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Enzima

Las enzimas[a][b]​ son moléculas orgánicas que actúan como catalizadores de reacciones químicas,[4]​ es decir, aceleran la velocidad de reacción. Comúnmente son de naturaleza proteica, pero también de ARN (ver ribozimas[5]​). Las enzimas modifican la velocidad de reacción, sin afectar el equilibrio de la misma, ya que una enzima hace que una reacción química transcurra a mayor velocidad, siempre y cuando sea energéticamente posible (ver energía libre de Gibbs).[6][7]​ En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.

Estructura de la triosafosfato isomerasa. Conformación en forma de diagrama de cintas rodeado por el modelo de relleno de espacio de la proteína. Esta proteína es una eficiente enzima involucrada en el proceso de transformación de azúcares en energía en las células.

Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su velocidad crece solo con algunas reacciones, el conjunto (set) de enzimas presentes en una célula determina el tipo de metabolismo que tiene esa célula. A su vez, esta presencia depende de la regulación de la expresión génica correspondiente a la enzima.

Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la energía de activación (ΔG) de una reacción, de forma que la presencia de la enzima acelera sustancialmente la tasa de reacción. Las enzimas no alteran el balance energético de las reacciones en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio de la reacción, pero consiguen acelerar el proceso incluso en escalas de millones de veces. Una reacción que se produce bajo el control de una enzima, o de un catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa que la correspondiente reacción no catalizada.

Al igual que ocurre con otros catalizadores, las enzimas no son consumidas en las reacciones que catalizan, ni alteran su equilibrio químico. Sin embargo, las enzimas difieren de otros catalizadores por ser más específicas. Existen gran diversidad de enzimas que catalizan alrededor de 4000 reacciones bioquímicas distintas.[8]​ No todos los catalizadores bioquímicos son proteínas, pues algunas moléculas de ARN son capaces de catalizar reacciones (como la subunidad 16S de los ribosomas en la que reside la actividad peptidil transferasa).[9][10]​ También cabe nombrar unas moléculas sintéticas denominadas enzimas artificiales capaces de catalizar reacciones químicas como las enzimas clásicas.[11]

La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras moléculas. Los inhibidores enzimáticos son moléculas que disminuyen o impiden la actividad de las enzimas, mientras que los activadores son moléculas que incrementan dicha actividad. Asimismo, gran cantidad de enzimas requieren de cofactores para su actividad. Muchas drogas o fármacos son moléculas inhibidoras. Igualmente, la actividad es afectada por la temperatura, el pH, la concentración de la propia enzima y del sustrato, y otros factores físico-químicos.

Muchas enzimas son usadas comercialmente, por ejemplo, en la síntesis de antibióticos o de productos domésticos de limpieza. Además, son ampliamente utilizadas en diversos procesos industriales, como son la fabricación de alimentos, destinción de vaqueros o producción de biocombustibles.

Etimología e historia

Desde finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX, se conocía la digestión de la carne por las secreciones del estómago[12]​ y la conversión del almidón en azúcar por los extractos de plantas y la saliva. Sin embargo, no había sido identificado el mecanismo subyacente.[13]​ La primera enzima fue descubierta por Anselme Payen y Jean-François Persoz en 1833.[14]

En el siglo XIX, cuando se estaba estudiando la fermentación del azúcar en el alcohol con levaduras, Louis Pasteur llegó a la conclusión de que esta fermentación era catalizada por una fuerza vital contenida en las células de la levadura, llamadas fermentos, e inicialmente se pensó que solo funcionaban con organismos vivos. Escribió que "la fermentación del alcohol es un acto relacionado con la vida y la organización de las células de las levaduras, y no con la muerte y la putrefacción de las células".[15]​ Por el contrario, otros científicos de la época como Justus von Liebig, se mantuvieron en la posición que defendía el carácter puramente químico de la reacción de fermentación.

En 1878 el fisiólogo Wilhelm Kühne (1837-1900) acuñó el término enzima, que viene del griego ενζυμον "en levadura", para describir este proceso. La palabra enzima fue usada después para referirse a sustancias inertes como la pepsina. Por otro lado, la palabra "fermento" solía referirse a la actividad química producida por organismos vivientes.

En 1897 Eduard Buchner comenzó a estudiar la capacidad de los extractos de levadura para fermentar azúcar a pesar de la ausencia de células vivientes de levadura. En una serie de experimentos en la Universidad Humboldt de Berlín, encontró que el azúcar era fermentado inclusive cuando no había elementos vivos en los cultivos de células de levaduras.[16]​ Llamó a la enzima que causa la fermentación de la sacarosa, “zimasa”.[17]​ En 1907 recibió el Premio Nobel de Química "por sus investigaciones bioquímicas y el haber descubierto la fermentación libre de células". Siguiendo el ejemplo de Buchner, las enzimas son usualmente nombradas de acuerdo a la reacción que producen. Normalmente, el sufijo "-asa" es agregado al nombre del sustrato (p. ej., la lactasa es la enzima que degrada lactosa) o al tipo de reacción (p. ej., la ADN polimerasa forma polímeros de ADN).

Tras haber mostrado que las enzimas pueden funcionar fuera de una célula viva, el próximo paso era determinar su naturaleza bioquímica. En muchos de los trabajos iniciales se notó que la actividad enzimática estaba asociada con proteínas, pero algunos científicos (como el premio Nobel Richard Willstätter) argumentaban que las proteínas eran simplemente el transporte para las verdaderas enzimas y que las proteínas per se no eran capaces de realizar catálisis. Sin embargo, en 1926, James B. Sumner demostró que la enzima ureasa era una proteína pura y la cristalizó. Summer hizo lo mismo con la enzima catalasa en 1937. La conclusión de que las proteínas puras podían ser enzimas fue definitivamente probada por John Howard Northrop y Wendell Meredith Stanley, quienes trabajaron con diversas enzimas digestivas como la pepsina (1930), la tripsina y la quimotripsina. Estos tres científicos recibieron el Premio Nobel de Química en 1946.[18]

El descubrimiento de que las enzimas podían ser cristalizadas permitía que sus estructuras fuesen resueltas mediante técnicas de cristalografía y difracción de rayos X. Esto se llevó a cabo en primer lugar con la lisozima, una enzima encontrada en las lágrimas, la saliva y los huevos, capaces de digerir la pared de algunas bacterias. La estructura fue resuelta por un grupo liderado por David Chilton Phillips y publicada en 1965.[19]​ Esta estructura de alta resolución de las lisozimas, marcó el comienzo en el campo de la biología estructural y el esfuerzo por entender cómo las enzimas trabajan en el orden molecular.

Estructuras y mecanismos

 
Diagrama de cintas que representa la estructura de una anhidrasa carbónica de tipo II. La esfera gris representa al cofactor zinc situado en el centro activo.

Las enzimas son generalmente proteínas globulares que pueden presentar tamaños muy variables, desde 62 aminoácidos como en el caso del monómero de la 4-oxalocrotonato tautomerasa,[20]​ hasta los 2500 presentes en la sintasa de ácidos grasos.[21]

Las actividades de las enzimas vienen determinadas por su estructura tridimensional, la cual viene a su vez determinada por la secuencia de aminoácidos.[22]​ Sin embargo, aunque la estructura determina la función, predecir una nueva actividad enzimática basándose únicamente en la estructura de una proteína es muy difícil, y un problema aún no resuelto.[23]

Casi todas las enzimas son mucho más grandes que los sustratos sobre los que actúan, y solo una pequeña parte de la enzima (alrededor de 3 a 4 aminoácidos) está directamente involucrada en la catálisis.[24]​ La región que contiene estos residuos encargados de catalizar la reacción es denominada centro activo. Las enzimas también pueden contener sitios con la capacidad de unir cofactores, necesarios a veces en el proceso de catálisis, o de unir pequeñas moléculas, como los sustratos o productos (directos o indirectos) de la reacción catalizada. Estas uniones de la enzima con sus propios sustratos o productos pueden incrementar o disminuir la actividad enzimática, dando lugar así a una regulación por retroalimentación positiva o negativa, según el caso.

Al igual que las demás proteínas, las enzimas se componen de una cadena lineal de aminoácidos que se pliegan durante el proceso de traducción para dar lugar a una estructura terciaria tridimensional de la enzima, susceptible de presentar actividad. Cada secuencia de aminoácidos es única y por tanto da lugar a una estructura única, con propiedades únicas. En ocasiones, proteínas individuales pueden unirse a otras proteínas para formar complejos, en lo que se denomina estructura cuaternaria de las proteínas.

La mayoría de las enzimas, al igual que el resto de las proteínas, pueden ser desnaturalizadas si se ven sometidas a agentes desnaturalizantes como el calor, los pHs extremos o ciertos compuestos como el SDS. Estos agentes destruyen la estructura terciaria de las proteínas de forma reversible o irreversible, dependiendo de la enzima y de la condición. Una consecuencia de la desnaturalización es la pérdida o merma de la función, de la capacidad enzimática.

Especificidad

Las enzimas suelen ser muy específicas tanto del tipo de reacción que catalizan como del sustrato involucrado en la reacción. La forma, la carga y las características hidrofílicas/hidrofóbicas de las enzimas y los sustratos son los responsables de dicha especificidad. La constante de especificidad, es una medida de la eficiencia de una enzima, ya que la velocidad de la reacción se encuentra directamente relacionada con la frecuencia con la que se encuentran las moléculas de enzima y sustrato. Las enzimas también pueden mostrar un elevado grado de estereoespecificidad, regioselectividad y quimioselectividad.[25]

Algunas de estas enzimas que muestran una elevada especificidad y precisión en su actividad son aquellas involucrados en la replicación y expresión del genoma. Estas enzimas tienen eficientes sistemas de comprobación y corrección de errores, como en el caso de la ADN polimerasa, que cataliza una reacción de replicación en un primer paso, para comprobar posteriormente si el producto obtenido es el correcto.[26]​ Este proceso, que tiene lugar en dos pasos, da como resultado una media de tasa de error increíblemente baja, en torno a 1 error cada 100 millones de reacciones en determinadas polimerasas de mamíferos.[27]​ Este tipo de mecanismos de comprobación también han sido observados en la ARN polimerasa,[28]​ en la ARNt aminoacil sintetasa[29]​ y en la actividad de selección de los aminoacil-tRNAs.[30]

Aquellas enzimas que producen metabolitos secundarios son denominadas promiscuas, ya que pueden actuar sobre una gran variedad de sustratos. Por ello, se ha sugerido que esta amplia especificidad de sustrato podría ser clave en la evolución y diseño de nuevas rutas biosintéticas.[31]

Modelo de la «llave-cerradura»

Las enzimas son muy específicas, como sugirió Emil Fischer en 1894. Con base en sus resultados dedujo que ambas moléculas, la enzima y su sustrato, poseen complementariedad geométrica, es decir, sus estructuras encajan exactamente una en la otra,[32]​ por lo que este modelo ha sido denominado como modelo de la «llave-cerradura», refiriéndose a la enzima como a una especie de cerradura y al sustrato como a una llave que encaja de forma perfecta en dicha cerradura. Una llave sólo funciona en su cerradura y no en otras cerraduras. Sin embargo, si bien este modelo explica la especificidad de las enzimas, falla al intentar explicar la estabilización del estado de transición que logran adquirir las enzimas.

Modelo del encaje inducido

 
Diagrama que esquematiza el modo de acción del modelo del encaje inducido.

En 1958, Daniel Koshland sugiere una modificación al modelo de la llave-cerradura: las enzimas son estructuras bastante flexibles y así el sitio activo podría cambiar su conformación estructural por la interacción con el sustrato.[33]​ Como resultado de ello, la cadena aminoacídica que compone el sitio activo es moldeada en posiciones precisas, lo que permite a la enzima llevar a cabo su función catalítica. En algunos casos, como en las glicosidasas, el sustrato cambia ligeramente de forma para entrar en el sitio activo.[34]​ El sitio activo continua dicho cambio hasta que el sustrato está completamente unido, momento en el cual queda determinada la forma y la carga final.[35]

Modo de acción

Las enzimas pueden actuar de diversas formas, como se verá a continuación, siempre dando lugar a una disminución del valor de ΔG:[36]

  • Reducción de la energía de activación mediante la creación de un ambiente en el cual el estado de transición es estabilizado (por ejemplo, forzando la forma de un sustrato: la enzima produce un cambio de conformación del sustrato unido el cual pasa a un estado de transición, de modo que ve reducida la cantidad de energía que precisa para completar la transición).
  • Reduciendo la energía del estado de transición, sin afectar la forma del sustrato, mediante la creación de un ambiente con una distribución de carga óptima para que se genere dicho estado de transición.
  • Proporcionando una ruta alternativa. Por ejemplo, reaccionando temporalmente con el sustrato para formar un complejo intermedio enzima/sustrato (ES), que no sería factible en ausencia de enzima.
  • Reduciendo la variación de entropía necesaria para alcanzar el estado de transición (energía de activación) de la reacción mediante la acción de orientar correctamente los sustratos, favoreciendo así que se produzca dicha reacción.
  • Incrementando la velocidad de la enzima mediante un aumento de temperatura. El incremento de temperatura facilita la acción de la enzima y permite que se incremente aún más su velocidad de reacción. Sin embargo, si la temperatura se eleva demasiado, la conformación estructural de la enzima puede verse afectada, reduciendo así su velocidad de reacción, y solo recuperando su actividad óptima cuando la temperatura se reduce. No obstante, algunas enzimas son termolábiles y trabajan mejor a bajas temperaturas.

Cabe destacar que este efecto entrópico implica la desestabilización del estado basal,[37]​ y su contribución a la catálisis es relativamente pequeña.[38]

Estabilización del estado de transición

La comprensión del origen de la reducción del valor de ΔG en una reacción enzimática requiere elucidar previamente cómo las enzimas pueden estabilizar su estado de transición, más que el estado de transición de la reacción. Aparentemente, la forma más efectiva para alcanzar la estabilización es la utilización de fuerzas electrostáticas, concretamente, poseyendo un ambiente polar relativamente fijado que pueda orientarse hacia la distribución de carga del estado de transición. Ese tipo de ambientes no existen ni se generan en ausencia de enzimas.[39]

Función

La dinámica interna de las enzimas está relacionada con sus mecanismos de catálisis.[40][41][42]​ La dinámica interna se define como el movimiento de diferentes partes de la estructura de la enzima, desde residuos individuales de aminoácidos, hasta grupos de aminoácidos o incluso un dominio proteico entero. Estos movimientos se producen a diferentes escalas de tiempo que van desde femtosegundos hasta segundos. Casi cualquier residuo de la estructura de la enzima puede contribuir en el proceso de catálisis por medio de movimientos dinámicos.[43][44][45][46]​ Los movimientos de las proteínas son vitales en muchas enzimas. Dichos movimientos podrán ser más o menos importantes según si los cambios conformacionales se producen por vibraciones pequeñas y rápidas o grandes y lentas, y dicha importancia dependerá del tipo de reacción que lleve a cabo la enzima. Sin embargo, aunque estos movimientos son importantes en el proceso de unión y liberación de sustratos y productos, aún no está claro si estos movimientos ayudan a acelerar los pasos químicos de las reacciones enzimáticas.[47]​ Estos nuevos avances también tienen implicaciones en la comprensión de los efectos alostéricos y en el desarrollo de nuevos fármacos.

Modulación alostérica

 
Transición alostérica de una enzima entre los estados R y T, estabilizada por un agonista (A), un inhibidor (I) y un sustrato (S).

Los sitios alostéricos son zonas de la enzima con capacidad de reconocer y unir determinadas moléculas en la célula. Las uniones a las que dan lugar son débiles y no covalentes, y generan un cambio en la conformación estructural de la enzima que repercute en el sitio activo, afectando así a la velocidad de reacción.[48]​ Las interacciones alostéricas pueden tanto inhibir como activar enzimas, y son una forma muy común de controlar las enzimas en las células.[49]

Cofactores y coenzimas

 
Estructura química del pirofosfato de tiamina (amarillo) y de la enzima transcetolasa; el substrato, en negro, es la xilulosa 5-fosfato.

Cofactores

Algunas enzimas no precisan ningún componente adicional para mostrar una total actividad. Sin embargo, otras enzimas requieren la unión de moléculas no proteicas denominadas cofactores para poder ejercer su actividad.[50]​ Los cofactores pueden ser compuestos inorgánicos, como los iones metálicos y los complejos ferrosulfurosos, o compuestos orgánicos, como la flavina o el grupo hemo. Los cofactores orgánicos pueden ser a su vez grupos prostéticos, que se unen fuertemente a la enzima, o coenzimas, que son liberados del sitio activo de la enzima durante la reacción. Las coenzimas incluyen compuestos como el NADH, el NADPH y el adenosín trifosfato. Estas moléculas transfieren grupos funcionales entre enzimas.[51]

Un ejemplo de una enzima que contiene un cofactor es la anhidrasa carbónica, en la cual el zinc (cofactor) se mantiene unido al sitio activo, tal y como se muestra en la figura anterior (situada al inicio de la sección "Estructuras y mecanismos").[52]​ Estas moléculas suelen encontrarse unidas al sitio activo y están implicadas en la catálisis. Por ejemplo, la flavina y el grupo hemo suelen estar implicados en reacciones redox.

Las enzimas que requieren un cofactor pero no lo tienen unido son denominadas apoenzimas o apoproteínas. Una apoenzima junto con cofactor(es) es denominada holoenzima (que es la forma activa). La mayoría de los cofactores no se unen covalentemente a sus enzimas, pero sí lo hacen fuertemente. Sin embargo, los grupos prostéticos pueden estar covalentemente unidos, como en el caso de la tiamina pirofosfato en la enzima piruvato deshidrogenasa. El término "holoenzima" también puede ser aplicado a aquellas enzimas que contienen múltiples subunidades, como en el caso de la ADN polimerasa, donde la holoenzima es el complejo con todas las subunidades necesarias para llevar a cabo la actividad enzimática.

Coenzimas

 
Modelo tridimensional de esferas de la coenzima NADH.

Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas que transportan grupos químicos de una enzima a otra.[53]​ Algunos de estos compuestos, como la riboflavina, la tiamina y el ácido fólico son vitaminas (las cuales no pueden ser sintetizados en cantidad suficiente por el cuerpo humano y deben ser incorporados en la dieta). Los grupos químicos intercambiados incluyen el ion hidruro (H-) transportado por NAD o NADP+, el grupo fosfato transportado por el ATP, el grupo acetilo transportado por la coenzima A, los grupos formil, metenil o metil transportados por el ácido fólico y el grupo metil transportado por la S-Adenosil metionina.

Debido a que las coenzimas sufren una modificación química como consecuencia de la actividad enzimática, es útil considerar a las coenzimas como una clase especial de sustratos, o como segundos sustratos, que son comunes a muchas enzimas diferentes. Por ejemplo, se conocen alrededor de 700 enzimas que utilizan la coenzima NADH.[54]

Las coenzimas suelen estar continuamente regenerándose y sus concentraciones suelen mantenerse a unos niveles fijos en el interior de la célula: por ejemplo, el NADPH es regenerado a través de la ruta de las pentosas fosfato y la S-Adenosil metionina por medio de la metionina adenosiltransferasa. Esta regeneración continua significa que incluso pequeñas cantidades de coenzimas son utilizadas intensivamente. Por ejemplo, el cuerpo humano gasta su propio peso en ATP cada día.[55]

Termodinámica

 
Gráfica de las energías de las diferentes fases de una reacción química. Los sustratos precisan mucha energía para alcanzar el estado de transición, pero una vez alcanzado, se transforman en productos. La enzima estabiliza el estado de transición, reduciendo la energía necesaria para formar los productos.

Al igual que sucede con todos los catalizadores, las enzimas no alteran el equilibrio químico de la reacción. Generalmente, en presencia de una enzima, la reacción avanza en la misma dirección en la que lo haría en ausencia de enzima, solo que más rápido. Sin embargo, en ausencia de enzima, podría producirse una reacción espontánea que generase un producto diferente debido a que en esas condiciones, dicho producto diferente se forma más rápidamente.

Además, las enzimas pueden acoplar dos o más reacciones, por lo que una reacción termodinámicamente favorable puede ser utilizada para favorecer otra reacción termodinámicamente desfavorable. Por ejemplo, la hidrólisis de ATP suele ser utilizada para favorecer otras reacciones químicas.[56]

Las enzimas catalizan reacciones químicas tanto en un sentido como en el contrario. Nunca alteran el equilibrio, sino únicamente la velocidad a la que es alcanzado. Por ejemplo, la anhidrasa carbónica cataliza su reacción en una u otra dirección dependiendo de la concentración de los reactantes, como se puede ver a continuación:

  (en tejidos; alta concentración de CO2)
  (en pulmones; baja concentración de CO2)

Si el equilibrio se ve muy desplazado en un sentido de la reacción, es decir, se convierte en una reacción muy exergónica, la reacción se hace efectivamente irreversible. Bajo estas condiciones, la enzima únicamente catalizará la reacción en la dirección permitida desde un punto de vista termodinámico.

Cinética

 
Mecanismo de una reacción catalizada por una enzima con un único sustrato. La enzima (E) une un sustrato (S) para formar el complejo enzima-sustrato (ES) y genera un producto (P).

La cinética enzimática es el estudio de cómo las enzimas se unen a sus sustratos y los transforman en productos. Los datos de equilibrios utilizados en los estudios cinéticos son obtenidos mediante ensayos enzimáticos.

En 1902, Victor Henri[57]​ propuso una teoría cuantitativa sobre la cinética enzimática, pero sus datos experimentales no fueron muy útiles debido a que la importancia de la concentración del ion de hidrógeno aún no era considerada. Después de que Peter Lauritz Sørensen definiera la escala logarítmica del pH e introdujera el concepto de "tampón" (buffer) en 1909,[58]​ el químico alemán Leonor Michaelis y su postdoctoral canadiense Maud Leonora Menten repitieron los experimentos de Henri confirmando su ecuación, que actualmente es conocida como cinética de Henri-Michaelis-Menten (o simplemente cinética de Michaelis-Menten).[59]​ Su trabajo fue desarrollado más en profundidad por George Edward Briggs y J. B. S. Haldane, quienes obtuvieron las ecuaciones cinéticas que se encuentran tan ampliamente extendidas en la actualidad.[60]

La mayor contribución de Henri fue la idea de dividir las reacciones enzimáticas en dos etapas. En la primera, el sustrato se une reversiblemente a la enzima, formando el complejo enzima-sustrato (también denominado complejo Michaelis). En la segunda, la enzima cataliza la reacción y libera el producto.

 
Curva de saturación de una reacción enzimática donde se muestra la relación entre la concentración de sustrato y la velocidad de la reacción.

Las enzimas pueden catalizar hasta varios millones de reacciones por segundo. Por ejemplo, la descarboxilación no enzimática de la orotidina 5'-monofosfato (EC 2.4.2.10) tiene una vida media de 78 millones de años. Sin embargo, cuando la enzima orotidina 5'-fosfato descarboxilasa está presente en el medio, ese mismo proceso tarda apenas 25 milisegundos.[61]​ Las velocidades de las enzimas dependen de las condiciones de la solución y de la concentración de sustrato. Aquellas condiciones que desnaturalizan una proteína, como temperaturas elevadas, pHs extremos o altas concentraciones de sal, dificultan o impiden la actividad enzimática, mientras que elevadas concentraciones de sustrato tienden a incrementar la actividad. Para encontrar la máxima velocidad de una reacción enzimática, la concentración de sustrato se incrementa hasta que se obtiene una tasa constante de formación de producto (véase la curva de saturación representada en la figura de la derecha). La saturación ocurre porque, cuando la concentración de sustrato aumenta, disminuye la concentración de enzima libre, que se convierte en la forma con sustrato unido (ES). A la máxima velocidad (Vmax) de la enzima, todos los sitios activos de dicha enzima tienen sustrato unido, y la cantidad de complejos Es igual a la cantidad total de enzima. Sin embargo, Vmax es solo una de las constantes cinéticas de la enzima. La cantidad de sustrato necesario para obtener una determinada velocidad de reacción también es importante. Este parámetro viene dado por la constante de Michaelis-Menten (Km), que viene a ser la concentración de sustrato necesaria para que una enzima alcance la mitad de su velocidad máxima. Cada enzima tiene un valor de Km característico para un determinado sustrato, el cual puede decirnos cómo de afín es la unión entre el sustrato y la enzima. Otra constante útil es el número de recambio, kcat, que es el número de moléculas de sustrato procesadas por cada sitio activo por segundo.

La eficiencia de una enzima puede ser expresada en términos de kcat/Km, en lo que se denomina constante de especificidad, que incorpora la constante de velocidad de todas las fases de la reacción. Debido a que la constante de especificidad contempla tanto la afinidad como la capacidad catalítica, es un parámetro muy útil para comparar diferentes enzimas o la misma enzima con diferentes sustratos. El valor máximo teórico de la constante de especificidad es denominado límite de difusión tiene un valor de 108-109 (M−1 s−1). Llegados a este punto, cada colisión de la enzima con su sustrato da lugar a la catálisis, con lo que la velocidad de formación de producto no se ve limitada por la velocidad de reacción, sino por la velocidad de difusión. Las enzimas que poseen esta propiedad son llamadas enzimas catalíticamente perfectas o cinéticamente perfectas. Ejemplos de este tipo de enzimas son la triosa fosfato isomerasa, la anhidrasa carbónica, la acetilcolinesterasa, la catalasa, la fumarasa, la beta-lactamasa y la superóxido dismutasa.

La cinética de Michaelis-Menten depende de la ley de acción de masas, que se deriva partiendo de los supuestos de difusión libre y colisión al azar. Sin embargo, muchos procesos bioquímicos o celulares se desvían significativamente de estas condiciones, a causa de fenómenos como el crowding macromolecular, la separación de etapas entre enzima-sustrato-producto, o los movimientos moleculares uni- o bidimensionales.[62]​ No obstante, en estas situaciones se puede aplicar una cinética de Michaelis-Menten fractal.[63][64][65][66]

Algunas enzimas presentan una cinética más rápida que la velocidad de difusión, lo que en principio parecería ser imposible. Se han propuesto diversos mecanismos para tratar de explicar este fenómeno. Uno de los modelos propone que algunas proteínas podrían tener la capacidad de acelerar la catálisis secuestrando el sustrato y orientándolo mediante campos eléctricos dipolares. Otro modelo propone un mecanismo de efecto túnel cuántico, donde un protón o un electrón pueden formar un túnel a través de barreras de activación, aunque existe cierta controversia en cuanto al efecto túnel que pueda generar un protón.[67][68]​ El efecto túnel mediado por protones ha sido observado en triptamina.[69]​ Esto sugiere que la catálisis enzimática podría ser definida más exactamente como una "barrera", en lugar de como hace el modelo tradicional, donde el sustrato requiere a la enzima para alcanzar una barrera energética más baja.

Inhibición

 
Los inhibidores competitivos se unen reversiblemente al enzima, evitando la unión del sustrato. Por otro lado, la unión del sustrato evita la unión del inhibidor. Así pues, sustrato e inhibidor compiten por la enzima.
 
Tipos de inhibición según la clasificación introducida por W. W. Cleland.[70]

Los inhibidores son moléculas que alteran los parámetros cinéticos de una reacción enzimática y por lo tanto regulan la actividad enzimática. A grandes rasgos, pueden clasificarse en reversibles e irreversibles. Las irreversibles se unen covalentemente a la enzima sin posibilidad de revertir la modificación, siendo útiles en farmacología. Algunos de los fármacos que actúan de este modo son la eflornitina, utilizada para tratar la tripanosomiasis africana,[71]​ la penicilina y la aspirina.

Las reversibles se unen de forma reversible a la enzima, pudiendo clasificarse a su vez, según la forma en que intervienen en la reacción, en competitivas, acompetitivas y mixtas. Habitualmente, por su amplia presencia en multitud de procesos, se habla también de inhibición no competitiva, que en realidad no es más que una variante de la ya mencionada inhibición mixta. Sin embargo, por sus características se suele presentar como opuesta a la competitiva, con la que es comparada frecuentemente.

  • En la inhibición competitiva, el sustrato (S) y el inhibidor (I) no se pueden unir a la misma enzima al mismo tiempo, como se muestra en la figura de la derecha.[72]​ Esto generalmente ocurre cuando el inhibidor tiene afinidad por el sitio activo de una enzima en el cual también se une el sustrato; el sustrato y el inhibidor compiten para el acceso al sitio activo de la enzima. Por ejemplo, el metotrexato es un inhibidor competitivo de la enzima dihidrofolato reductasa, que cataliza la reducción de dihidrofolato a tetrahidrofolato. La similitud entre las estructuras del ácido fólico y el metotrexato permite que se establezca una inhibición de tipo competitivo. Este tipo de inhibición se puede superar con concentraciones suficientemente altas del sustrato, es decir, dejando fuera de competición al inhibidor. En la inhibición competitiva la velocidad máxima de la reacción no varía, pero se necesitan concentraciones más elevadas de sustrato para alcanzar una determinada velocidad, incrementándose así la Km aparente.
  • En la inhibición acompetitiva el inhibidor no puede unirse a la enzima libre, sino únicamente al complejo enzima-sustrato (ES). Una vez formado el complejo con el inhibidor (EIS) la enzima queda inactiva. Este tipo de inhibición es poco común, pero puede darse en enzimas multiméticas.
  • La inhibición no competitiva es una forma de inhibición mixta donde la unión del inhibidor con la enzima reduce su actividad pero no afecta la unión con el sustrato. Como resultado, el grado de inhibición depende solamente de la concentración de inhibidor, independientemente de la concentración de sustrato, con lo que varía el valor de la Vmax aparente. Sin embargo, como el sustrato aún puede unirse a la enzima, el valor de Km no varía.
  • En la inhibición mixta, el inhibidor se puede unir a la enzima al mismo tiempo que el sustrato. Sin embargo, la unión del inhibidor afecta la unión del sustrato, y viceversa. Este tipo de inhibición se puede reducir, pero no superar al aumentar las concentraciones del sustrato. Aunque es posible que los inhibidores de tipo mixto se unan en el sitio activo, este tipo de inhibición resulta generalmente de un efecto alostérico donde el inhibidor se une a otro sitio que no es el sitio activo de la enzima. La unión del inhibidor con el sitio alostérico cambia la conformación (es decir, la estructura terciaria) de la enzima de modo que la afinidad del sustrato por el sitio activo se reduce.
 
La coenzima ácido fólico (izquierda) y el fármaco anti-cancerígeno metotrexato (derecha) son muy similares en estructura. Como resultado, el metotrexato es un inhibidor competitivo de muchas enzimas que utilizan folato.

En muchos organismos, los inhibidores pueden actuar como parte de un mecanismo de realimentación. Si una enzima produce una sustancia en demasiada cantidad en el organismo, esta misma sustancia podría actuar como un inhibidor de la enzima al inicio de la ruta que lo produce, deteniendo así dicha producción cuando haya una cantidad suficiente de la sustancia en cuestión. Este sería una forma de realimentación negativa. Las enzimas que se encuentran sujetas a este tipo de regulación suelen ser multiméricas y poseer sitios alostéricos donde se unen sustancias reguladoras. Las gráficas que representan la velocidad de la reacción frente a la concentración de sustrato de estas enzimas no son hipérboles, sino sigmoidales (forma de S).

Usos de los inhibidores

Debido a que los inhibidores modulan la función de las enzimas, suelen ser utilizados como fármacos. Un típico ejemplo de un inhibidor que es utilizado como fármaco es la aspirina, la cual inhibe las enzimas COX-1 y COX-2 implicadas en la síntesis de un intermediario inflamatorio, las prostaglandinas, con lo que suprime así los efectos derivados, el dolor y la inflamación. Sin embargo, otros inhibidores enzimáticos actúan como venenos. Por ejemplo, el cianuro es un inhibidor irreversible que se une a los átomos de hierro y cobre en el sitio activo de la citocromo c oxidasa de células animales (las plantas son resistentes al cianuro), bloqueando así la respiración celular.[73]

Función biológica

Las enzimas presentan una amplia variedad de funciones en los organismos vivos. Son indispensables en la transducción de señales y en procesos de regulación, normalmente por medio de quinasas y fosfatasas.[74]​ También son capaces de producir movimiento, como es el caso de la miosina al hidrolizar ATP para generar la contracción muscular o el movimiento de vesículas por medio del citoesqueleto.[75]​ Otro tipo de ATPasas en la membrana celular son las bombas de iones implicadas en procesos de transporte activo. Además, las enzimas también están implicadas en funciones mucho más exóticas, como la producción de luz por la luciferasa en las luciérnagas.[76]​ Los virus también pueden contener enzimas implicadas en la infección celular, como es el caso de la integrasa del virus HIV y de la transcriptasa inversa, o en la liberación viral, como la neuraminidasa del virus de la gripe.

Una importante función de las enzimas es la que presentan en el sistema digestivo de los animales. Enzimas tales como las amilasas y las proteasas son capaces de degradar moléculas grandes (almidón o proteínas, respectivamente) en otras más pequeñas, de forma que puedan ser absorbidas en el intestino. Las moléculas de almidón, por ejemplo, que son demasiado grandes para ser absorbidas, son degradadas por diversas enzimas a moléculas más pequeñas como la maltosa, y finalmente a glucosa, la cual sí puede ser absorbida a través de las células del intestino. Diferentes enzimas digestivas son capaces de degradar diferentes tipos de alimentos. Los rumiantes que tienen una dieta herbívora, poseen en sus intestinos una serie de microorganismos que producen otra enzima, la celulasa, capaz de degradar la celulosa presente en la pared celular de las plantas.[77]

Varias enzimas pueden actuar conjuntamente en un orden específico, creando así una ruta metabólica. En una ruta metabólica, una enzima toma como sustrato el producto de otra enzima. Tras la reacción catalítica, el producto se transfiere a la siguiente enzima y así sucesivamente. En ocasiones, existe más de una enzima capaz de catalizar la misma reacción en paralelo, lo que permite establecer una regulación más sofisticada: por ejemplo, en el caso en que una enzima presenta una actividad constitutiva pero con una baja constante de actividad y una segunda enzima cuya actividad es inducible, pero presenta una mayor constante de actividad.

Las enzimas determinan los pasos que siguen estas rutas metabólicas. Sin las enzimas, el metabolismo no se produciría a través de los mismos pasos, ni sería lo suficientemente rápido para atender las necesidades de la célula. De hecho, una ruta metabólica como la glucólisis no podría existir sin enzimas. La glucosa, por ejemplo, puede reaccionar directamente con el ATP de forma que quede fosforilada en uno o más carbonos. En ausencia de enzimas, esta reacción se produciría tan lentamente que sería insignificante. Sin embargo, si se añade la enzima hexoquinasa que fosforila el carbono 6 de la glucosa y se mide la concentración de la mezcla en un breve espacio de tiempo se podrá encontrar únicamente glucosa-6-fosfato a niveles significativos. Por tanto, las redes de rutas metabólicas dentro de la célula dependen del conjunto de enzimas funcionales que presenten.

Control de la actividad

La actividad enzimática puede ser controlada en la célula principalmente de estas cinco formas:

  • Producción de la enzima (a nivel de la transcripción o la traducción): la síntesis de una enzima puede ser favorecida o desfavorecida en respuesta a determinados estímulos recibidos por la célula. Esta forma de regulación génica se denomina inducción e inhibición enzimática. Por ejemplo, las bacterias podrían adquirir resistencia a antibióticos como la penicilina gracias a la inducción de unas enzimas llamadas beta-lactamasas, que hidrolizan el anillo beta-lactámico de la molécula de penicilina. Otro ejemplo, son las enzimas presentes en el hígado denominadas citocromo P450 oxidasas, las cuales son de vital importancia en el metabolismo de drogas y fármacos. La inducción o inhibición de estas enzimas puede dar lugar a la aparición de interacciones farmacológicas.
  • Compartimentalización de la enzima: las enzimas pueden localizarse en diferentes compartimentos celulares, de modo que puedan tener lugar diferentes rutas metabólicas de forma independiente. Por ejemplo, los ácidos grasos son sintetizados por un conjunto de enzimas localizadas en el citosol, en el retículo endoplasmático y en el aparato de Golgi, y posteriormente, dichos ácidos grasos son utilizados por otro conjunto de enzimas diferentes como fuente energética en la mitocondria, a través de la β-oxidación.[78]
  • Inhibidores y activadores enzimáticos: las enzimas pueden ser activadas o inhibidas por ciertas moléculas. Por ejemplo, el producto final de una ruta metabólica suele actuar como inhibidor de alguna de las enzimas implicadas en las primeras reacciones de la ruta, estableciendo así una realimentación negativa que regula la cantidad de producto final obtenido por esa ruta. Este mecanismo de realimentación negativa permite ajustar efectivamente la velocidad de síntesis de los metabolitos intermedios con la demanda de la célula, y permite distribuir económicamente materiales y energía para evitar exceso o escasez de los productos finales. Este control enzimático permite mantener un ambiente relativamente estable en el interior de los organismos vivos.
  • Modificación postraduccional de enzimas: las enzimas pueden sufrir diversas modificaciones postraduccionales como la fosforilación, la miristoilación y la glicosilación. Por ejemplo, en la respuesta a insulina, se produce la fosforilación de multitud de enzimas, como la de la glucógeno sintasa, que ayuda en el control de la síntesis o degradación del glucógeno y permite a la célula responder a las variaciones de los niveles de azúcar en sangre.[79]​ Otro ejemplo de modificación postraduccional es la degradación de la cadena polipeptídica. La quimiotripsina, una proteasa digestiva, es sintetizada en una forma inactiva, quimiotripsinógeno, en el páncreas y transportada en este estado hasta el estómago, donde será activada. De este modo se evita que la enzima digiera el páncreas y los demás tejidos por los que pasa antes de llegar al estómago. Este tipo de precursor inactivo de una enzima es denominado zimógeno.
  • Activación dependiente del ambiente: algunas enzimas pueden ser activadas cuando pasan de un ambiente con unas condiciones a otro con condiciones diferentes, como puede ser el paso del ambiente reductor del citoplasma al ambiente oxidativo del periplasma, el paso de un ambiente con elevado pH a otro con bajo pH, etc. Por ejemplo, la hemaglutinina del virus de la gripe es activada mediante un cambio conformacional que se produce cuando el pH del medio es suficientemente ácido, lo cual ocurre cuando el virus entra en el interior de la célula a través de un lisosoma.[80]

Implicaciones en enfermedades

Debido a que es necesario un fuerte control de la actividad enzimática para la homeostasis, cualquier fallo en el funcionamiento (mutación, incremento o reducción de la expresión o deleción) de una única enzima crítica puede conducir al desarrollo de una enfermedad genética. La importancia de las enzimas se pone de manifiesto en el hecho de que una enfermedad letal puede ser causada por el mal funcionamiento de un único tipo de enzima de todos los miles de tipos que existen en nuestro cuerpo.

Un ejemplo de esto es el tipo más común de fenilcetonuria. En esta enfermedad genética se produce una mutación de un único aminoácido en la fenilalanina hidroxilasa, una enzima que cataliza la primera reacción de la ruta de degradación de la fenilalanina y de compuestos relacionados. Al ser esta enzima inactiva, se acumulan una serie de productos que terminan dando lugar a la aparición de retardo mental si no se recibe tratamiento.[81]

Otro ejemplo es cuando se produce una mutación en los genes de la línea germinal que codifican las enzimas implicadas en la reparación del ADN. En este caso, al no repararse adecuadamente el ADN de las células, se acumulan mutaciones que suelen derivar en el desarrollo de diversos tipos de cáncer hereditarios, como la xerodermia pigmentosa.

Clasificación y nomenclatura de enzimas

Las enzimas reciben nombres comunes que hacen alusión al tipo de reacción sobre el sustrato. El nombre de una enzima suele derivarse del sustrato o de la reacción química que cataliza, con la palabra terminada en -asa. Por ejemplo, la lactasa (EC 3.2.1.108) actua sobre la lactosa; la alcohol deshidrogenasa (EC 1.1.1.1) oxida al alcohol (lo "deshidrogena"); la ADN polimerasa (EC 2.7.7.7) proviene también de la reacción que cataliza que consiste en polimerizar el ADN.

El comité de nomenclatura de la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB) recomienda una serie de reglas para la clasificación de las enzimas, que consiste en las siglas EC al inicio (por las siglas de Enzyme Commission), seguido de cuatro cifras separadas por puntos. La primera cifra es un número natural que va del 1 al 7 e indica el tipo de reacción que cataliza[82]​. Todas las enzimas reciben un código numérico que identifica los sustratos, el tipo de reacción que realizan y alguna otra información adicional relevante. Por ejemplo, la enzima que transfiere electrones entre la ferredoxina (una proteína) y el NADPH (una coenzima) tiene el código EC 1.18.1.2 y se conoce como ferredoxina:NADP+ óxido-reductasa, entre otros nombres similares. A continuación se indican las siete clases de enzimas que se reconocen en la actualidad:

  • EC 1 Oxidorreductasas: catalizan reacciones de de oxidorreducción o reacciones redox. Estas consisten en la transferencia de equivalentes reductores entre un donador y un aceptor. La transferencia precisa de una coenzima como NAD+, NADP+o FAD, como intermediario en la transferencia de electrones. Tras la acción catalítica, estas coenzimas quedan modificadas en su grado de oxidación, por lo que deben ser recicladas antes de volver a efectuar una nueva reacción catalítica. Ejemplos: deshidrogenasas, peroxidasas.
  • EC 2 Transferasas: transfieren grupos funcionales (obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas) a otras sustancias receptoras. Suelen actuar en procesos de interconversión de monosacáridos, aminoácidos, etc. Ejemplos: transaminasas, cinasas.
  • EC 3 Hidrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis con la consiguiente obtención de monómeros a partir de polímeros. Actúan en la digestión de los alimentos, previamente a otras fases de su degradación. La palabra hidrólisis se deriva de hidro → 'agua' y lisis → 'disolución'. Ejemplos: glucosidasas, lipasas, esterasas.
  • EC 4 Liasas: catalizan reacciones en las que se eliminan o adicionan grupos H2O, CO2 y NH3 para formar un doble enlace o añadirse a un doble enlace, u otras reacciones que implican un reacomodo de electrones. Ejemplos: descarboxilasas, la fenilalanina amonio liasa (EC 4.3.1.24).
  • EC 5 Isomerasas: actúan sobre determinadas moléculas obteniendo o cambiando de ellas sus isómeros funcionales o de posición, es decir, catalizan la racemización y cambios de posición de un grupo en determinada molécula obteniendo formas isoméricas. Suelen actuar en procesos de interconversión. Ejemplo: epimerasas (mutasa).
  • EC 6 Ligasas: catalizan la degradación o síntesis de los enlaces denominados "fuertes" mediante el acoplamiento a moléculas de alto valor energético como el ATP. Ejemplos: sintetasas, carboxilasas.
  • EC 7 Translocasas: son proteínas integrales de membrana que transfieren un sustrato (ion o molécula) desde el lado 1 a lado 2 de una membrana, y se subdividen en 4 subclases, de acuerdo con la fuerza que impulsa la reacción de transferencia[83]​. Ejemplo: el citocromo-c oxidasa (EC 7.1.1.9), o el transportador tipo P exportador de H+ (EC 7.1.2.1).

Aplicaciones industriales

Las enzimas son utilizadas en la industria química, y en otros tipos de industria, en donde se requiere el uso de catalizadores muy especializados. Sin embargo, las enzimas están limitadas tanto por el número de reacciones que pueden llevar a cabo como por su ausencia de estabilidad en solventes orgánicos y altas temperaturas. Por ello, la ingeniería de proteínas se ha convertido en un área de investigación muy activa donde se intentan crear enzimas con propiedades nuevas, bien mediante diseño racional, bien mediante evolución in vitro.[84][85]​ Estos esfuerzos han comenzado a tener algunos éxitos, obteniéndose algunas enzimas que catalizan reacciones no existentes en la naturaleza.[86]

A continuación se muestra una tabla con diversas aplicaciones industriales de las enzimas:

Aplicación Enzimas utilizadas Usos
Procesado de alimentos
 
La amilasa cataliza la degradación del almidón en azúcares sencillos.
Amilasas de hongos y plantas. Producción de azúcares desde el almidón, como por ejemplo en la producción de jarabe de maíz.[87]​ En la cocción al horno, cataliza la rotura del almidón de la harina en azúcar. La fermentación del azúcar llevada a cabo por levaduras produce el dióxido de carbono que hace "subir" la masa.
Proteasas Los fabricantes de galletas las utilizan para reducir la cantidad de proteínas en la harina.
Alimentos para bebés Tripsina Para pre-digerir el alimento dirigido a bebés.
Elaboración de cerveza
 
Cebada germinada utilizada para la elaboración de malta.
Las enzimas de la cebada son liberadas durante la fase de molido en la elaboración de la cerveza. Las enzimas liberadas degradan el almidón y las proteínas para generar azúcares sencillos, aminoácidos y péptidos que son usados por las levaduras en el proceso de fermentación.
Enzimas de cebada producidas a nivel industrial Ampliamente usadas en la elaboración de cerveza para sustituir las enzimas naturales de la cebada.
Amilasa, glucanasa y proteasas Digieren polisacáridos y proteínas en la malta.
Betaglucanasas y arabinoxilanasas Mejoran la filtración del mosto y la cerveza.
Amiloglucosidasas y pululanasas Producción de cerveza baja en calorías y ajuste de la capacidad de fermentación.
Proteasas Eliminan la turbidez producida durante el almacenamiento de la cerveza.
Acetolactatodecarboxilasa (ALDC) Incrementa la eficiencia de la fermentación mediante la reducción de la formación de diacetilo.[88]
Jugos de frutas Celulasas, pectinasas Aclarado de jugos de frutos.
Industria láctea
 
Queso de Roquefort.
Renina, derivado del estómago de animales rumiantes jóvenes (como terneros y ovejas). Producción de queso, usada para hidrolizar proteínas.
Enzimas producidas por bacterias Actualmente, cada vez más usadas en la industria láctea.
Lipasas Se introduce durante el proceso de producción del queso Roquefort para favorecer la maduración.
Lactasas Rotura de la lactosa en glucosa y galactosa.
Digestión de carne Papaína Ablandamiento de la carne utilizada para cocinar.
Industria del almidón
 
Glucosa.
 
Fructosa.
Amilasas, amiloglucosidasas y glucoamilasas Conversión del almidón en glucosa y diversos azúcares invertidos.
Glucosa isomerasa Conversión de glucosa en fructosa durante la producción de jarabe de maíz partiendo de sustancias ricas en almidón. Estos jarabes potencian las propiedades edulcorantes y reducen las calorías mejor que la sacarosa y manteniendo el mismo nivel de dulzor.
Industria del papel
 
Una fábrica de papel en Carolina del Sur.
Amilasas, xilanasas, celulasas y ligninasas Degradación del almidón para reducir su viscosidad, añadiendo apresto. Las xilanasas reducen el blanqueador necesario para la decoloración; las celulasas alisan las fibras, favorecen el drenaje de agua y promueven la eliminación de tintas; las lipasas reducen la oscuridad y las ligninasas eliminan la lignina para ablandar el papel.
Industria del biofuel
 
Celulosa en 3D.
Celulasas Utilizadas para degradar la celulosa en azúcares que puedan ser fermentados.
Ligninasas Utilizada para eliminar residuos de lignina.
Detergentes biológicos Principalmente proteasas, producidas de forma extracelular por bacterias. Utilizadas para ayudar en la eliminación de tintes proteicos de la ropa en las condiciones de prelavado y en las aplicaciones directas de detergente líquido.
Amilasas Detergentes de lavadoras para eliminar residuos resistentes de almidón.
Lipasas Utilizadas para facilitar la eliminación de tintes grasos y oleosos.
Celulasas Utilizadas en suavizantes biológicos.
Limpiadores de lentes de contacto Proteasas Para eliminar restos proteicos de las lentes de contacto y así prevenir infecciones.
Industria del hule Catalasa Para generar oxígeno desde el peróxido, y así convertir el látex en hule espumoso.
Industria fotográfica Proteasa (ficina) Disolver la gelatina de las películas fotográficas usadas, permitiendo así la recuperación de su contenido en plata.
Biología molecular
 
ADN de doble hélice.
Enzimas de restricción, ADN ligasa y polimerasas Utilizadas para manipular el ADN mediante ingeniería genética. De gran importancia en farmacología, agricultura, medicina y criminalística. Esenciales para digestión de restricción y para la reacción en cadena de la polimerasa.

Véase también

Notas

  1. Aunque es de género ambiguo, la regla general es que casi todas las palabras que provienen del griego acabadas en -μα (-ma) terminan siendo masculinas, a pesar de que el Diccionario de la RAE la clasifica como femenina en su uso común. Según Fernando A. Navarro:[1]
    Dentro de las palabras ambiguas, una de las que más problemas plantea en medicina es enzima: ¿debe decirse "las enzimas hepáticas" o "los enzimas hepáticos"? Este problema no es específico de nuestro idioma, sino que preocupa también al otro lado de los Pirineos, donde los científicos franceses utilizan enzyme habitualmente como masculino (al igual que levain, levadura) en contra de la recomendación oficial de la Academia Francesa de Ciencias. En español, la RAE considera que enzima es una palabra ambigua, si bien los médicos la usan más como femenino, sobre todo en los últimos años. Los partidarios de asignarle género masculino la equiparan a los helenismos médicos procedentes de neutros griegos terminados en -ma (-ma), que son siempre masculinos en nuestro idioma. Olvidan, sin embargo, que no es tal la procedencia de enzima, neologismo formado hace un siglo a partir del femenino griego zumh (zýme, levadura). Por si ello no bastara para preferir el género femenino en nuestro idioma, compruébese que ningún médico habla de "los coenzimas" o "los lisozimas"; además, todas las enzimas son femeninas en castellano.
  2. La Real Academia Española reconoce el uso de la letra z en el vocablo como un cultismo.[2]​ No debe confundirse con la palabra homófona encima («en lugar o parte superior»).[3]

Referencias

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  2. «[...] existen en español algunas palabras que se escriben siempre con z ante e, i [...]. Se trata normalmente de cultismos griegos, arabismos y préstamos de otras lenguas que contienen esta letra en su grafía originaria o en su transcripción al alfabeto latino [...]». Citado en RAE y ASALE (2010). «§ 6.2.2.7.1.1 Palabras excepcionalmente escritas con z ante e, i». Ortografía de la lengua española. Madrid: Espasa Calpe. p. 124. ISBN 978-6-070-70653-0. Consultado el 7 de junio de 2017. 
  3. «[...] encima (‘en lugar o parte superior’) y enzima (‘proteína que cataliza las reacciones bioquímicas del metabolismo’).». Citado en RAE y ASALE (2010). «§ 3.2.5 Diferenciación de homónimos». Ortografía de la lengua española. Madrid: Espasa Calpe. p. 39. ISBN 978-6-070-70653-0. Consultado el 7 de junio de 2017. 
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Lecturas complementarias

Etimología e historia

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  • Williams, Henry Smith, 1863-1943. A History of Science: in Five Volumes. Volume IV: Modern Development of the Chemical and Biological Sciences, Libro de texto del sigo XIX.
  • Kleyn, J. and Hough J. The Microbiology of Brewing. Annual Review of Microbiology (1971) Vol. 25: 583-608

Estructura y mecanismos de las enzimas

  • Fersht, A. Structure and Mechanism in Protein Science: A Guide to Enzyme Catalysis and Protein Folding. W. H. Freeman, 1998 ISBN 0-7167-3268-8
  • Walsh, C., Enzymatic Reaction Mechanisms. W. H. Freeman and Company. 1979. ISBN 0-7167-0070-0
  • Page, M. I., and Williams, A. (Eds.), 1987. Enzyme Mechanisms. Royal Society of Chemistry. ISBN 0-85186-947-5
  • M.V. Volkenshtein, R.R. Dogonadze, A.K. Madumarov, Z.D. Urushadze, Yu.I. Kharkats. Theory of Enzyme Catalysis.- Molekuliarnaya Biologia, (1972), 431-439 (en ruso, sumario en inglés)
  • Warshel, A., Computer Modeling of Chemical Reactions in enzymes and Solutions John Wiley & Sons Inc. 1991. ISBN 0-471-18440-3

Termodinámica

  • Chapter 10 of On-Line Biology Book at Estrella Mountain Community College.

Cinética e inhibición

  • Athel Cornish-Bowden, Fundamentals of Enzyme Kinetics. (3rd edition), Portland Press (2004), ISBN 1-85578-158-1.
  • Irwin H. Segel, Enzyme Kinetics: Behavior and Analysis of Rapid Equilibrium and Steady-State Enzyme Systems. Wiley-Interscience; New Ed edition (1993), ISBN 0-471-30309-7.
  • John W. Baynes, Medical Biochemistry, Elsevier-Mosby; 2th Edition (2005), ISBN 0-7234-3341-0, p. 57.

Función y control de las enzimas en las células

  • Price, N. and Stevens, L., Fundamentals of Enzymology: Cell and Molecular Biology of Catalytic Proteins Oxford University Press, (1999), ISBN 0-19-850229-X

Convenciones para asignar nombres a enzimas

  • Enzyme Nomenclature, Recomendaciones para nombrar enzimas del Comité para la Nomenclatura de la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular.

Aplicaciones industriales

  • History of industrial enzymes Artículo en inglés sobre la historia de las enzimas industriales, entre finales del siglo XX y la actualidad.

Enlaces externos

  •   Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre enzima.
  •   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Enzima.
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  •   Datos: Q8047
  •   Multimedia: Enzymes

enzima, enzimas, moléculas, orgánicas, actúan, como, catalizadores, reacciones, químicas, decir, aceleran, velocidad, reacción, comúnmente, naturaleza, proteica, pero, también, ribozimas, enzimas, modifican, velocidad, reacción, afectar, equilibrio, misma, enz. Las enzimas a b son moleculas organicas que actuan como catalizadores de reacciones quimicas 4 es decir aceleran la velocidad de reaccion Comunmente son de naturaleza proteica pero tambien de ARN ver ribozimas 5 Las enzimas modifican la velocidad de reaccion sin afectar el equilibrio de la misma ya que una enzima hace que una reaccion quimica transcurra a mayor velocidad siempre y cuando sea energeticamente posible ver energia libre de Gibbs 6 7 En estas reacciones las enzimas actuan sobre unas moleculas denominadas sustratos las cuales se convierten en moleculas diferentes denominadas productos Casi todos los procesos en las celulas necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimaticas Estructura de la triosafosfato isomerasa Conformacion en forma de diagrama de cintas rodeado por el modelo de relleno de espacio de la proteina Esta proteina es una eficiente enzima involucrada en el proceso de transformacion de azucares en energia en las celulas Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su velocidad crece solo con algunas reacciones el conjunto set de enzimas presentes en una celula determina el tipo de metabolismo que tiene esa celula A su vez esta presencia depende de la regulacion de la expresion genica correspondiente a la enzima Como todos los catalizadores las enzimas funcionan disminuyendo la energia de activacion DG de una reaccion de forma que la presencia de la enzima acelera sustancialmente la tasa de reaccion Las enzimas no alteran el balance energetico de las reacciones en que intervienen ni modifican por lo tanto el equilibrio de la reaccion pero consiguen acelerar el proceso incluso en escalas de millones de veces Una reaccion que se produce bajo el control de una enzima o de un catalizador en general alcanza el equilibrio mucho mas deprisa que la correspondiente reaccion no catalizada Al igual que ocurre con otros catalizadores las enzimas no son consumidas en las reacciones que catalizan ni alteran su equilibrio quimico Sin embargo las enzimas difieren de otros catalizadores por ser mas especificas Existen gran diversidad de enzimas que catalizan alrededor de 4000 reacciones bioquimicas distintas 8 No todos los catalizadores bioquimicos son proteinas pues algunas moleculas de ARN son capaces de catalizar reacciones como la subunidad 16S de los ribosomas en la que reside la actividad peptidil transferasa 9 10 Tambien cabe nombrar unas moleculas sinteticas denominadas enzimas artificiales capaces de catalizar reacciones quimicas como las enzimas clasicas 11 La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras moleculas Los inhibidores enzimaticos son moleculas que disminuyen o impiden la actividad de las enzimas mientras que los activadores son moleculas que incrementan dicha actividad Asimismo gran cantidad de enzimas requieren de cofactores para su actividad Muchas drogas o farmacos son moleculas inhibidoras Igualmente la actividad es afectada por la temperatura el pH la concentracion de la propia enzima y del sustrato y otros factores fisico quimicos Muchas enzimas son usadas comercialmente por ejemplo en la sintesis de antibioticos o de productos domesticos de limpieza Ademas son ampliamente utilizadas en diversos procesos industriales como son la fabricacion de alimentos destincion de vaqueros o produccion de biocombustibles Indice 1 Etimologia e historia 2 Estructuras y mecanismos 2 1 Especificidad 2 1 1 Modelo de la llave cerradura 2 1 2 Modelo del encaje inducido 2 2 Modo de accion 2 2 1 Estabilizacion del estado de transicion 2 2 2 Funcion 2 3 Modulacion alosterica 3 Cofactores y coenzimas 3 1 Cofactores 3 2 Coenzimas 4 Termodinamica 5 Cinetica 6 Inhibicion 7 Funcion biologica 8 Control de la actividad 9 Implicaciones en enfermedades 10 Clasificacion y nomenclatura de enzimas 11 Aplicaciones industriales 12 Vease tambien 13 Notas 14 Referencias 15 Lecturas complementarias 16 Enlaces externosEtimologia e historia Editar Eduard Buchner Desde finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX se conocia la digestion de la carne por las secreciones del estomago 12 y la conversion del almidon en azucar por los extractos de plantas y la saliva Sin embargo no habia sido identificado el mecanismo subyacente 13 La primera enzima fue descubierta por Anselme Payen y Jean Francois Persoz en 1833 14 En el siglo XIX cuando se estaba estudiando la fermentacion del azucar en el alcohol con levaduras Louis Pasteur llego a la conclusion de que esta fermentacion era catalizada por una fuerza vital contenida en las celulas de la levadura llamadas fermentos e inicialmente se penso que solo funcionaban con organismos vivos Escribio que la fermentacion del alcohol es un acto relacionado con la vida y la organizacion de las celulas de las levaduras y no con la muerte y la putrefaccion de las celulas 15 Por el contrario otros cientificos de la epoca como Justus von Liebig se mantuvieron en la posicion que defendia el caracter puramente quimico de la reaccion de fermentacion En 1878 el fisiologo Wilhelm Kuhne 1837 1900 acuno el termino enzima que viene del griego enzymon en levadura para describir este proceso La palabra enzima fue usada despues para referirse a sustancias inertes como la pepsina Por otro lado la palabra fermento solia referirse a la actividad quimica producida por organismos vivientes En 1897 Eduard Buchner comenzo a estudiar la capacidad de los extractos de levadura para fermentar azucar a pesar de la ausencia de celulas vivientes de levadura En una serie de experimentos en la Universidad Humboldt de Berlin encontro que el azucar era fermentado inclusive cuando no habia elementos vivos en los cultivos de celulas de levaduras 16 Llamo a la enzima que causa la fermentacion de la sacarosa zimasa 17 En 1907 recibio el Premio Nobel de Quimica por sus investigaciones bioquimicas y el haber descubierto la fermentacion libre de celulas Siguiendo el ejemplo de Buchner las enzimas son usualmente nombradas de acuerdo a la reaccion que producen Normalmente el sufijo asa es agregado al nombre del sustrato p ej la lactasa es la enzima que degrada lactosa o al tipo de reaccion p ej la ADN polimerasa forma polimeros de ADN Tras haber mostrado que las enzimas pueden funcionar fuera de una celula viva el proximo paso era determinar su naturaleza bioquimica En muchos de los trabajos iniciales se noto que la actividad enzimatica estaba asociada con proteinas pero algunos cientificos como el premio Nobel Richard Willstatter argumentaban que las proteinas eran simplemente el transporte para las verdaderas enzimas y que las proteinas per se no eran capaces de realizar catalisis Sin embargo en 1926 James B Sumner demostro que la enzima ureasa era una proteina pura y la cristalizo Summer hizo lo mismo con la enzima catalasa en 1937 La conclusion de que las proteinas puras podian ser enzimas fue definitivamente probada por John Howard Northrop y Wendell Meredith Stanley quienes trabajaron con diversas enzimas digestivas como la pepsina 1930 la tripsina y la quimotripsina Estos tres cientificos recibieron el Premio Nobel de Quimica en 1946 18 El descubrimiento de que las enzimas podian ser cristalizadas permitia que sus estructuras fuesen resueltas mediante tecnicas de cristalografia y difraccion de rayos X Esto se llevo a cabo en primer lugar con la lisozima una enzima encontrada en las lagrimas la saliva y los huevos capaces de digerir la pared de algunas bacterias La estructura fue resuelta por un grupo liderado por David Chilton Phillips y publicada en 1965 19 Esta estructura de alta resolucion de las lisozimas marco el comienzo en el campo de la biologia estructural y el esfuerzo por entender como las enzimas trabajan en el orden molecular Estructuras y mecanismos Editar Diagrama de cintas que representa la estructura de una anhidrasa carbonica de tipo II La esfera gris representa al cofactor zinc situado en el centro activo Las enzimas son generalmente proteinas globulares que pueden presentar tamanos muy variables desde 62 aminoacidos como en el caso del monomero de la 4 oxalocrotonato tautomerasa 20 hasta los 2500 presentes en la sintasa de acidos grasos 21 Las actividades de las enzimas vienen determinadas por su estructura tridimensional la cual viene a su vez determinada por la secuencia de aminoacidos 22 Sin embargo aunque la estructura determina la funcion predecir una nueva actividad enzimatica basandose unicamente en la estructura de una proteina es muy dificil y un problema aun no resuelto 23 Casi todas las enzimas son mucho mas grandes que los sustratos sobre los que actuan y solo una pequena parte de la enzima alrededor de 3 a 4 aminoacidos esta directamente involucrada en la catalisis 24 La region que contiene estos residuos encargados de catalizar la reaccion es denominada centro activo Las enzimas tambien pueden contener sitios con la capacidad de unir cofactores necesarios a veces en el proceso de catalisis o de unir pequenas moleculas como los sustratos o productos directos o indirectos de la reaccion catalizada Estas uniones de la enzima con sus propios sustratos o productos pueden incrementar o disminuir la actividad enzimatica dando lugar asi a una regulacion por retroalimentacion positiva o negativa segun el caso Al igual que las demas proteinas las enzimas se componen de una cadena lineal de aminoacidos que se pliegan durante el proceso de traduccion para dar lugar a una estructura terciaria tridimensional de la enzima susceptible de presentar actividad Cada secuencia de aminoacidos es unica y por tanto da lugar a una estructura unica con propiedades unicas En ocasiones proteinas individuales pueden unirse a otras proteinas para formar complejos en lo que se denomina estructura cuaternaria de las proteinas La mayoria de las enzimas al igual que el resto de las proteinas pueden ser desnaturalizadas si se ven sometidas a agentes desnaturalizantes como el calor los pHs extremos o ciertos compuestos como el SDS Estos agentes destruyen la estructura terciaria de las proteinas de forma reversible o irreversible dependiendo de la enzima y de la condicion Una consecuencia de la desnaturalizacion es la perdida o merma de la funcion de la capacidad enzimatica Especificidad Editar Las enzimas suelen ser muy especificas tanto del tipo de reaccion que catalizan como del sustrato involucrado en la reaccion La forma la carga y las caracteristicas hidrofilicas hidrofobicas de las enzimas y los sustratos son los responsables de dicha especificidad La constante de especificidad es una medida de la eficiencia de una enzima ya que la velocidad de la reaccion se encuentra directamente relacionada con la frecuencia con la que se encuentran las moleculas de enzima y sustrato Las enzimas tambien pueden mostrar un elevado grado de estereoespecificidad regioselectividad y quimioselectividad 25 Algunas de estas enzimas que muestran una elevada especificidad y precision en su actividad son aquellas involucrados en la replicacion y expresion del genoma Estas enzimas tienen eficientes sistemas de comprobacion y correccion de errores como en el caso de la ADN polimerasa que cataliza una reaccion de replicacion en un primer paso para comprobar posteriormente si el producto obtenido es el correcto 26 Este proceso que tiene lugar en dos pasos da como resultado una media de tasa de error increiblemente baja en torno a 1 error cada 100 millones de reacciones en determinadas polimerasas de mamiferos 27 Este tipo de mecanismos de comprobacion tambien han sido observados en la ARN polimerasa 28 en la ARNt aminoacil sintetasa 29 y en la actividad de seleccion de los aminoacil tRNAs 30 Aquellas enzimas que producen metabolitos secundarios son denominadas promiscuas ya que pueden actuar sobre una gran variedad de sustratos Por ello se ha sugerido que esta amplia especificidad de sustrato podria ser clave en la evolucion y diseno de nuevas rutas biosinteticas 31 Modelo de la llave cerradura Editar Las enzimas son muy especificas como sugirio Emil Fischer en 1894 Con base en sus resultados dedujo que ambas moleculas la enzima y su sustrato poseen complementariedad geometrica es decir sus estructuras encajan exactamente una en la otra 32 por lo que este modelo ha sido denominado como modelo de la llave cerradura refiriendose a la enzima como a una especie de cerradura y al sustrato como a una llave que encaja de forma perfecta en dicha cerradura Una llave solo funciona en su cerradura y no en otras cerraduras Sin embargo si bien este modelo explica la especificidad de las enzimas falla al intentar explicar la estabilizacion del estado de transicion que logran adquirir las enzimas Modelo del encaje inducido Editar Diagrama que esquematiza el modo de accion del modelo del encaje inducido En 1958 Daniel Koshland sugiere una modificacion al modelo de la llave cerradura las enzimas son estructuras bastante flexibles y asi el sitio activo podria cambiar su conformacion estructural por la interaccion con el sustrato 33 Como resultado de ello la cadena aminoacidica que compone el sitio activo es moldeada en posiciones precisas lo que permite a la enzima llevar a cabo su funcion catalitica En algunos casos como en las glicosidasas el sustrato cambia ligeramente de forma para entrar en el sitio activo 34 El sitio activo continua dicho cambio hasta que el sustrato esta completamente unido momento en el cual queda determinada la forma y la carga final 35 Modo de accion Editar Las enzimas pueden actuar de diversas formas como se vera a continuacion siempre dando lugar a una disminucion del valor de DG 36 Reduccion de la energia de activacion mediante la creacion de un ambiente en el cual el estado de transicion es estabilizado por ejemplo forzando la forma de un sustrato la enzima produce un cambio de conformacion del sustrato unido el cual pasa a un estado de transicion de modo que ve reducida la cantidad de energia que precisa para completar la transicion Reduciendo la energia del estado de transicion sin afectar la forma del sustrato mediante la creacion de un ambiente con una distribucion de carga optima para que se genere dicho estado de transicion Proporcionando una ruta alternativa Por ejemplo reaccionando temporalmente con el sustrato para formar un complejo intermedio enzima sustrato ES que no seria factible en ausencia de enzima Reduciendo la variacion de entropia necesaria para alcanzar el estado de transicion energia de activacion de la reaccion mediante la accion de orientar correctamente los sustratos favoreciendo asi que se produzca dicha reaccion Incrementando la velocidad de la enzima mediante un aumento de temperatura El incremento de temperatura facilita la accion de la enzima y permite que se incremente aun mas su velocidad de reaccion Sin embargo si la temperatura se eleva demasiado la conformacion estructural de la enzima puede verse afectada reduciendo asi su velocidad de reaccion y solo recuperando su actividad optima cuando la temperatura se reduce No obstante algunas enzimas son termolabiles y trabajan mejor a bajas temperaturas Cabe destacar que este efecto entropico implica la desestabilizacion del estado basal 37 y su contribucion a la catalisis es relativamente pequena 38 Estabilizacion del estado de transicion Editar La comprension del origen de la reduccion del valor de DG en una reaccion enzimatica requiere elucidar previamente como las enzimas pueden estabilizar su estado de transicion mas que el estado de transicion de la reaccion Aparentemente la forma mas efectiva para alcanzar la estabilizacion es la utilizacion de fuerzas electrostaticas concretamente poseyendo un ambiente polar relativamente fijado que pueda orientarse hacia la distribucion de carga del estado de transicion Ese tipo de ambientes no existen ni se generan en ausencia de enzimas 39 Funcion Editar La dinamica interna de las enzimas esta relacionada con sus mecanismos de catalisis 40 41 42 La dinamica interna se define como el movimiento de diferentes partes de la estructura de la enzima desde residuos individuales de aminoacidos hasta grupos de aminoacidos o incluso un dominio proteico entero Estos movimientos se producen a diferentes escalas de tiempo que van desde femtosegundos hasta segundos Casi cualquier residuo de la estructura de la enzima puede contribuir en el proceso de catalisis por medio de movimientos dinamicos 43 44 45 46 Los movimientos de las proteinas son vitales en muchas enzimas Dichos movimientos podran ser mas o menos importantes segun si los cambios conformacionales se producen por vibraciones pequenas y rapidas o grandes y lentas y dicha importancia dependera del tipo de reaccion que lleve a cabo la enzima Sin embargo aunque estos movimientos son importantes en el proceso de union y liberacion de sustratos y productos aun no esta claro si estos movimientos ayudan a acelerar los pasos quimicos de las reacciones enzimaticas 47 Estos nuevos avances tambien tienen implicaciones en la comprension de los efectos alostericos y en el desarrollo de nuevos farmacos Modulacion alosterica Editar Transicion alosterica de una enzima entre los estados R y T estabilizada por un agonista A un inhibidor I y un sustrato S Los sitios alostericos son zonas de la enzima con capacidad de reconocer y unir determinadas moleculas en la celula Las uniones a las que dan lugar son debiles y no covalentes y generan un cambio en la conformacion estructural de la enzima que repercute en el sitio activo afectando asi a la velocidad de reaccion 48 Las interacciones alostericas pueden tanto inhibir como activar enzimas y son una forma muy comun de controlar las enzimas en las celulas 49 Cofactores y coenzimas Editar Estructura quimica del pirofosfato de tiamina amarillo y de la enzima transcetolasa el substrato en negro es la xilulosa 5 fosfato Cofactores Editar Algunas enzimas no precisan ningun componente adicional para mostrar una total actividad Sin embargo otras enzimas requieren la union de moleculas no proteicas denominadas cofactores para poder ejercer su actividad 50 Los cofactores pueden ser compuestos inorganicos como los iones metalicos y los complejos ferrosulfurosos o compuestos organicos como la flavina o el grupo hemo Los cofactores organicos pueden ser a su vez grupos prosteticos que se unen fuertemente a la enzima o coenzimas que son liberados del sitio activo de la enzima durante la reaccion Las coenzimas incluyen compuestos como el NADH el NADPH y el adenosin trifosfato Estas moleculas transfieren grupos funcionales entre enzimas 51 Un ejemplo de una enzima que contiene un cofactor es la anhidrasa carbonica en la cual el zinc cofactor se mantiene unido al sitio activo tal y como se muestra en la figura anterior situada al inicio de la seccion Estructuras y mecanismos 52 Estas moleculas suelen encontrarse unidas al sitio activo y estan implicadas en la catalisis Por ejemplo la flavina y el grupo hemo suelen estar implicados en reacciones redox Las enzimas que requieren un cofactor pero no lo tienen unido son denominadas apoenzimas o apoproteinas Una apoenzima junto con cofactor es es denominada holoenzima que es la forma activa La mayoria de los cofactores no se unen covalentemente a sus enzimas pero si lo hacen fuertemente Sin embargo los grupos prosteticos pueden estar covalentemente unidos como en el caso de la tiamina pirofosfato en la enzima piruvato deshidrogenasa El termino holoenzima tambien puede ser aplicado a aquellas enzimas que contienen multiples subunidades como en el caso de la ADN polimerasa donde la holoenzima es el complejo con todas las subunidades necesarias para llevar a cabo la actividad enzimatica Coenzimas Editar Modelo tridimensional de esferas de la coenzima NADH Las coenzimas son pequenas moleculas organicas que transportan grupos quimicos de una enzima a otra 53 Algunos de estos compuestos como la riboflavina la tiamina y el acido folico son vitaminas las cuales no pueden ser sintetizados en cantidad suficiente por el cuerpo humano y deben ser incorporados en la dieta Los grupos quimicos intercambiados incluyen el ion hidruro H transportado por NAD o NADP el grupo fosfato transportado por el ATP el grupo acetilo transportado por la coenzima A los grupos formil metenil o metil transportados por el acido folico y el grupo metil transportado por la S Adenosil metionina Debido a que las coenzimas sufren una modificacion quimica como consecuencia de la actividad enzimatica es util considerar a las coenzimas como una clase especial de sustratos o como segundos sustratos que son comunes a muchas enzimas diferentes Por ejemplo se conocen alrededor de 700 enzimas que utilizan la coenzima NADH 54 Las coenzimas suelen estar continuamente regenerandose y sus concentraciones suelen mantenerse a unos niveles fijos en el interior de la celula por ejemplo el NADPH es regenerado a traves de la ruta de las pentosas fosfato y la S Adenosil metionina por medio de la metionina adenosiltransferasa Esta regeneracion continua significa que incluso pequenas cantidades de coenzimas son utilizadas intensivamente Por ejemplo el cuerpo humano gasta su propio peso en ATP cada dia 55 Termodinamica Editar Grafica de las energias de las diferentes fases de una reaccion quimica Los sustratos precisan mucha energia para alcanzar el estado de transicion pero una vez alcanzado se transforman en productos La enzima estabiliza el estado de transicion reduciendo la energia necesaria para formar los productos Al igual que sucede con todos los catalizadores las enzimas no alteran el equilibrio quimico de la reaccion Generalmente en presencia de una enzima la reaccion avanza en la misma direccion en la que lo haria en ausencia de enzima solo que mas rapido Sin embargo en ausencia de enzima podria producirse una reaccion espontanea que generase un producto diferente debido a que en esas condiciones dicho producto diferente se forma mas rapidamente Ademas las enzimas pueden acoplar dos o mas reacciones por lo que una reaccion termodinamicamente favorable puede ser utilizada para favorecer otra reaccion termodinamicamente desfavorable Por ejemplo la hidrolisis de ATP suele ser utilizada para favorecer otras reacciones quimicas 56 Las enzimas catalizan reacciones quimicas tanto en un sentido como en el contrario Nunca alteran el equilibrio sino unicamente la velocidad a la que es alcanzado Por ejemplo la anhidrasa carbonica cataliza su reaccion en una u otra direccion dependiendo de la concentracion de los reactantes como se puede ver a continuacion C O 2 H 2 O H 2 C O 3 displaystyle mathrm CO 2 H 2 O xrightarrow H 2 CO 3 en tejidos alta concentracion de CO2 H 2 C O 3 C O 2 H 2 O displaystyle mathrm H 2 CO 3 xrightarrow CO 2 H 2 O en pulmones baja concentracion de CO2 Si el equilibrio se ve muy desplazado en un sentido de la reaccion es decir se convierte en una reaccion muy exergonica la reaccion se hace efectivamente irreversible Bajo estas condiciones la enzima unicamente catalizara la reaccion en la direccion permitida desde un punto de vista termodinamico Cinetica EditarArticulo principal Cinetica enzimatica Mecanismo de una reaccion catalizada por una enzima con un unico sustrato La enzima E une un sustrato S para formar el complejo enzima sustrato ES y genera un producto P La cinetica enzimatica es el estudio de como las enzimas se unen a sus sustratos y los transforman en productos Los datos de equilibrios utilizados en los estudios cineticos son obtenidos mediante ensayos enzimaticos En 1902 Victor Henri 57 propuso una teoria cuantitativa sobre la cinetica enzimatica pero sus datos experimentales no fueron muy utiles debido a que la importancia de la concentracion del ion de hidrogeno aun no era considerada Despues de que Peter Lauritz Sorensen definiera la escala logaritmica del pH e introdujera el concepto de tampon buffer en 1909 58 el quimico aleman Leonor Michaelis y su postdoctoral canadiense Maud Leonora Menten repitieron los experimentos de Henri confirmando su ecuacion que actualmente es conocida como cinetica de Henri Michaelis Menten o simplemente cinetica de Michaelis Menten 59 Su trabajo fue desarrollado mas en profundidad por George Edward Briggs y J B S Haldane quienes obtuvieron las ecuaciones cineticas que se encuentran tan ampliamente extendidas en la actualidad 60 La mayor contribucion de Henri fue la idea de dividir las reacciones enzimaticas en dos etapas En la primera el sustrato se une reversiblemente a la enzima formando el complejo enzima sustrato tambien denominado complejo Michaelis En la segunda la enzima cataliza la reaccion y libera el producto Curva de saturacion de una reaccion enzimatica donde se muestra la relacion entre la concentracion de sustrato y la velocidad de la reaccion Las enzimas pueden catalizar hasta varios millones de reacciones por segundo Por ejemplo la descarboxilacion no enzimatica de la orotidina 5 monofosfato EC 2 4 2 10 tiene una vida media de 78 millones de anos Sin embargo cuando la enzima orotidina 5 fosfato descarboxilasa esta presente en el medio ese mismo proceso tarda apenas 25 milisegundos 61 Las velocidades de las enzimas dependen de las condiciones de la solucion y de la concentracion de sustrato Aquellas condiciones que desnaturalizan una proteina como temperaturas elevadas pHs extremos o altas concentraciones de sal dificultan o impiden la actividad enzimatica mientras que elevadas concentraciones de sustrato tienden a incrementar la actividad Para encontrar la maxima velocidad de una reaccion enzimatica la concentracion de sustrato se incrementa hasta que se obtiene una tasa constante de formacion de producto vease la curva de saturacion representada en la figura de la derecha La saturacion ocurre porque cuando la concentracion de sustrato aumenta disminuye la concentracion de enzima libre que se convierte en la forma con sustrato unido ES A la maxima velocidad Vmax de la enzima todos los sitios activos de dicha enzima tienen sustrato unido y la cantidad de complejos Es igual a la cantidad total de enzima Sin embargo Vmax es solo una de las constantes cineticas de la enzima La cantidad de sustrato necesario para obtener una determinada velocidad de reaccion tambien es importante Este parametro viene dado por la constante de Michaelis Menten Km que viene a ser la concentracion de sustrato necesaria para que una enzima alcance la mitad de su velocidad maxima Cada enzima tiene un valor de Km caracteristico para un determinado sustrato el cual puede decirnos como de afin es la union entre el sustrato y la enzima Otra constante util es el numero de recambio kcat que es el numero de moleculas de sustrato procesadas por cada sitio activo por segundo La eficiencia de una enzima puede ser expresada en terminos de kcat Km en lo que se denomina constante de especificidad que incorpora la constante de velocidad de todas las fases de la reaccion Debido a que la constante de especificidad contempla tanto la afinidad como la capacidad catalitica es un parametro muy util para comparar diferentes enzimas o la misma enzima con diferentes sustratos El valor maximo teorico de la constante de especificidad es denominado limite de difusion tiene un valor de 108 109 M 1 s 1 Llegados a este punto cada colision de la enzima con su sustrato da lugar a la catalisis con lo que la velocidad de formacion de producto no se ve limitada por la velocidad de reaccion sino por la velocidad de difusion Las enzimas que poseen esta propiedad son llamadas enzimas cataliticamente perfectas o cineticamente perfectas Ejemplos de este tipo de enzimas son la triosa fosfato isomerasa la anhidrasa carbonica la acetilcolinesterasa la catalasa la fumarasa la beta lactamasa y la superoxido dismutasa La cinetica de Michaelis Menten depende de la ley de accion de masas que se deriva partiendo de los supuestos de difusion libre y colision al azar Sin embargo muchos procesos bioquimicos o celulares se desvian significativamente de estas condiciones a causa de fenomenos como el crowding macromolecular la separacion de etapas entre enzima sustrato producto o los movimientos moleculares uni o bidimensionales 62 No obstante en estas situaciones se puede aplicar una cinetica de Michaelis Menten fractal 63 64 65 66 Algunas enzimas presentan una cinetica mas rapida que la velocidad de difusion lo que en principio pareceria ser imposible Se han propuesto diversos mecanismos para tratar de explicar este fenomeno Uno de los modelos propone que algunas proteinas podrian tener la capacidad de acelerar la catalisis secuestrando el sustrato y orientandolo mediante campos electricos dipolares Otro modelo propone un mecanismo de efecto tunel cuantico donde un proton o un electron pueden formar un tunel a traves de barreras de activacion aunque existe cierta controversia en cuanto al efecto tunel que pueda generar un proton 67 68 El efecto tunel mediado por protones ha sido observado en triptamina 69 Esto sugiere que la catalisis enzimatica podria ser definida mas exactamente como una barrera en lugar de como hace el modelo tradicional donde el sustrato requiere a la enzima para alcanzar una barrera energetica mas baja Inhibicion EditarArticulo principal Inhibidor enzimatico Los inhibidores competitivos se unen reversiblemente al enzima evitando la union del sustrato Por otro lado la union del sustrato evita la union del inhibidor Asi pues sustrato e inhibidor compiten por la enzima Tipos de inhibicion segun la clasificacion introducida por W W Cleland 70 Los inhibidores son moleculas que alteran los parametros cineticos de una reaccion enzimatica y por lo tanto regulan la actividad enzimatica A grandes rasgos pueden clasificarse en reversibles e irreversibles Las irreversibles se unen covalentemente a la enzima sin posibilidad de revertir la modificacion siendo utiles en farmacologia Algunos de los farmacos que actuan de este modo son la eflornitina utilizada para tratar la tripanosomiasis africana 71 la penicilina y la aspirina Las reversibles se unen de forma reversible a la enzima pudiendo clasificarse a su vez segun la forma en que intervienen en la reaccion en competitivas acompetitivas y mixtas Habitualmente por su amplia presencia en multitud de procesos se habla tambien de inhibicion no competitiva que en realidad no es mas que una variante de la ya mencionada inhibicion mixta Sin embargo por sus caracteristicas se suele presentar como opuesta a la competitiva con la que es comparada frecuentemente En la inhibicion competitiva el sustrato S y el inhibidor I no se pueden unir a la misma enzima al mismo tiempo como se muestra en la figura de la derecha 72 Esto generalmente ocurre cuando el inhibidor tiene afinidad por el sitio activo de una enzima en el cual tambien se une el sustrato el sustrato y el inhibidor compiten para el acceso al sitio activo de la enzima Por ejemplo el metotrexato es un inhibidor competitivo de la enzima dihidrofolato reductasa que cataliza la reduccion de dihidrofolato a tetrahidrofolato La similitud entre las estructuras del acido folico y el metotrexato permite que se establezca una inhibicion de tipo competitivo Este tipo de inhibicion se puede superar con concentraciones suficientemente altas del sustrato es decir dejando fuera de competicion al inhibidor En la inhibicion competitiva la velocidad maxima de la reaccion no varia pero se necesitan concentraciones mas elevadas de sustrato para alcanzar una determinada velocidad incrementandose asi la Km aparente En la inhibicion acompetitiva el inhibidor no puede unirse a la enzima libre sino unicamente al complejo enzima sustrato ES Una vez formado el complejo con el inhibidor EIS la enzima queda inactiva Este tipo de inhibicion es poco comun pero puede darse en enzimas multimeticas La inhibicion no competitiva es una forma de inhibicion mixta donde la union del inhibidor con la enzima reduce su actividad pero no afecta la union con el sustrato Como resultado el grado de inhibicion depende solamente de la concentracion de inhibidor independientemente de la concentracion de sustrato con lo que varia el valor de la Vmax aparente Sin embargo como el sustrato aun puede unirse a la enzima el valor de Km no varia En la inhibicion mixta el inhibidor se puede unir a la enzima al mismo tiempo que el sustrato Sin embargo la union del inhibidor afecta la union del sustrato y viceversa Este tipo de inhibicion se puede reducir pero no superar al aumentar las concentraciones del sustrato Aunque es posible que los inhibidores de tipo mixto se unan en el sitio activo este tipo de inhibicion resulta generalmente de un efecto alosterico donde el inhibidor se une a otro sitio que no es el sitio activo de la enzima La union del inhibidor con el sitio alosterico cambia la conformacion es decir la estructura terciaria de la enzima de modo que la afinidad del sustrato por el sitio activo se reduce La coenzima acido folico izquierda y el farmaco anti cancerigeno metotrexato derecha son muy similares en estructura Como resultado el metotrexato es un inhibidor competitivo de muchas enzimas que utilizan folato En muchos organismos los inhibidores pueden actuar como parte de un mecanismo de realimentacion Si una enzima produce una sustancia en demasiada cantidad en el organismo esta misma sustancia podria actuar como un inhibidor de la enzima al inicio de la ruta que lo produce deteniendo asi dicha produccion cuando haya una cantidad suficiente de la sustancia en cuestion Este seria una forma de realimentacion negativa Las enzimas que se encuentran sujetas a este tipo de regulacion suelen ser multimericas y poseer sitios alostericos donde se unen sustancias reguladoras Las graficas que representan la velocidad de la reaccion frente a la concentracion de sustrato de estas enzimas no son hiperboles sino sigmoidales forma de S Usos de los inhibidoresDebido a que los inhibidores modulan la funcion de las enzimas suelen ser utilizados como farmacos Un tipico ejemplo de un inhibidor que es utilizado como farmaco es la aspirina la cual inhibe las enzimas COX 1 y COX 2 implicadas en la sintesis de un intermediario inflamatorio las prostaglandinas con lo que suprime asi los efectos derivados el dolor y la inflamacion Sin embargo otros inhibidores enzimaticos actuan como venenos Por ejemplo el cianuro es un inhibidor irreversible que se une a los atomos de hierro y cobre en el sitio activo de la citocromo c oxidasa de celulas animales las plantas son resistentes al cianuro bloqueando asi la respiracion celular 73 Funcion biologica EditarLas enzimas presentan una amplia variedad de funciones en los organismos vivos Son indispensables en la transduccion de senales y en procesos de regulacion normalmente por medio de quinasas y fosfatasas 74 Tambien son capaces de producir movimiento como es el caso de la miosina al hidrolizar ATP para generar la contraccion muscular o el movimiento de vesiculas por medio del citoesqueleto 75 Otro tipo de ATPasas en la membrana celular son las bombas de iones implicadas en procesos de transporte activo Ademas las enzimas tambien estan implicadas en funciones mucho mas exoticas como la produccion de luz por la luciferasa en las luciernagas 76 Los virus tambien pueden contener enzimas implicadas en la infeccion celular como es el caso de la integrasa del virus HIV y de la transcriptasa inversa o en la liberacion viral como la neuraminidasa del virus de la gripe Una importante funcion de las enzimas es la que presentan en el sistema digestivo de los animales Enzimas tales como las amilasas y las proteasas son capaces de degradar moleculas grandes almidon o proteinas respectivamente en otras mas pequenas de forma que puedan ser absorbidas en el intestino Las moleculas de almidon por ejemplo que son demasiado grandes para ser absorbidas son degradadas por diversas enzimas a moleculas mas pequenas como la maltosa y finalmente a glucosa la cual si puede ser absorbida a traves de las celulas del intestino Diferentes enzimas digestivas son capaces de degradar diferentes tipos de alimentos Los rumiantes que tienen una dieta herbivora poseen en sus intestinos una serie de microorganismos que producen otra enzima la celulasa capaz de degradar la celulosa presente en la pared celular de las plantas 77 Varias enzimas pueden actuar conjuntamente en un orden especifico creando asi una ruta metabolica En una ruta metabolica una enzima toma como sustrato el producto de otra enzima Tras la reaccion catalitica el producto se transfiere a la siguiente enzima y asi sucesivamente En ocasiones existe mas de una enzima capaz de catalizar la misma reaccion en paralelo lo que permite establecer una regulacion mas sofisticada por ejemplo en el caso en que una enzima presenta una actividad constitutiva pero con una baja constante de actividad y una segunda enzima cuya actividad es inducible pero presenta una mayor constante de actividad Las enzimas determinan los pasos que siguen estas rutas metabolicas Sin las enzimas el metabolismo no se produciria a traves de los mismos pasos ni seria lo suficientemente rapido para atender las necesidades de la celula De hecho una ruta metabolica como la glucolisis no podria existir sin enzimas La glucosa por ejemplo puede reaccionar directamente con el ATP de forma que quede fosforilada en uno o mas carbonos En ausencia de enzimas esta reaccion se produciria tan lentamente que seria insignificante Sin embargo si se anade la enzima hexoquinasa que fosforila el carbono 6 de la glucosa y se mide la concentracion de la mezcla en un breve espacio de tiempo se podra encontrar unicamente glucosa 6 fosfato a niveles significativos Por tanto las redes de rutas metabolicas dentro de la celula dependen del conjunto de enzimas funcionales que presenten Control de la actividad EditarLa actividad enzimatica puede ser controlada en la celula principalmente de estas cinco formas Produccion de la enzima a nivel de la transcripcion o la traduccion la sintesis de una enzima puede ser favorecida o desfavorecida en respuesta a determinados estimulos recibidos por la celula Esta forma de regulacion genica se denomina induccion e inhibicion enzimatica Por ejemplo las bacterias podrian adquirir resistencia a antibioticos como la penicilina gracias a la induccion de unas enzimas llamadas beta lactamasas que hidrolizan el anillo beta lactamico de la molecula de penicilina Otro ejemplo son las enzimas presentes en el higado denominadas citocromo P450 oxidasas las cuales son de vital importancia en el metabolismo de drogas y farmacos La induccion o inhibicion de estas enzimas puede dar lugar a la aparicion de interacciones farmacologicas Compartimentalizacion de la enzima las enzimas pueden localizarse en diferentes compartimentos celulares de modo que puedan tener lugar diferentes rutas metabolicas de forma independiente Por ejemplo los acidos grasos son sintetizados por un conjunto de enzimas localizadas en el citosol en el reticulo endoplasmatico y en el aparato de Golgi y posteriormente dichos acidos grasos son utilizados por otro conjunto de enzimas diferentes como fuente energetica en la mitocondria a traves de la b oxidacion 78 Inhibidores y activadores enzimaticos las enzimas pueden ser activadas o inhibidas por ciertas moleculas Por ejemplo el producto final de una ruta metabolica suele actuar como inhibidor de alguna de las enzimas implicadas en las primeras reacciones de la ruta estableciendo asi una realimentacion negativa que regula la cantidad de producto final obtenido por esa ruta Este mecanismo de realimentacion negativa permite ajustar efectivamente la velocidad de sintesis de los metabolitos intermedios con la demanda de la celula y permite distribuir economicamente materiales y energia para evitar exceso o escasez de los productos finales Este control enzimatico permite mantener un ambiente relativamente estable en el interior de los organismos vivos Modificacion postraduccional de enzimas las enzimas pueden sufrir diversas modificaciones postraduccionales como la fosforilacion la miristoilacion y la glicosilacion Por ejemplo en la respuesta a insulina se produce la fosforilacion de multitud de enzimas como la de la glucogeno sintasa que ayuda en el control de la sintesis o degradacion del glucogeno y permite a la celula responder a las variaciones de los niveles de azucar en sangre 79 Otro ejemplo de modificacion postraduccional es la degradacion de la cadena polipeptidica La quimiotripsina una proteasa digestiva es sintetizada en una forma inactiva quimiotripsinogeno en el pancreas y transportada en este estado hasta el estomago donde sera activada De este modo se evita que la enzima digiera el pancreas y los demas tejidos por los que pasa antes de llegar al estomago Este tipo de precursor inactivo de una enzima es denominado zimogeno Activacion dependiente del ambiente algunas enzimas pueden ser activadas cuando pasan de un ambiente con unas condiciones a otro con condiciones diferentes como puede ser el paso del ambiente reductor del citoplasma al ambiente oxidativo del periplasma el paso de un ambiente con elevado pH a otro con bajo pH etc Por ejemplo la hemaglutinina del virus de la gripe es activada mediante un cambio conformacional que se produce cuando el pH del medio es suficientemente acido lo cual ocurre cuando el virus entra en el interior de la celula a traves de un lisosoma 80 Implicaciones en enfermedades Editar Estructura tridimensional de la enzima fenilalanina hidroxilasa PDB 1KW0 Debido a que es necesario un fuerte control de la actividad enzimatica para la homeostasis cualquier fallo en el funcionamiento mutacion incremento o reduccion de la expresion o delecion de una unica enzima critica puede conducir al desarrollo de una enfermedad genetica La importancia de las enzimas se pone de manifiesto en el hecho de que una enfermedad letal puede ser causada por el mal funcionamiento de un unico tipo de enzima de todos los miles de tipos que existen en nuestro cuerpo Un ejemplo de esto es el tipo mas comun de fenilcetonuria En esta enfermedad genetica se produce una mutacion de un unico aminoacido en la fenilalanina hidroxilasa una enzima que cataliza la primera reaccion de la ruta de degradacion de la fenilalanina y de compuestos relacionados Al ser esta enzima inactiva se acumulan una serie de productos que terminan dando lugar a la aparicion de retardo mental si no se recibe tratamiento 81 Otro ejemplo es cuando se produce una mutacion en los genes de la linea germinal que codifican las enzimas implicadas en la reparacion del ADN En este caso al no repararse adecuadamente el ADN de las celulas se acumulan mutaciones que suelen derivar en el desarrollo de diversos tipos de cancer hereditarios como la xerodermia pigmentosa Clasificacion y nomenclatura de enzimas EditarLas enzimas reciben nombres comunes que hacen alusion al tipo de reaccion sobre el sustrato El nombre de una enzima suele derivarse del sustrato o de la reaccion quimica que cataliza con la palabra terminada en asa Por ejemplo la lactasa EC 3 2 1 108 actua sobre la lactosa la alcohol deshidrogenasa EC 1 1 1 1 oxida al alcohol lo deshidrogena la ADN polimerasa EC 2 7 7 7 proviene tambien de la reaccion que cataliza que consiste en polimerizar el ADN El comite de nomenclatura de la Union Internacional de Bioquimica y Biologia Molecular IUBMB recomienda una serie de reglas para la clasificacion de las enzimas que consiste en las siglas EC al inicio por las siglas de Enzyme Commission seguido de cuatro cifras separadas por puntos La primera cifra es un numero natural que va del 1 al 7 e indica el tipo de reaccion que cataliza 82 Todas las enzimas reciben un codigo numerico que identifica los sustratos el tipo de reaccion que realizan y alguna otra informacion adicional relevante Por ejemplo la enzima que transfiere electrones entre la ferredoxina una proteina y el NADPH una coenzima tiene el codigo EC 1 18 1 2 y se conoce como ferredoxina NADP oxido reductasa entre otros nombres similares A continuacion se indican las siete clases de enzimas que se reconocen en la actualidad EC 1 Oxidorreductasas catalizan reacciones de de oxidorreduccion o reacciones redox Estas consisten en la transferencia de equivalentes reductores entre un donador y un aceptor La transferencia precisa de una coenzima como NAD NADP o FAD como intermediario en la transferencia de electrones Tras la accion catalitica estas coenzimas quedan modificadas en su grado de oxidacion por lo que deben ser recicladas antes de volver a efectuar una nueva reaccion catalitica Ejemplos deshidrogenasas peroxidasas EC 2 Transferasas transfieren grupos funcionales obtenidos de la ruptura de ciertas moleculas a otras sustancias receptoras Suelen actuar en procesos de interconversion de monosacaridos aminoacidos etc Ejemplos transaminasas cinasas EC 3 Hidrolasas catalizan reacciones de hidrolisis con la consiguiente obtencion de monomeros a partir de polimeros Actuan en la digestion de los alimentos previamente a otras fases de su degradacion La palabra hidrolisis se deriva de hidro agua y lisis disolucion Ejemplos glucosidasas lipasas esterasas EC 4 Liasas catalizan reacciones en las que se eliminan o adicionan grupos H2O CO2 y NH3 para formar un doble enlace o anadirse a un doble enlace u otras reacciones que implican un reacomodo de electrones Ejemplos descarboxilasas la fenilalanina amonio liasa EC 4 3 1 24 EC 5 Isomerasas actuan sobre determinadas moleculas obteniendo o cambiando de ellas sus isomeros funcionales o de posicion es decir catalizan la racemizacion y cambios de posicion de un grupo en determinada molecula obteniendo formas isomericas Suelen actuar en procesos de interconversion Ejemplo epimerasas mutasa EC 6 Ligasas catalizan la degradacion o sintesis de los enlaces denominados fuertes mediante el acoplamiento a moleculas de alto valor energetico como el ATP Ejemplos sintetasas carboxilasas EC 7 Translocasas son proteinas integrales de membrana que transfieren un sustrato ion o molecula desde el lado 1 a lado 2 de una membrana y se subdividen en 4 subclases de acuerdo con la fuerza que impulsa la reaccion de transferencia 83 Ejemplo el citocromo c oxidasa EC 7 1 1 9 o el transportador tipo P exportador de H EC 7 1 2 1 Aplicaciones industriales EditarLas enzimas son utilizadas en la industria quimica y en otros tipos de industria en donde se requiere el uso de catalizadores muy especializados Sin embargo las enzimas estan limitadas tanto por el numero de reacciones que pueden llevar a cabo como por su ausencia de estabilidad en solventes organicos y altas temperaturas Por ello la ingenieria de proteinas se ha convertido en un area de investigacion muy activa donde se intentan crear enzimas con propiedades nuevas bien mediante diseno racional bien mediante evolucion in vitro 84 85 Estos esfuerzos han comenzado a tener algunos exitos obteniendose algunas enzimas que catalizan reacciones no existentes en la naturaleza 86 A continuacion se muestra una tabla con diversas aplicaciones industriales de las enzimas Aplicacion Enzimas utilizadas UsosProcesado de alimentos La amilasa cataliza la degradacion del almidon en azucares sencillos Amilasas de hongos y plantas Produccion de azucares desde el almidon como por ejemplo en la produccion de jarabe de maiz 87 En la coccion al horno cataliza la rotura del almidon de la harina en azucar La fermentacion del azucar llevada a cabo por levaduras produce el dioxido de carbono que hace subir la masa Proteasas Los fabricantes de galletas las utilizan para reducir la cantidad de proteinas en la harina Alimentos para bebes Tripsina Para pre digerir el alimento dirigido a bebes Elaboracion de cerveza Cebada germinada utilizada para la elaboracion de malta Las enzimas de la cebada son liberadas durante la fase de molido en la elaboracion de la cerveza Las enzimas liberadas degradan el almidon y las proteinas para generar azucares sencillos aminoacidos y peptidos que son usados por las levaduras en el proceso de fermentacion Enzimas de cebada producidas a nivel industrial Ampliamente usadas en la elaboracion de cerveza para sustituir las enzimas naturales de la cebada Amilasa glucanasa y proteasas Digieren polisacaridos y proteinas en la malta Betaglucanasas y arabinoxilanasas Mejoran la filtracion del mosto y la cerveza Amiloglucosidasas y pululanasas Produccion de cerveza baja en calorias y ajuste de la capacidad de fermentacion Proteasas Eliminan la turbidez producida durante el almacenamiento de la cerveza Acetolactatodecarboxilasa ALDC Incrementa la eficiencia de la fermentacion mediante la reduccion de la formacion de diacetilo 88 Jugos de frutas Celulasas pectinasas Aclarado de jugos de frutos Industria lactea Queso de Roquefort Renina derivado del estomago de animales rumiantes jovenes como terneros y ovejas Produccion de queso usada para hidrolizar proteinas Enzimas producidas por bacterias Actualmente cada vez mas usadas en la industria lactea Lipasas Se introduce durante el proceso de produccion del queso Roquefort para favorecer la maduracion Lactasas Rotura de la lactosa en glucosa y galactosa Digestion de carne Papaina Ablandamiento de la carne utilizada para cocinar Industria del almidon Glucosa Fructosa Amilasas amiloglucosidasas y glucoamilasas Conversion del almidon en glucosa y diversos azucares invertidos Glucosa isomerasa Conversion de glucosa en fructosa durante la produccion de jarabe de maiz partiendo de sustancias ricas en almidon Estos jarabes potencian las propiedades edulcorantes y reducen las calorias mejor que la sacarosa y manteniendo el mismo nivel de dulzor Industria del papel Una fabrica de papel en Carolina del Sur Amilasas xilanasas celulasas y ligninasas Degradacion del almidon para reducir su viscosidad anadiendo apresto Las xilanasas reducen el blanqueador necesario para la decoloracion las celulasas alisan las fibras favorecen el drenaje de agua y promueven la eliminacion de tintas las lipasas reducen la oscuridad y las ligninasas eliminan la lignina para ablandar el papel Industria del biofuel Celulosa en 3D Celulasas Utilizadas para degradar la celulosa en azucares que puedan ser fermentados Ligninasas Utilizada para eliminar residuos de lignina Detergentes biologicos Principalmente proteasas producidas de forma extracelular por bacterias Utilizadas para ayudar en la eliminacion de tintes proteicos de la ropa en las condiciones de prelavado y en las aplicaciones directas de detergente liquido Amilasas Detergentes de lavadoras para eliminar residuos resistentes de almidon Lipasas Utilizadas para facilitar la eliminacion de tintes grasos y oleosos Celulasas Utilizadas en suavizantes biologicos Limpiadores de lentes de contacto Proteasas Para eliminar restos proteicos de las lentes de contacto y asi prevenir infecciones Industria del hule Catalasa Para generar oxigeno desde el peroxido y asi convertir el latex en hule espumoso Industria fotografica Proteasa ficina Disolver la gelatina de las peliculas fotograficas usadas permitiendo asi la recuperacion de su contenido en plata Biologia molecular ADN de doble helice Enzimas de restriccion ADN ligasa y polimerasas Utilizadas para manipular el ADN mediante ingenieria genetica De gran importancia en farmacologia agricultura medicina y criminalistica Esenciales para digestion de restriccion y para la reaccion en cadena de la polimerasa Vease tambien EditarExtremoenzima Cinetica enzimatica Inhibidor enzimatico Analisis cuantitativo enzimatico Catalisis enzimatica Enzima de restriccion Numero EC acetato CoA transferasa Anexo Lista de enzimasNotas Editar Aunque es de genero ambiguo la regla general es que casi todas las palabras que provienen del griego acabadas en ma ma terminan siendo masculinas a pesar de que el Diccionario de la RAE la clasifica como femenina en su uso comun Segun Fernando A Navarro 1 Dentro de las palabras ambiguas una de las que mas problemas plantea en medicina es enzima debe decirse las enzimas hepaticas o los enzimas hepaticos Este problema no es especifico de nuestro idioma sino que preocupa tambien al otro lado de los Pirineos donde los cientificos franceses utilizan enzyme habitualmente como masculino al igual que levain levadura en contra de la recomendacion oficial de la Academia Francesa de Ciencias En espanol la RAE considera que enzima es una palabra ambigua si bien los medicos la usan mas como femenino sobre todo en los ultimos anos Los partidarios de asignarle genero masculino la equiparan a los helenismos medicos procedentes de neutros griegos terminados en ma ma que son siempre masculinos en nuestro idioma Olvidan sin embargo que no es tal la procedencia de enzima neologismo formado hace un siglo a partir del femenino griego zumh zyme levadura Por si ello no bastara para preferir el genero femenino en nuestro idioma compruebese que ningun medico habla de los coenzimas o los lisozimas ademas todas las enzimas son femeninas en castellano La Real Academia Espanola reconoce el uso de la letra z en el vocablo como un cultismo 2 No debe confundirse con la palabra homofona encima en lugar o parte superior 3 Referencias Editar Navarro Fernando A Problemas de genero gramatical en medicina Boletin de traduccion al espanol de la Union Europea Consultado el 7 de junio de 2017 existen en espanol algunas palabras que se escriben siempre con z ante e i Se trata normalmente de cultismos griegos arabismos y prestamos de otras lenguas que contienen esta letra en su grafia originaria o en su transcripcion al alfabeto latino Citado en RAE y ASALE 2010 6 2 2 7 1 1 Palabras excepcionalmente escritas con z ante e i Ortografia de la lengua espanola Madrid Espasa Calpe p 124 ISBN 978 6 070 70653 0 Consultado el 7 de junio de 2017 encima en lugar o parte superior y enzima proteina que cataliza las reacciones bioquimicas del metabolismo Citado en RAE y ASALE 2010 3 2 5 Diferenciacion de homonimos 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