Metabolismo y Enzimas

Características de las reacciones metabólicas

Cualquier reacción que tenga lugar entre biomoléculas presentes en un organismo vivo se denomina metabólica. Existen unas características generales aplicables a todas ellas:

• Las reacciones metabólicas actúan secuencialmente.
• Existen rutas convergentes (se obtiene el mismo producto final a partir de distintas moléculas de partida) o divergentes (una única molécula origina diferentes productos).
• Las rutas metabólicas son comunes en la mayoría de los organismos.
• Las reacciones metabólicas pueden clasificarse en dos grupos: catabólicas (se pasa de moléculas complejas a otras más sencillas obteniendo energía) y anabólicas (son constructivas, sirven para la síntesis de nuevas moléculas. Requieren aporte de energía).
• Todas las reacciones metabólicas son catalizadas por enzimas.

Enzimas

Los catalizadores biológicos de las reacciones metabólicas son unas proteínas denominadas enzimas. Del grado de actividad de estos catalizadores dependen el tipo y la velocidad de las reacciones que se lleven a cabo. Todas las enzimas son proteínas, aunque pueden estar formadas únicamente por cadenas polipeptídicas o contener, además, otro grupo no proteico. Si solo posee parte proteica, la enzima se encarga tanto de fijar específicamente las moléculas que van a reaccionar como de llevar a cabo la reacción sobre ellas. En el caso más común, en el que existe, además de la cadena polipeptídica, otra molécula distinta, la parte proteica recibe el nombre de apoenzima, mientras que la parte no proteica se denomina grupo prostético cuando su unión a la apoenzima es permanente y cofactor cuando no lo es.

• La apoenzima se encarga de proporcionar la estructura espacial específica que permite la unión a los sustratos, moléculas sobre las que actúan las enzimas en las reacciones químicas.
• El cofactor es el componente enzimático que lleva a cabo la reacción propiamente dicha, es decir, la catálisis. El cofactor puede ser un catión metálico o bien una molécula orgánica que se denomina coenzima. Las coenzimas constituyen un grupo molecular muy diverso que comprende derivados vitamínicos.

Propiedades de las enzimas

Por su carácter proteico, las enzimas poseen las mismas propiedades que las proteínas, es decir, se desnaturalizan al ser sometidas a cambios de pH, variaciones de temperaturas y a elevadas concentraciones salinas; y presentan un alto grado de especificidad. La especificidad de reacción significa que para cada tipo de reacción química existe una enzima diferente, es decir, una enzima cataliza una sola reacción química o un grupo de reacciones estrechamente relacionadas. Las enzimas no se consumen en el trascurso de las reacciones, por lo que la misma molécula puede actuar repetidamente.

Mecanismo de las reacciones enzimáticas

Cualquier reacción química se inicia con la rotura de ciertos enlaces entre los átomos que constituyen las moléculas de los reactivos, para formar, posteriormente, los nuevos enlaces que originan las moléculas de los productos. Ese estado en el que los enlaces de los reactivos están debilitados o rotos, pero en el que aún no se han formado los nuevos, se denomina estado de transición o estado activado. Para alcanzar el estado de transición y en definitiva para que la reacción química tenga lugar es preciso comunicar a los reactivos cierta cantidad de energía denominada energía de activación. La acción catalizadora de las enzima consiste en rebajar la energía de activación para llegar fácilmente al estado de transición y permitir que la reacción se lleve a cabo. En definitiva, sin la presencia del catalizador no es posible alcanzar el estado de transición espontáneamente, y con él sí lo es. Los catalizadores realizan su acción favoreciendo la aproximación de las moléculas de los reactivos, pero como no actúan como tales, no se consumen. Únicamente ayudan a que se produzca la reacción. Todas las reacciones metabólicas son reacciones catalizadas por enzimas. Cuando un sustrato se encuentra con la enzima se produce la reacción catalizada la cual se lleva a cabo en tres etapas:

1. En primer lugar el sustrato se une a la apoenzima formando el complejo enzima-sustrato. Esta unión se caracteriza por un alto grado de especificidad, de modo que para cada tipo de sustrato de y reacción se necesita una enzima concreta. La especificidad enzimática se debe a la estructura proteica de la apoenzima, la cual presenta una zona denominada centro activo, con una forma espacial característica en la que se acopla sustrato. La teoría de la “llave-cerradura” se considera esencialmente correcta, aunque en la actualidad se ha probado que en algunas enzimas el centro activo es capaz de modificar su forma para adaptarse al sustrato. La unión es reversible, pues una parte del complejo enzima-sustrato se disocia y, debido precisamente a esa reversibilidad, esta primera etapa es la más lenta.
2. Formando el complejo enzima-sustrato, el cofactor lleva a cabo la reacción y se obtiene el producto final. Esta etapa es muy rápida e irreversible.
3. El producto se libera del centro activo y la apoenzima queda libre para volver a unirse a nuevas moléculas de sustrato. La coenzima puede liberarse intacta o liberarse quedando modificada.

Cinética enzimática

Cualquier reacción química se inicia con la rotura de ciertos enlaces entre los átomos que constituyen las moléculas de los reactivos, para formar, posteriormente, los nuevos enlaces que originan las moléculas de los productos. Ese estado en el que los enlaces de los reactivos están debilitados o rotos, pero en el que aún no se han formado los nuevos, se denomina estado de transición o estado activado. Para alcanzar el estado de transición y en definitiva para que la reacción química tenga lugar es preciso comunicar a los reactivos cierta cantidad de energía denominada energía de activación. La acción catalizadora de las enzima consiste en rebajar la energía de activación para llegar fácilmente al estado de transición y permitir que la reacción se lleve a cabo. En definitiva, sin la presencia del catalizador no es posible alcanzar el estado de transición espontáneamente, y con él sí lo es. Los catalizadores realizan su acción favoreciendo la aproximación de las moléculas de los reactivos, pero como no actúan como tales, no se consumen. Únicamente ayudan a que se produzca la reacción. Todas las reacciones metabólicas son reacciones catalizadas por enzimas.