Fundamentos de enzimología

Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de óxido-reducción, como las deshidrogenasas, oxidasas y peroxidasas. Transferasas: Transfieren grupos funcionales de un compuesto a otro, como las fosfotransferasas, metiltransferasas o kinasas. Hidrolasas: Catalizan la escisión hidrolítica de enlaces, como las proteasas o las fosfatasas.

Isoenzimas Las isoenzimas son enzimas que catalizan la misma reacción química pero difieren en su secuencia de aminoácidos, estructura y propiedades cinéticas. Se pueden encontrar en diferentes tejidos u orgánulos de un organismo, y su análisis puede ser útil en entornos clínicos y de investigación para el diagnóstico y seguimiento de enfermedades, así como para el estudio de las relaciones evolutivas entre organismos.

Coenzimas y cofactores Las coenzimas y cofactores son moléculas no proteicas que son esenciales para la actividad enzimática. Estas sustancias ayudan a las enzimas a llevar a cabo sus funciones catalíticas de manera eficiente. Algunos ejemplos de coenzimas y cofactores comunes incluyen el NAD+ (nicotinamida adenina dinucleótido), el FAD (flavín adenina dinucleótido), el ATP (adenosín trifosfato), el hierro, el zinc y el magnesio. Estas moléculas son fundamentales para la actividad enzimática y juegan un papel crucial en numerosas reacciones bioquímicas en el organismo.

Tipos de catálisis enzimática • Catálisis homogénea: Comprende sistemas formados por una sola fase, es decir, los reactivos, productos y catalizadores se encuentran en la misma fase, la cual generalmente suele ser líquida. Los catalizadores homogéneos más utilizados son complejos organometálicos7 . • Catálisis heterogénea: Tiene lugar cuando el catalizador se encuentra en una fase distinta a la de los reactantes y productos, generalmente sólido-líquido o sólido-gas. La reacción transcurre en la superficie del catalizador donde están presentes los centros activos. Por ello, cuanto menor es el tamaño de partícula del catalizador, mayor es el área superficial para una masa dada y mayor la actividad del catalizador.

• Catálisis heterogeneizada: Emplea catalizadores que presentan fenómenos de superficie, es decir, no están en la misma fase, pero pueden generar compuestos que se disuelvan, se involucren en un ciclo de catálisis homogénea y generen nuevamente los catalizadores heterogeneizados permitiendo adquirir una sinergia entre las propiedades heterogéneas y homogéneas favoreciendo el efecto catalítico. • Catálisis enzimática: Los catalizadores empleados son enzimas, catalizadores biológicos que encontramos en la naturaleza y que comúnmente son de naturaleza proteica (polímeros de aminoácidos). La catálisis enzimática se puede llevar a cabo tanto de forma homogénea como heterogénea y se emplea en una gran cantidad de reacciones (hidrólisis, polimerizaciones por apertura de anillo, condensaciones, etc.).

Especificidad enzimática La especificidad enzimática se refiere a la capacidad de una enzima para discriminar entre dos sustratos o ligandos que pueden competir entre sí. Las enzimas varían en la especificidad de los sustratos a los que se unen, lo que les permite llevar a cabo funciones fisiológicas importantes. La especificidad enzimática es una propiedad destacada de las enzimas, ya que cada enzima cataliza un tipo específico de reacción y actúa sobre un sustrato específico. La especificidad enzimática se debe a la forma y la composición química del centro activo de la enzima, que se une al sustrato y lo transforma en productos. El centro activo de la enzima está formado por aminoácidos específicos que interactúan con el sustrato y lo transforman en productos. La especificidad enzimática es importante porque permite que las reacciones bioquímicas se produzcan de manera eficiente y selectiva en el cuerpo, lo que es fundamental para la homeostasis y la supervivencia.

Especificidad enzima sustrato La especificidad enzima-sustrato es la capacidad de una enzima para reconocer y unirse a un sustrato específico, lo que permite que la enzima catalice una reacción química particular. La especificidad enzimática se debe a la forma y la composición química del centro activo de la enzima, que se une al sustrato y lo transforma en productos. La unión de la enzima y el sustrato forma un complejo enzima-sustrato, en el cual la enzima altera la conformación del sustrato, ajustando el centro activo al sustrato. La especificidad y la actividad de la enzima dependen de la concentración de enzima y sustrato, así como de la disponibilidad de cofactores. La velocidad de la reacción está relacionada directamente con la concentración de enzima y es diferente para cada enzima. Cuando la concentración de enzima es constante, la velocidad aumenta hasta alcanzar un máximo, aunque la concentración del sustrato siga aumentando. Todas las moléculas de enzima están ocupadas por moléculas de sustrato y la velocidad no puede aumentar. Las células regulan la velocidad de las reacciones enzimáticas mediante la regulación de las concentraciones de la enzima. Muchas enzimas son degradadas rápidamente y se sintetizan sólo cuando se necesitan.

Tipos de interacción enzima sustrato Modelo de "llave cerradura", la enzima y el sustrato encajan perfectamente como una llave en una cerradura, lo que sugiere una interacción rígida y específica. Modelo de "ajuste inducido", se propone que las interacciones iniciales entre la enzima y el sustrato son relativamente débiles, pero se fortalecen a medida que se forma el complejo enzima-sustrato. Estos modelos describen cómo la enzima reconoce y se une al sustrato de manera específica para catalizar una reacción química específica

Factores que afectan la actividad enzimática Los factores que afectan la actividad enzimática son el pH, la temperatura y los cofactores. Estos elementos influyen directamente en la actividad de las enzimas, pudiendo modificar su eficacia catalítica. El pH es crucial, ya que las enzimas tienen un rango específico de pH en el cual son más activas. Asimismo, la temperatura afecta la actividad enzimática, ya que un aumento excesivo puede desnaturalizar las enzimas. Por último, los cofactores, como las coenzimas, son moléculas no proteicas que pueden ser necesarias para que las enzimas funcionen correctamente. Estos factores son fundamentales para comprender y regular la actividad enzimática en los procesos biológicos

Tipos de inhibición enzimática Inhibición competitiva: El inhibidor se une al enzima en el mismo sitio que el sustrato, impidiendo que el sustrato se una a la enzima. La constante de Michaelis del sistema inhibido es mayor que la del sistema no inhibido en un factor (1 + [I]/Ki). La inhibición competitiva se puede eliminar aumentando la concentración de sustrato. Inhibición no competitiva: El inhibidor se une a la enzima independientemente de que lo haga o no el sustrato. No impide la fijación del sustrato a la enzima, pero sí la acción catalítica. La constante catalítica no se ve modificada por la presencia del inhibidor, mientras que la constante de Michaelis del nuevo sistema es mayor que la del sistema no inhibido en un factor (1 + [I]/Ki).

Inhibición anticompetitiva: El inhibidor se une al centro activo pero solo después de que el sustrato lo haya hecho y, por tanto, inhibidor y sustrato no compiten. El inhibidor produce un complejo inactivo ESI. El inhibidor solo se une a ES, estimulando la formación de ES y, por tanto, incrementando la unión del sustrato a la enzima, disminuyendo Km. Sin embargo, el complejo ESI no conduce a productos y Vm disminuye.