Ejercicio resuelto de Enzimas · Biología · Navarra · 2020

La figura adjunta representa la estructura tridimensional de la enzima isocitrato deshidrogenasa.



a) Indica la naturaleza química de esta molécula
b) ¿Qué función general cumplen las enzimas?
c) ¿Qué efecto tendría exponerla a una temperatura de 100ºC? Razona la respuesta.

$\textbf{a) Indica la naturaleza química de esta molécula}$

Es una proteína, formada por aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos. La imagen muestra su estructura tridimensional: se aprecian las hélices $\alpha$ y las láminas $\beta$ de su estructura secundaria plegadas en una conformación globular compacta, y el hecho de que aparezcan varias subunidades asociadas indica que posee además estructura cuaternaria.

$\textbf{b) ¿Qué función general cumplen las enzimas?}$

Las enzimas son biocatalizadores: aceleran las reacciones químicas del metabolismo disminuyendo su energía de activación, es decir, la barrera energética que los reactivos han de superar para transformarse en productos.

Al hacerlo permiten que reacciones que a la temperatura del organismo transcurrirían con una lentitud incompatible con la vida se produzcan en fracciones de segundo, y que lo hagan sin necesidad de las altas temperaturas o los pH extremos que emplea la química industrial.

Tres rasgos las caracterizan. No se consumen en la reacción, de modo que una misma molécula actúa repetidamente. No alteran el equilibrio de la reacción ni la hacen espontánea si no lo era: solo cambian la velocidad a la que se alcanza. Y son muy específicas: cada enzima reconoce un sustrato concreto o un pequeño grupo de sustratos análogos, porque su centro activo tiene una forma complementaria a la de ellos.

Además, su actividad es regulable —por inhibidores, por activadores, por modificación covalente— y eso es lo que permite a la célula gobernar su metabolismo.

$\textbf{c) ¿Qué efecto tendría exponerla a una temperatura de 100ºC? Razona la respuesta.}$

La enzima se desnaturalizaría y perdería por completo su actividad, de manera irreversible.

El razonamiento es el siguiente. La conformación tridimensional que muestra la figura no la mantienen enlaces covalentes, salvo los puentes disulfuro, sino un conjunto de enlaces débiles: puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, enlaces iónicos y fuerzas de Van der Waals. A $100\,^{\circ}\text{C}$ la agitación térmica es tan intensa que rompe esos enlaces, y la proteína pierde sus estructuras cuaternaria, terciaria y secundaria; la cadena queda desplegada al azar.

Como el centro activo es un hueco cuya forma resulta del plegamiento —lo forman aminoácidos que están muy separados en la secuencia y que solo se aproximan al plegarse la cadena—, al desaparecer el plegamiento desaparece el centro activo y la enzima deja de reconocer a su sustrato.

Conviene precisar que la estructura primaria no se altera: los enlaces peptídicos resisten, de modo que la cadena de aminoácidos sigue siendo la misma. Lo que se pierde es la forma, y con ella la función. Y a esa temperatura la desnaturalización es irreversible, porque las cadenas desplegadas exponen sus zonas hidrófobas, se agregan entre sí y precipitan; es lo que ocurre al cocer un huevo.

La excepción son las enzimas de organismos termófilos, como la Taq polimerasa, cuya secuencia les da una estructura estable a esas temperaturas.