Las Enzimas (parte uno)

Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas.

Una enzima hace que una reacción química que es energéticamente posible, pero que transcurre a una velocidad muy baja, sea cinéticamente favorable, es decir, transcurra a mayor velocidad que sin la presencia de la enzima. 

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 triosafosfatoisomerasa

Estructuras y mecanismos

Las actividades de las enzimas vienen determinadas por su estructura tridimensional, la cual viene a su vez determinada por la secuencia de aminoácidos.Casi todas las enzimas son mucho más grandes que los sustratos sobre los que actúan, y solo una pequeña parte de la enzima.

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 hidrofilicas o hidrofobicas de las enzimas y los sustratos son los responsables de dicha especificidad. 


Modelo llave y cerradura

Modelo encaje inducido

Mecanismos

Las enzimas pueden actuar de diversas formas, aunque, como se verá a continuación, siempre dando lugar a una disminución del valor de ΔG^‡

Modulación alostérica

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.

Cofactores de las enzimas

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.

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.

Coenzimas

Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas que transportan grupos químicos de una enzima a otra. Algunos de estos compuestos, como la  riboflavina, latiamina  y las vitaminas. 

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.

Termodinámica

 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.

 (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.

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.

Las enzimas pueden catalizar hasta varios millones de reacciones por segundo. Por ejemplo, la descarboxilación no enzimática. 

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.
	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
Zumos de frutas	Celulasas, pectinasas	Aclarado de zumos 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 mapartiendo 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 EE.UU	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 polimeras	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

[