Ejercicio resuelto de Enzimas · Biología · Cantabria · 2022

Defina el concepto de «enzima» y comente los siguientes aspectos de los enzimas: tipo de biomoléculas al que pertenecen y función que desempeñan en la célula (ponga un ejemplo concreto). Describa el mecanismo de acción enzimática mediante un dibujo, indicando claramente en el mismo el papel que juega cada una de las partes que intervienen en el proceso. Sobre el mismo dibujo explique cómo se produce una inhibición competitiva y razone de qué manera se podría revertir o impedir esta inhibición. [1,25 puntos]

$\textbf{Defina el concepto de «enzima» y comente los siguientes aspectos de los enzimas: tipo de biomoléculas al que pertenecen y función que desempeñan en la célula (ponga un ejemplo concreto). Describa el mecanismo de acción enzimática mediante un dibujo, indicando claramente en el mismo el papel que juega cada una de las partes que intervienen en el proceso. Sobre el mismo dibujo explique cómo se produce una inhibición competitiva y razone de qué manera se podría revertir o impedir esta inhibición. [1,25 puntos]}$

Una ENZIMA es un biocatalizador: una molécula que acelera una reacción química del metabolismo sin consumirse en ella y sin alterar el equilibrio final. Lo consigue rebajando la ENERGÍA DE ACTIVACIÓN, es decir, abriendo un camino de reacción que exige menos energía para alcanzar el estado de transición. Su eficacia es enorme, de varios órdenes de magnitud, y su especificidad muy alta.

TIPO DE BIOMOLÉCULAS. Las enzimas son PROTEÍNAS: cadenas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos y plegadas en una conformación tridimensional precisa. De ese plegamiento depende su actividad, que reside en la estructura terciaria, y por eso cualquier agente desnaturalizante —calor, pH extremo, disolventes orgánicos— la inactiva de forma irreversible. Algunas son solo proteína, holoproteicas; otras necesitan un componente no proteico y se llaman heteroproteicas: en ellas se distinguen la APOENZIMA, que es la parte proteica, y el COFACTOR, que puede ser un ion metálico, un grupo prostético unido covalentemente o una coenzima; el conjunto es la HOLOENZIMA, y solo ella es activa. Hay que añadir una excepción: existen ARN con actividad catalítica, las ribozimas, como el ARN ribosómico que forma el enlace peptídico.

FUNCIÓN EN LA CÉLULA. Su función es hacer POSIBLE el metabolismo: en las condiciones suaves de temperatura, presión y pH de una célula, las reacciones que sostienen la vida serían tan lentas que resultarían inútiles, y son las enzimas las que las llevan a velocidades compatibles con la vida. Y además lo hacen REGULABLE: como cada paso lo cataliza una enzima distinta, activando o inhibiendo enzimas concretas la célula controla el flujo de cada ruta. Son a la vez el motor y el mando del metabolismo. Como ejemplo concreto, la CATALASA de los peroxisomas, que descompone el peróxido de hidrógeno —un producto tóxico del metabolismo oxidativo— en agua y oxígeno:

$2\,\text{H}_2\text{O}_2 \longrightarrow 2\,\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$

Es una de las enzimas más rápidas conocidas: una sola molécula transforma millones de moléculas de sustrato por segundo.



MECANISMO DE ACCIÓN, en la primera viñeta. La enzima y el sustrato se unen por una región complementaria, el CENTRO ACTIVO, un hueco formado por unos pocos aminoácidos que el plegamiento de la cadena ha puesto en contacto; en él se distinguen los aminoácidos de FIJACIÓN, que sujetan el sustrato, y los CATALÍTICOS, que rompen o forman los enlaces. Se establece así el COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO, en el que el sustrato queda orientado y tensionado; con frecuencia la propia unión ajusta la forma del centro activo, que es el modelo del ajuste inducido de Koshland, más exacto que el de la llave y la cerradura de Fischer. Finalmente el sustrato se convierte en PRODUCTO, este se libera y la enzima queda intacta y disponible para repetir el ciclo, lo que explica que baste una cantidad mínima de enzima.

INHIBICIÓN COMPETITIVA, en la segunda viñeta. La produce una molécula que es un ANÁLOGO ESTRUCTURAL del sustrato: como se parece a él, se une al MISMO centro activo, lo ocupa y el sustrato no puede entrar. Sustrato e inhibidor compiten así por el mismo sitio, y la proporción de enzima activa en cada instante depende de cuál de los dos lo ocupe. Su efecto sobre la cinética es característico: la $K_m$ AUMENTA, porque hace falta más sustrato para alcanzar la mitad de la velocidad máxima, pero la $V_{max}$ NO CAMBIA.

CÓMO REVERTIRLA. Precisamente porque la competencia es por el mismo sitio, basta AUMENTAR LA CONCENTRACIÓN DE SUSTRATO. Si el sustrato es mucho más abundante que el inhibidor, la probabilidad de que sea él quien ocupe el centro activo crece hasta desplazarlo por completo, y la enzima recupera su velocidad máxima: se trata de una inhibición REVERSIBLE que se vence por saturación. También se impide, obviamente, retirando el inhibidor del medio. Lo que NO funciona es aumentar la cantidad de enzima: la velocidad sube, pero la proporción de centros activos bloqueados sigue siendo la misma.

Conviene contrastarlo con la inhibición NO competitiva, en la que el inhibidor se une a otro punto de la enzima y deforma el centro activo. Al no competir por el mismo sitio, añadir sustrato no sirve de nada, y el efecto es el contrario: baja la $V_{max}$ y la $K_m$ no varía.