En el estudio de reacciones físicas y químicas, existe una gran diversidad de conceptos que hacen posible un mejor entendimiento del funcionamiento de las moléculas orgánicas dentro de los cuerpos de los seres vivos.
Siendo uno de ellos, el referido a las enzimas, las cuales describiremos a continuación para tener una mejor noción al respecto.
En tal sentido, detallaremos factores como: su definición, estructura de las enzimas, su modo de acción, entre otros aspectos de interés.
¿Qué son Enzimas?
Las enzimas, no son más que moléculas orgánicas, que tienen la capacidad de actuar como catalizadores de reacciones químicas, por consiguiente pueden acelerar la velocidad de dichas reacciones.
Aunque puede modificar la velocidad de las reacciones químicas, no producen afectación en el equilibrio de las mismas, debido a que el incremento en la velocidad, sólo se ejecutará si es posible desde el punto de vista energético.
Es por ello que las enzimas, pueden actuar sobre ciertas moléculas conocidas como sustratos, las cuales se transforman en otras moléculas distintas, denominadas productos.
En virtud que las enzimas, aplican un procedimiento selectivo de sus moléculas o sustratos, y siendo que su velocidad aumenta sólo en presencia de ciertas reacciones; el conjunto de enzimas presentes en una célula determina el tipo de metabolismo que posee dicha célula.
Por otra parte, las enzimas funcionan mediante la disminución de la energía de activación de una determinada reacción, de tal manera que la presencia de la enzima acelera significativamente la tasa de reacción, siendo que tal aceleración pueden presentarse en una proporción de hasta millones de veces.
En virtud del aumento de la velocidad de la reacción, aquellas que se llevan a cabo bajo la presencia de enzimas, tienen la facultad de lograr el equilibrio en un tiempo mucho menor que aquellos casos que no posean catalizadores o enzimas.
La mayoría de las enzimas son de tipo proteico, aunque también existen de tipo ARN. Así mismos, existen enzimas artificiales o sintéticas, con la capacidad de catalizar reacciones de la misma manera que las enzimas denominadas clásicas.
Durante las reacciones, en las cuales intervienen, las enzimas no son consumidas, ni se produce una alteración en su equilibrio químico.
No obstante, la acción de las enzimas, se puede ver afectada por otras moléculas, tales como los inhibidores enzimáticos (para disminuir o evitar su función) o los activadores enzimáticos (para incrementar su efecto).
Por otra parte, el proceso de catalización, mediante enzimas, se ve afectado por variables como el pH, la temperatura, los niveles de concentración de la propia enzima, y hasta del sustrato, así como también por otros factores físico-químicos.
Estructura de las Enzimas
En términos generales, las enzimas son proteínas globulares, que presentan diversidad de tamaños, siendo que podemos encontrar desde los 62 aminoácidos (como en el caso del monómero de la 4-oxalocrotonato tautomerasa) hasta los 2500 que encontramos en la sintasa de ácidos grasos.
Este aspecto es de vital importancia, ya que su funcionalidad, dependen en gran medida de su estructura tridimensional, la que a su vez viene afectada por la secuencia de aminoácidos.
Es común que las enzimas, posean un tamaño mayor que aquellos sustratos sobres los que actúan, siendo que una pequeña porción de las mismas está ligada directamente en el proceso de catálisis. Tal porción es aproximadamente de 3 a 4 aminoácidos.
Las enzimas poseen una región conocida como centro activo, donde se encuentra las porciones ligadas con la catálisis. Así mismo, es posible que posean zonas donde proceden a unir cofactores, los cuales son requeridos para lograr la catálisis, o para unir pequeñas moléculas, tales como los sustratos o los productos.
Durante dichas uniones, hacen posible que disminuyan o se incremente la actividad enzimática, con lo que se genera un proceso de regulación mediante retroalimentación negativa o positiva, según sea el caso en cuestión.
Las enzimas, constan de una cadena lineal de aminoácidos que se pliegan, cuando dura el proceso de traducción para generar una estructura terciaria de forma tridimensional de la enzima.
Siendo que cada secuencia de aminoácidos es única su estructura posee propiedades exclusivas que la distinguen de otras estructuras. No obstante, es posible que ciertas proteínas individuales hagan uniones con otras proteínas, para conformar lo que se conoce con estructura cuaternaria de las proteínas.
Modo de Acción de Las Enzimas
Aunque las enzimas tienen distintas formas de funcionamiento, cada una de tales formas tiene sus particularidades que merecen especial atención, siendo que se describen a continuación:
- Disminución de la cantidad de energía de activación, mediante el cual se logra una estabilización en el proceso de transición, siendo que el sustrato necesitará menor energía para completar su transición.
- Reduciendo la cantidad de energía del estado de transición, sin modificar la forma del sustrato, lo cual consigue mediante la creación de un ambiente, donde hará una distribución óptima de carga para que se complete dicha transición.
- Creando una ruta alternativa, mediante la cual se genera un complejo intermedio, que no sería posible sin la presencia de la enzima en cuestión.
- Disminuyendo la variación de la entropía requerida, para lograr el estado de transición, lo que consigue mediante una adecuada orientación de los sustratos, propiciando la reacción deseada.
- Incrementando la temperatura, para propiciar un aumento en la velocidad de la enzima.
Clasificación de Las Enzimas
En la actualidad, es posible encontrar enzimas catalogadas dentro de los siguientes grupos:
- EC6 Ligasas: Logran la catálisis de enlaces conocidos como fuertes, a través del acoplamiento a moléculas con alto valor energético como el ATP.
- EC5 Isomerasas: Actúan sobre determinadas moléculas, variando en las mismas sus isómeros funcionales. Tienen la capacidad de catalizar la racemización y hacer cambios de posición de los isómeros, obteniendo formas isoméricas.
- EC4 Liasas: Son capaces de catalizar reacciones, mediante la eliminación de grupo de CO2, NH3 y H2O, llegando a formar dobles enlaces o agregándose a enlaces dobles existentes.
- EC3 Hidrolasas: tienen la capacidad de obtener monómeros a partir de polímeros.
- EC2 Transferasas: Actúan en procesos de interconversión de monosacáridos, aminoácidos, entre otros. Y tienen la capacidad de transferir grupos activos a otras sustancias receptoras.
- EC1 Oxidorreductasas: Llevan a cabo catalizaciones de reacciones de oxidorreducción.
