Especificidad Enzimática

Por Vargas-Jarquín, Alexa

Las enzimas se distinguen en los catalizadores inorgánicos por su especificidad. Estos últimos catalizan muchas reacciones; así, los iones de hidrógeno (de los ácidos) que hidrolizan indistintivamente proteínas, grasas e hidratos de carbono. (1)

Las enzimas, sin embargo son mas especificas. Muchas de ellas catalizan solamente una reacción química, mientras que otras, no tan específicas, tienen una acción bastante selectiva para atacar a cierto tipo de configuración o de enlace: las lipasas desdoblan las grasas, las enzimas proteolíticas hidrolizan las proteínas. De este modo, su acción se limita a cierto tipo de sustancias. (1)

Algunas enzimas son completamente específicas; p.ej., la dipeptidasa, que no desdobla ningún dipeptido si no está libre en el grupo amino o carboxilo. Ciertas enzimas muestran estereoespecificidad; así, la forma natural de ciertos compuestos es atacada mucho más rápidamente que en su antípoda sintético.

La especificidad es una característica de mayor relevancia en las enzimas y es determinante en la regulación del mecanismo celular. Esta propiedad reduce la variabilidad de sustratos sobre los que una enzima puede actuar. Se conocen varios tipos de especificidad, entre ellos:

Ø La Especificidad Óptica: algunas enzimas actúan, por ejemplo, sobre isómeros de la serie L (enzimas relacionadas con el catabolismo de aminoácidos), mientras que otros actúan sobre los de la serie D (los involucrados en el metabolismo de los carbohidratos). (2)

Ø La Especificidad del Grupo: algunas enzimas actúan sobre un grupo determinado de moléculas, por ejemplo, las enzimas que digieren las proteínas: catalizan reacciones hidrolizando enlaces entre aminoácidos específicos; sin embargo, estos enlaces serán hidrolizados en cualquier proteína que los contenga y, por eso, su especificidad es relativa. (2)

La mejor descripción que se conoce de la especificidad enzimática es la de Emil Fischer, quién comparo el sustrato y la enzima de la cerradura de llave. Esta analogía es particularmente notable si se considera la especificidad estereoquímica de las enzimas. Por ejemplo: la L-leuciglicina es totalmente hidrolizada por la dipeptidasa intestinal, que hidroliza exactamente la mitad de la mezcla racémica DL-leuciglicina y absolutamente nada del isómero óptico “no natural” D-leuciglicina. Se conocen muchos ejemplos de la especificidad estricta de enzimas para el isómero óptico natural. (3)

Evidentemente, una enzima tiene la propiedad de distinguir entre la estructura de dos moléculas cuando una es la “imagen en el espejo” de la otra. Esto indica no solo una compleja estructura molecular de la propia enzima, sino también que su actividad es consecuencia de alguna de esas complejidades estructurales. Los conceptos de química pura (con lo que se quiere significar la estructura molecular y todas sus consecuencias) son hoy los más útiles cuando se trata de concebir la acción enzimática.

Muchas veces se ha intentado imaginar una representación de la acción enzimática, pero se puede decir, probablemente sin riesgo de equivocarse, que ningún intento ha tenido buen éxito total. Un concepto razonable se funda en la teoría de que la enzima se combina con el substrato. Se podría imaginar que la superficie de la molécula de la enzima se deforma de manera que el substrato queda deformado asimismo después de combinarse con ella, lo cual expone a tensión extraordinaria el enlace que en el substrato está destinado a desintegrarse. Puesto que la reacción que origina la ruptura de ese enlace se ha de efectuar en todo caso, si bien lentamente (la enzima es solo un catalizador), la tensión extraordinaria que padece el enlace viene a ser como la gota de agua que hace derramar el vaso. Este concepto lógicamente dio origen a la ulterior hipótesis de que una enzima debe combinarse con su substrato cuando menos dos sitios, y hay razones fundadas para creer que en algunos casos (por ejemplo, las peptidasas) tal es lo que sucede. En otros casos están a discusión las pruebas que se dispone.

Una de las propiedades más características es su alto grado de especificidad. La mayor parte de las enzimas presentan una especificidad de reacción absoluta, esto es, catalizan tan solo un determinado tipo de reacción. Sin embargo, algunas enzimas son capaces de catalizar más de un tipo de reacción. Por ejemplo, algunas peptidasas catalizan tanto la hidrólisis de los enlaces peptídicos como reacciones de transamidación (transpeptidácido); en las últimas, un grupo acilo (C=O) es transferido del grupo amino (NH₃) de una molécula al de otra, intercambiando aminoácidos en el sustrato:

O O RC – NHR’ + NH2R’’ ↔ RC – NHR’’ + NH2R’

Ciertas enzimas presentan una absoluta especificidad del substrato, es decir, actúan solamente sobre un compuesto. Por ejemplo, la ureasa (cuyo nombre sistemático es el de una amidohidrolasa) que cataliza la hidrólisis de la urea, dando anhídrido carbónico y amoníaco, parece ser absolutamente específica de la urea. Una gran variedad de derivados de la urea no son afectados por dicha enzima.

Otras enzimas son capaces de actuar sobre cierto número de compuestos que poseen un determinado grupo químico. Por ejemplo, la fosfatasa alcalina (monoéster ortofosforicohidrolasa) hidroliza diversos ésteres fosfóricos, tales como fenilfosfato, glicerofosfato, etc. Este tipo de especificidad puede ser designado como especificidad de grupo. (3)

Muchas enzimas actúan únicamente sobre uno de los isómeros ópticos de un compuesto, exibiendo, por consiguiente, especificidad estereoquímica. De modo inverso, cuando se sintetiza enzimáticamente un compuesto que contiene un grupo asimétrico a partir de un precursor ópticamente inactivo, solo se obtiene, normalmente, uno de los posibles isómeros ópticos. Un buen ejemplo de enzima con especificidad de grupo y también estereoquímica es la L-amino-ácido oxidasa (L-aminoácido: O₂ oxidorreductosa desaminante). Dicha enzima cataliza la oxidación de múltiples compuestos del tipo R-CH(NH2)COOH, si bien la velocidad de la reacción varía senciblemente de acuerdo con la naturaleza del grupo R. La reacción no tiene lugar cuando el grupo carboxílico (COOH) o el grupo amínico se hallan substituidos. (3)

Esta enzima tiene especificidad absoluta para los aminoácidos de configuración L. Los D-aminoácidos correspondientes, que no son afectados por esta enzima, son oxidados por otra enzima específica del grupo, la D-aminoácido oxidasa. La glicocola, que carece de átomo de carbono asimétrico, es totalmente indiferente a la acción de las enzimas, siendo oxidada por otra enzima distinta. Cuando la reacción transcurre en sentido inverso y se sintetiza un aminoácido, la L-aminoácido oxidasa conduce únicamente aminoácidos de configuración L, mientras que la D-aminoácido oxidasa los forma exclusivamente de configuración D.

Referencias:

1) Anónimo, 15 de Julio de 1972. Gran Enciclopedia RIALP, Especificidad. Editorial RIALP. S.A., Tomo 8.

Bibliografia:

2) Bioquímica, sin fecha. Bioquímica, la Ciencia de la Vida, Enzimas. Editorial UNED. Primera edición, 204. San Jose, Costa Rica.

3) Raymond E.Kirk, 1962. Enciclopedia Tecnologia química, Cristalales enzimas-inustriales. Editorial H-A tomo 6. Pagina 987.

Clasificación Enzimática

Por Vargas-Jarquin, Alexa 

Las enzimas han sido clasificadas en base a diferentes aspectos: el tipo de reacción que catalizan, el tipo de sustrato sobre el que actúan, los productos que generan, entre otros. De acuerdo a estos parámetros, cada enzima recibe una nomenclatura numérica que refleja sus características propias. (2)

Baste indicar que se han establecido seis grupos principales de acuerdo con el tipo químico de reacción que catalizan, y dentro de cada uno, grupos y subgrupos de acuerdo a las características de las mismas. (1)

Sin embargo, se empieza ya a clasificar también las enzimas por su naturaleza proteínica, esto es: según que sean proteínas simples, que contengan metales, que obren con coenzimas, etc.

Cuando se clasifican por la función, la mayoría de las enzimas entran en alguno de los grandes grupos, que representan tipos muy comunes de reacciones bioquímicas. Claro que hay algunos casos muy dudosos.

Para unificar los criterios internacionales, todas las enzimas conocidas se clasifican en seis grandes grupos (de acuerdo con el tipo de reacción que catalizan), las enzimas pueden ser clasificadas tomando como base su función metabólica, su estructura química, su localización en el organismo o la reacción que catalizan. De acuerdo a su especificidad de reacción, las enzimas pueden agruparse en las siguientes categorías:

Grupo de Enzimas	Tipo General de la Reacción
Oxidorreductasas	Remoción o adición de electrones de Hidrógenos. Ejemplo: oxidasas
Transferasas	Transferencia de grupos químicos. Ejemplo: quinasas
Hidrolasas	Ruptura de enlaces químicos por adición o remoción de agua. Ejemplo: proteínasas
Liasas	Formación de dobles enlaces por eliminación de un grupo químico o adición de grupos a doble enlaces. Ejemplo: aldehído-liasas
Isomerasas	Rearreglo de átomos dentro de una molécula Ejemplo: cis-trans isomerasas
Ligasas o Sintetasas	Formación de enlaces químicos, utilizando ATP u otros nucleótidos como fuente de energía. Ejemplo: polimerasas

cuadro 1. (3)

Bibliografia:

 

1) Anónimo, 15 de Julio de 1972. Gran Enciclopedia RIALP, Especificidad. Editorial RIALP. S.A., Tomo 8.

2) Bioquímica, sin fecha. Bioquímica, la Ciencia de la Vida, Enzimas. Editorial UNED. Primera edición, 204. San Jose, Costa Rica.

3) Raymond E.Kirk, 1962. Enciclopedia Tecnologia química, Cristalales enzimas-inustriales. Editorial H-A tomo 6. Pagina 987.

Nomenclatura Enzimática

Por Vargas-Jarquin, Alexa

Algunas enzimas han recibido nombres convencionales en uso (pepsina, aldolasa, etc.). En general, cada enzima puede designarse con dos nombres, uno “familiar” o trivial y otro sistemático. Aunque hay muchas excepciones, el nombre trivial está formado por dos palabras una que designa el sustrato, y otra con el sufijo “-asa” que indica el tipo de reacción (alcohol deshidrogenasa, colina acetiltransferasa, etc.). La primera cifra corresponde a la clase; la segunda a la subclase; la tercera a las subdivisiones de éstas (subsuclases) y la cuarta es cifra propia de cada enzima. (2)

Así la enzima que cataliza la oxidación del ácido úrico se llama úricasa, las enzimas que catalizan la hidrólisis de las proteínas se llama proteínasas, y aquellas que catalizan el transporte del grupo amino de una molécula a otras se llaman transaminasas. Enzimas aisladas de fuertes diversas pueden catalizar la misma reacción. Sin embargo, tales enzimas no son necesariamente idénticas y, por consiguiente, en la expresión correcta de una enzima debe incluirse también su origen. (1)

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En la dominación usual de algunas enzimas se conserva el nombre que les fue dado desde un principio, en el que es frecuente la terminación “ina”. Son ejemplos de ello las enzimas proteolíticas pepsina y tripsina y la enzima amarilla aislada de la levadura por O. Warburg en 1932 (la primera enzima amarilla descubierta), que es denominada clásicamente como “antigua enzima amarilla” (3)

Una enzima (llamada también con propiedad fermento) es un verdadero agente catalizador producido por una célula viva. No es un átomo de cobre ni una molécula de treonina que la célula adquiere accidentalmente, aunque algunas enzimas contienen efectivamente cobre o treonina, que viene a ser parte de su estructura. (2)

Puesto que la célula elabora la enzima para acelerar una sola reacción (o un grupo de reaccione similares), la enzimas es un catalizador especifico. Cuando se pueden efectuar varias reacciones entre dos sustancias en una célula, la enzima acelera una de ellas, de suerte las demás quedan virtualmente rezagadas; la enzima, es, pues, además de un catalizador especifico, un catalizador directivo. Las enzimas cuya dirección ocasiona desintegración de un enlace de carbono a carbono en el sustrato, lo cual origina la desintegración de su esqueleto de carbono, se llaman desmolasas. (2)

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Las sustancias cuya transformación química es acelerada por influjo de una enzima se llaman substratos. En una reacción típica participan generalmente dos sustancias; por ejemplo; la hidrólisis de una grasa es una reacción entre la grasa y el agua. En este caso, el substrato de la enzima lipolítica es la grasa. Quizás debiéramos considerar ambos reactantes (la grasa y el agua) como substratos; pero como el agua participa en todas las hidrólisis y generalmente hay gran exceso de ella, no se considera como tal.

Las enzimas hidrolíticas (hidrolasas) suelen designarse con el nombre del sustrato y del sufijo “-asa” (esterasa, epasa, amilasa). Los nombres sistemáticos, mucho más elaborados y complejos, han sido establecidos por la Unión Internacional de Bioquímica, tras una clasificación sistemática de todas las enzimas conocidas, que por su extensión no pueden incluirse aquí. Baste indicar que se han establecido seis grupos principales de acuerdo con el tipo químico de reacción que catalizan, y dentro de cada uno, grupos y subgrupos de acuerdo a las características de las mismas. (3)

El sistema de clasificación propuesto recientemente por la Comisión de Enzimología antes mencionada, bastante afín a las clasificaciones usuales anteriores, divide las enzimas en las seis clases principales siguientes:

I. Oxidorreductasas, que comprenden 13 subclases.

II. Transferasas, que constan de 8 subclases.

III. Hidrolasas, con 9 subclases.

IV. Liasas, enzimas que separan grupos variables de los substratos (que los incluyen) en su actuación reversible por medios no hidrolíticos (comprenden 5 subclases).

V. Isomerasas, que constan de 5 subclases.

VI. Ligasas, enzimas que catalizan la unión de dos moléculas, asociada a la rotura de un enlace pirofosfato del ATP (comprenden 4 subclases)

Bibliografia:

1) Anónimo, 15 de Julio de 1972. Gran Enciclopedia RIALP, Especificidad. Editorial RIALP. S.A., Tomo 8.

2) Bioquímica, sin fecha. Bioquímica, la Ciencia de la Vida, Enzimas. Editorial UNED. Primera edición, 204. San Jose, Costa Rica.

3) Raymond E.Kirk, 1962. Enciclopedia Tecnologia química, Cristalales enzimas-inustriales. Editorial H-A tomo 6. Pagina 987.