Las enzimas y el concepto de catálisis

Las enzimas son proteínas o asociaciones de proteínas y otras moléculas orgánicas o inorgánicas que actúan catalizando los procesos químicos que se dan en los seres vivos. Esto es, actúan facilitando las transformaciones químicas, ya que aumentan considerablemente la velocidad de las reacciones que catalizan y disminuyen al mismo tiempo la energía de activación que estas reacciones requieren.

Las enzimas, como catalizadores que son, no modifican la constante de equilibrio y tampoco se transforman, recuperándose intactas al final del proceso. La rapidez de actuación de las enzimas y el hecho de que se recuperen intactas para poder actuar de nuevo es la razón de que se necesiten en pequeñísimas cantidades.

Especificidad de las enzimas

Es de destacar que las enzimas son específicas. Esto es, una enzima puede actuar sobre un sustrato o un grupo de sustratos relacionados (especificidad de sustrato) pero no sobre otros; por ejemplo: la sacarasa, que hidroliza la sacarosa. Otras enzimas, sin embargo, tienen especificidad de acción al realizar una acción determinada pero sobre múltiples sustratos; por ejemplo: las lipasas que hidrolizan los enlaces éster en los lípidos. Debido a esta especificidad, existen en la célula miles de enzimas diferentes.

La especificidad de las enzimas ha llevado a comparar a estas con llaves y a los sustratos con cerraduras (modelo de la llave y la cerradura).

Constitución química y modo de actuación

En el pasado, las enzimas se conocían con el nombre de fermentos, porque los primeros enzimas estudiados fueron los fermentos de las levaduras y de las bacterias. En la actualidad, el término fermento se aplica únicamente a las enzimas que las bacterias, hongos y levaduras vierten al exterior para realizar determinadas transformaciones: las fermentaciones.

Las enzimas son, en general, prótidos. Algunas son proteínas en sentido estricto. Otras poseen una parte proteica y una parte no proteica, ambas están más o menos ligadas químicamente.

La conformación espacial de la parte proteica es la responsable de la función que realiza la enzima. Para ello, la sustancia o sustancias que van a reaccionar y transformarse se unen a la enzima en una zona que llamaremos centro activo. Son las interacciones químicas entre los restos de los aminoácidos presentes en el centro activo y el sustrato o los sustratos las responsables de la transformación, ya que estas interacciones producen reordenamientos de los electrones que debilitan ciertos enlaces y favorecen la formación de otros, desencadenando la transformación química.

Muchas enzimas precisan para su actuación la presencia de otras sustancias no proteicas: los cofactores. Químicamente son sustancias muy variadas. En algunos casos se trata de simples iones, cationes en particular, como el Cu⁺⁺ o el Zn⁺⁺. En otros, son sustancias orgánicas mucho más complejas, en cuyo caso se llaman coenzimas. Muchas vitaminas son coenzimas o forman parte de coenzimas. Las coenzimas son imprescindibles para que la enzima actúe. Suelen, además, ser las responsables de la actividad química de la enzima.

Por último, indicar que las enzimas se nombran añadiendo la terminación -asa, bien al nombre del sustrato sobre el que actúan (sacarasa), al tipo de actuación que realizan (hidrolasas), o ambos (ADN polimerasa).

Sustancias necesarias en las reacciones enzimáticas

i) Sustancias que actúan como vectores en las reacciones con transferencia de energía

Estas sustancias actúan captando energía en aquellos procesos químicos en los que se produce y cediéndola en los que se necesita. En general, se trata de nucleótidos o derivados de nucleótidos:

• ATP (adenosina-5′-trifosfato): Adenina-Ribosa-P-P-P.
• ADP (adenosina-5′-difosfato): Adenina-Ribosa-P-P.

La hidrólisis del enlace entre los dos últimos fosfatos en el ATP sigue la reacción: ATP + H₂O → ADP + P.

ii) Coenzimas que intervienen en las reacciones de transferencia de electrones

Estas moléculas, en su estado oxidado, captan electrones de aquellas sustancias que se oxidan, reduciéndose, y los ceden a aquellas que se reducen, oxidándose. De esta forma, los electrones son transportados de unas moléculas a otras:

• NAD⁺ / NADH (Nicotinamín adenín dinucleótido en forma oxidada y reducida, respectivamente). Se trata de un dinucleótido formado por: Nicotinamida-Ribosa-P-P-Ribosa-Adenina.
• NADP⁺ / NADPH (Nicotinamín adenín dinucleótido fosfato, en forma oxidada y reducida, respectivamente). Similar al NAD⁺ pero con un grupo fosfato más esterificando el HO- del carbono 2 de la ribosa unida a la adenina.
• FAD / FADH₂ (Flavín adenín dinucleótido, en forma oxidada y reducida, respectivamente). Similar al NAD pero conteniendo riboflavina (otra de las vitaminas del complejo B₂) en lugar de nicotinamida.

iii) Coenzimas que intervienen como transportadores de grupos acilo

Coenzima A: Coenzima de estructura compleja de la que forma parte el ácido pantoténico (otra de las vitaminas del complejo B₂).

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