Fundamentos de las Enzimas: Propiedades, Clasificación y Rol en el Metabolismo Celular

Concepto de Enzimas: Biocatalizadores Esenciales

Las enzimas son proteínas altamente especializadas cuya función principal es catalizar reacciones metabólicas. Por esta razón, se les conoce como biocatalizadores.

Permiten que las reacciones químicas se desarrollen bajo las condiciones de temperatura, presión y pH propios del medio intracelular, logrando esto al reducir drásticamente la energía de activación necesaria para que la reacción se produzca. Es crucial destacar que las enzimas no experimentan cambios estructurales permanentes al finalizar el proceso químico que catalizan.

Propiedades Fundamentales de las Enzimas

Estructura y Función

• Centro Activo: Poseen una concavidad específica, denominada centro activo, formada por segmentos determinados de la cadena de aminoácidos de la enzima. El sustrato se une a este centro mediante interacciones iónicas, hidrofóbicas o puentes de hidrógeno, formando el complejo enzima-sustrato.
• Especificidad: Las enzimas son altamente específicas. Solo interactúan con uno o muy pocos sustratos y catalizan únicamente un tipo determinado de reacción química.

Cofactores y Compartimentación

Dependencia de Cofactores

Muchas enzimas requieren cofactores no proteicos para ser funcionales y catalizar las reacciones metabólicas correspondientes. Estos cofactores pueden ser:

• Iones metálicos.
• Coenzimas (biomoléculas o sustancias derivadas de vitaminas).

Grupos Prostéticos

Un grupo prostético es una coenzima que se encuentra unida de forma covalente o muy fijamente a la proteína enzimática. A diferencia de otras coenzimas, el grupo prostético no se disocia fácilmente de la enzima (ejemplo: biotina).

Compartimentación Celular

Una parte sustancial de las enzimas de una célula se localiza en orgánulos específicos. Esta compartimentación del metabolismo aísla determinados sustratos y productos, creando un ambiente químico favorable para cada tipo de reacción metabólica.

Clasificación de las Enzimas (Según la IUBMB)

Las enzimas se clasifican en seis categorías principales según el tipo de reacción que catalizan:

• Oxidorreductasas: Catalizan reacciones metabólicas de oxidación-reducción.
• Transferasas: Catalizan la transferencia de grupos funcionales (como grupos metilo, amino o fosfato) de una molécula a otra.
• Hidrolasas: Catalizan reacciones de hidrólisis (ruptura de enlaces mediante la adición de agua).
• Liasas: Catalizan la ruptura de enlaces tipo C-C, C-S o C-N sin intervención de hidrólisis u oxidación.
• Isomerasas: Catalizan reacciones de reordenamiento interno, cambiando la posición de átomos dentro de una misma molécula.
• Ligasas: Catalizan reacciones de formación de nuevos enlaces (C-O, C-S o C-N), generalmente acopladas a la hidrólisis de ATP.

Coenzimas Clave en la Oxidación-Reducción

Las coenzimas de oxidación-reducción desempeñan un papel vital en el metabolismo celular. La mayoría de las enzimas que realizan estas funciones utilizan el NAD+ (Nicotinamida Adenina Dinucleótido) como coenzima.

La reacción de reducción del NAD+ es la siguiente:

Reacción de Reducción del NAD+

NAD+ + 2H+ + 2e- → NADH + H+