Ejercicio resuelto de Enzimas · Biología · Cantabria · 2021

Razone por qué la modificación del entorno físico-químico de una proteína puede modificar su función. Mediante un dibujo, en el que se represente el centro activo de una enzima y su correspondiente sustrato, indique y razone cómo afectarían dichas modificaciones a la actividad de la enzima. Cite un agente químico y otro físico capaces de producir ese efecto. [1,25 puntos]

$\textbf{Razone por qué la modificación del entorno físico-químico de una proteína puede modificar su función. Mediante un dibujo, en el que se represente el centro activo de una enzima y su correspondiente sustrato, indique y razone cómo afectarían dichas modificaciones a la actividad de la enzima. Cite un agente químico y otro físico capaces de producir ese efecto. [1,25 puntos]}$

La razón es que la FUNCIÓN de una proteína depende de su FORMA, y su forma la sostienen enlaces DÉBILES que el entorno puede romper.

Desarrollando el argumento: la secuencia de aminoácidos, la estructura primaria, se mantiene por enlaces peptídicos covalentes y es muy estable. Pero el plegamiento —las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria—, que es lo que crea las superficies capaces de reconocer específicamente a otra molécula, se sostiene con puentes de hidrógeno, interacciones electrostáticas entre radicales con carga, fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrófobas, todos ellos enlaces débiles y muy sensibles al medio. Basta un cambio moderado de temperatura, de pH o de fuerza iónica para debilitarlos.

Y cuando esos enlaces se rompen, la proteína pierde su conformación: se DESNATURALIZA. La cadena se despliega, deja de ser soluble —porque los radicales hidrófobos, que estaban escondidos en el interior, quedan expuestos al agua— y suele precipitar. La secuencia no ha cambiado en absoluto, pero la función se ha perdido, y en la mayoría de los casos de forma IRREVERSIBLE.



CÓMO AFECTA A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA. En la primera viñeta la enzima está intacta: su centro activo, un hueco formado por unos pocos aminoácidos que el plegamiento ha puesto en contacto, es complementario en forma y en cargas del sustrato, de modo que este encaja, se forma el complejo enzima-sustrato y la reacción tiene lugar. En la segunda viñeta la enzima se ha desnaturalizado: al desplegarse la cadena, los aminoácidos del centro activo se han separado unos de otros y el hueco ha perdido su geometría. El sustrato ya no encaja, no se forma el complejo y la actividad catalítica desaparece.

El razonamiento importante es este: el centro activo lo forman aminoácidos que a menudo están MUY ALEJADOS en la secuencia y que solo quedan juntos gracias al plegamiento. Por eso una alteración de la estructura terciaria, aunque sea en una zona aparentemente lejana, destruye el centro activo. Y por eso la desnaturalización no es una pérdida gradual de eficacia, sino una pérdida abrupta de la función.

Conviene añadir que hay cambios del entorno que modifican la actividad SIN llegar a desnaturalizar. Un pH ligeramente distinto del óptimo cambia el estado de ionización de los radicales del centro activo y del propio sustrato, y basta eso para que la afinidad baje; al volver al pH óptimo, la actividad se recupera. Igual ocurre con la temperatura por debajo del óptimo: la enzima trabaja despacio porque los choques son menos frecuentes, pero no está dañada. Solo cuando se rebasa el óptimo la caída es por desnaturalización y ya no hay vuelta atrás. La curva de actividad frente a la temperatura tiene, por eso, forma de campana asimétrica: sube despacio y cae en picado.

AGENTES CAPACES DE PRODUCIR EL EFECTO:

Un AGENTE FÍSICO: el CALOR. Por encima de la temperatura óptima —unos 37 grados en las enzimas humanas—, la agitación térmica vence los enlaces débiles y la proteína se despliega. El ejemplo cotidiano es la clara del huevo al cocerla: la albúmina se desnaturaliza, deja de ser soluble y coagula, y el proceso no se revierte al enfriar. También son agentes físicos las radiaciones ultravioleta e ionizantes y la agitación mecánica intensa.

Un AGENTE QUÍMICO: los ÁCIDOS Y LAS BASES FUERTES, es decir, un pH extremo, que altera la ionización de los radicales y rompe las interacciones electrostáticas. El ejemplo cotidiano es la leche que se corta al añadirle limón o vinagre: la caseína precipita. Son también agentes químicos la urea, los disolventes orgánicos como el alcohol —de ahí su poder desinfectante—, los detergentes y las sales de metales pesados como el plomo o el mercurio.