimas son biomoléculas (generalmente proteínas, salvo ribozimas) que actúan como catalizadores biológicos, acelerando las reacciones químicas del metabolismo sin consumirse. Son esenciales para la vida, pues permiten que las reacciones ocurran a velocidades compatibles con la fisiología celular.

Propiedades Generales de los Catalizadores Enzimáticos

• Incrementan drásticamente la velocidad de reacción (hasta 10⁶ veces).
• No alteran el equilibrio termodinámico de la reacción.
• Se regeneran al final del proceso catalítico.
• Actúan en concentraciones muy bajas.
• Poseen una alta especificidad por su sustrato, evitando reacciones colaterales.

2. Mecanismo de Acción Enzimático

Las enzimas actúan uniéndose a su sustrato en una región específica llamada centro activo. Esta unión forma el complejo enzima-sustrato, que facilita la transformación del sustrato en productos disminuyendo la energía de activación requerida.

Tras la catálisis, la enzima se libera intacta y puede iniciar un nuevo ciclo.

Modelos de Unión Enzima-Sustrato

1. Llave-Cerradura: El sustrato encaja perfectamente en el centro activo.
2. Ajuste Inducido: La enzima cambia de forma ligeramente al unirse al sustrato, optimizando la interacción.

3. Componentes Estructurales de las Enzimas

• Apoenzima: Parte proteica de la enzima.
• Cofactor: Parte no proteica esencial para la función catalítica. Puede ser un ion metálico (Fe²⁺, Zn²⁺, Mg²⁺) o una molécula orgánica.
• Holoenzima: Enzima funcional completa (Apoenzima + Cofactor).
• Coenzimas: Moléculas orgánicas que actúan como cofactores, muchas derivadas de vitaminas (NAD⁺, FAD, CoA).
• Grupos Prostéticos: Coenzimas unidas covalentemente y de forma permanente a la enzima.

4. Clasificación de Enzimas (IUBMB)

Según la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB), las enzimas se clasifican en 6 grandes clases:

1. Oxidoreductasas: Catalizan reacciones de óxido-reducción (ej. deshidrogenasas).
2. Transferasas: Transfieren grupos funcionales entre moléculas (ej. quinasas).
3. Hidrolasas: Rompen enlaces por adición de agua (hidrólisis) (ej. peptidasas).
4. Liasas: Eliminan grupos sin hidrólisis, generando dobles enlaces (ej. descarboxilasas).
5. Isomerasas: Transforman una molécula en su isómero (ej. glucosa-6-fosfato isomerasa).
6. Ligasas: Unen dos sustratos utilizando energía del ATP (ej. ADN ligasa).

El Centro Activo y la Especificidad

El centro activo es una zona tridimensional donde se une el sustrato. La especificidad se debe a la forma y a las interacciones químicas específicas. La catálisis ocurre únicamente si hay una coincidencia precisa entre sustrato y enzima.

5. Factores que Afectan la Actividad Enzimática

• Temperatura: Aumenta la velocidad hasta un punto óptimo. Temperaturas altas provocan la desnaturalización de la enzima.
• pH: Cada enzima tiene un pH óptimo. Valores extremos afectan la ionización del centro activo.
• Concentración de Sustrato ([S]): A mayor [S], mayor velocidad hasta alcanzar Vmax (punto de saturación).

6. Inhibición Enzimática

Inhibición Reversible

• Competitiva: El inhibidor compite con el sustrato por el centro activo.
• No Competitiva: Se une a otra parte de la enzima (sitio alostérico), reduciendo Vmax.
• Acompetitiva: Se une solo al complejo enzima-sustrato.

Inhibición Irreversible

El inhibidor se une de forma covalente al centro activo, inutilizando permanentemente la enzima.

7. Regulación Enzimática y Parámetros Cinéticos

Mecanismos de Regulación

• Alosterismo: Moduladores se unen a sitios diferentes del centro activo, cambiando la actividad.
• Isoenzimas: Diferentes formas moleculares de una enzima con función similar.
• Activación Proteolítica: Enzimas que se activan tras el corte de una parte de su estructura (zimógenos).
• Modificación Covalente Reversible: Fosforilación, acetilación, etc.

Parámetros Cinéticos Clave

• Unidad Enzimática (U): Cantidad de enzima que convierte 1 μmol de sustrato por minuto.
• Actividad Específica: Unidades enzimáticas por mg de proteína.
• Número de Recambio (kcat): Número de moléculas de sustrato transformadas por molécula de enzima por segundo.