Biología (08) · Unidad 2 — Las moléculas de la vida
Enzimas y regulación de su actividad
Las enzimas son catalizadores: aceleran una reacción bajando la energía que hace falta para que arranque, sin gastarse ni cambiar el resultado. Cada una reconoce a su sustrato en el sitio activo. Su velocidad depende de la temperatura, el pH y cuánto sustrato hay, y la célula la regula con inhibidores y con efectores alostéricos.
La explicación
El problema: reacciones que solas tardarían años
El almidón de un pan, puesto en un vaso de agua, tarda muchísimo en partirse en azúcares. En la boca, en cambio, si se mastica un rato el pan se pone dulce. La diferencia es una proteína de la saliva, la amilasa, que hace en minutos lo que el agua sola haría en años. Esa clase de proteínas son las enzimas.
Una enzima es un catalizador biológico: una molécula que acelera una reacción química y sale de ella sin cambios, lista para usarse otra vez. Casi todas son proteínas globulares (tema 2.5); hay unas pocas hechas de ARN, las ribozimas. Sus nombres suelen terminar en -asa y dicen qué atacan: la lactasa corta lactosa, la lipasa lípidos, la proteasa proteínas.
Qué hace una enzima y qué no
Para que una reacción arranque, las moléculas tienen que llegar a un estado intermedio inestable, y llegar ahí cuesta energía: la energía de activación. Es como una loma que hay que subir antes de bajar. La enzima ofrece un camino con una loma más baja: más moléculas la pasan por segundo y la reacción va mucho más rápido.
Lo que no hace: no cambia la energía de los reactivos ni de los productos, no vuelve posible una reacción que no lo es, y no cambia hacia dónde termina la reacción (el equilibrio). Sólo hace que se llegue antes.
El sitio activo y la especificidad
La molécula sobre la que actúa la enzima es su sustrato. Se une en una zona de la enzima con forma y cargas propias, el sitio activo: se forma el complejo enzima-sustrato, ocurre la reacción y se liberan los productos. Como el sitio activo tiene una forma precisa, cada enzima reconoce un sustrato o una familia muy chica: eso es la especificidad. La lactasa no corta sacarosa, aunque las dos sean disacáridos.
Dos modelos lo explican. El de llave y cerradura (Emil Fischer, fines del siglo XIX): el sitio activo ya tiene la forma exacta del sustrato. El de encaje inducido (Daniel Koshland, 1958), que es el aceptado hoy: el sitio activo es parecido pero flexible, y termina de amoldarse cuando el sustrato entra, como un guante a la mano.
Muchas enzimas necesitan además un ayudante que no es proteína, un cofactor: un ion como el Mg²⁺ o el Zn²⁺, o una molécula orgánica, una coenzima. Varias coenzimas se fabrican a partir de vitaminas, como el NAD⁺, que sale de la niacina. Por eso una vitamina que falta puede frenar una vía entera.
Lo que cambia la velocidad: temperatura, pH y sustrato
pH. Cada enzima tiene su pH óptimo, que coincide con el lugar donde trabaja. La pepsina del estómago trabaja mejor cerca de pH 2; la tripsina del intestino, cerca de pH 8; la amilasa de la saliva, cerca de 7. Lejos de su óptimo, las cargas de los R cambian, el sitio activo se deforma y la enzima se frena o se desnaturaliza.
Cantidad de sustrato. Con poco sustrato, más sustrato da más velocidad. Pero llega un momento en que todos los sitios activos están ocupados todo el tiempo: la enzima está saturada y la velocidad ya no sube, llega a un máximo. Para ir más rápido, entonces, hace falta más enzima, no más sustrato.
1. Buscá el pico: ahí está la temperatura o el pH óptimo.
2. Si la curva cae del lado caliente, es desnaturalización; del lado frío, es lentitud, y es reversible.
3. En la curva de sustrato, la meseta es saturación: todos los sitios activos ocupados.
Frenar una enzima: los inhibidores
Inhibidor no competitivo: se une en otro lugar de la enzima y le cambia la forma. El sustrato puede entrar, pero la reacción anda peor. Agregar sustrato no lo arregla: baja la velocidad máxima.
Inhibidor irreversible: se une con enlaces covalentes y la enzima queda inutilizada para siempre. Muchos venenos y algunos remedios trabajan así.
Cómo regula la célula: alosterismo y retroinhibición
La célula no deja que todas sus enzimas trabajen a full: las prende y las apaga según lo que necesita. Muchas enzimas reguladoras son alostéricas: tienen, además del sitio activo, un sitio alostérico donde se une una molécula reguladora (un efector). Un activador la deja en la forma que trabaja; un inhibidor alostérico, en la forma que no.
El caso más común es la retroinhibición (o inhibición por retroalimentación). En una vía A → B → C → D, cada paso con su enzima, el producto final D se une a la enzima del primer paso y la frena. Cuando sobra D, la vía se apaga sola; cuando D se gasta, se vuelve a prender. Es un termostato químico.
1. ¿Se parece al sustrato y se arregla agregando más sustrato? Competitiva.
2. ¿Se une en otro sitio y más sustrato no la arregla? No competitiva.
3. ¿Es el producto final de la vía frenando la primera enzima? Retroinhibición, alostérica.
Si masticás un pedazo de pan durante un minuto, empieza a tener gusto dulce. a) ¿Qué enzima actúa, sobre qué sustrato y qué produce? b) ¿Por qué esa enzima deja de actuar cuando el pan llega al estómago? c) Una persona con 40 °C de fiebre, ¿tiene la amilasa desnaturalizada? d) ¿Cuánta amilasa se gastó en masticar el pan?
Una enzima acelera una reacción sin gastarse, y trabaja bien sólo cerca de su temperatura y su pH óptimos.
b) Por el pH. La amilasa salival trabaja mejor cerca de pH 7, que es el de la boca. En el estómago el pH está cerca de 2: el sitio activo se deforma y la enzima deja de funcionar. Ahí trabaja otra, la pepsina, que justamente prefiere ese pH.
c) No. El óptimo de las enzimas humanas está cerca de 37 °C, y la curva cae de golpe recién bastante más arriba. A 40 °C la amilasa sigue trabajando. Una fiebre muy alta y sostenida sí puede empezar a desnaturalizar proteínas.
d) Nada. La enzima sale de cada reacción igual que entró y vuelve a usarse. Lo que se gasta es el sustrato, el almidón.
Dónde se pierde el ejemplo: en el b), decir que la enzima «se digiere» o «se acaba» al llegar al estómago, cuando lo que la frena es el pH; en el d), creer que cada molécula de amilasa sirve para una sola reacción.
En una vía de cuatro pasos (A → B → C → D), el producto final D se une a la enzima que cataliza el primer paso y la frena. ¿Por qué conviene que D frene la primera enzima y no la última? ¿Qué tipo de regulación es?
Es retroinhibición: el producto final de una vía inhibe una enzima del principio. La enzima del primer paso es alostérica: D se une en un sitio distinto del activo (el sitio alostérico) y la deja en una forma que no trabaja.
Frenando la primera, no se gasta A, no se fabrica nada de más, y la vía entera se apaga desde la entrada.
El ajuste es automático: cuando D sobra, frena; cuando la célula lo consume y escasea, la enzima queda libre y la vía arranca de nuevo. Nadie tiene que «decidir»: es la concentración de D la que manda.
Dónde se pierde el punto: en llamarla «inhibición competitiva». D no se parece al sustrato del primer paso ni ocupa su sitio activo: se une en otro sitio. Y en olvidarse de que la regulación es reversible: si fuera irreversible, la vía no podría volver a prenderse.
Dónde se cae la mayoría
- Decir que la enzima aporta energía a la reacción. Lo que hace es bajar la energía de activación: no pone energía ni cambia la de los productos.
- Creer que la enzima se gasta en la reacción. Sale igual y se reutiliza: una sola molécula transforma miles de sustratos.
- Pensar que el frío desnaturaliza igual que el calor. En frío la enzima trabaja lento, pero conserva su forma y se recupera al entibiarla.
- Querer acelerar una enzima saturada agregando más sustrato. Si todos los sitios activos están ocupados, hace falta más enzima.
- Confundir competitivo con no competitivo. El competitivo ocupa el sitio activo y se vence con más sustrato; el no competitivo se une en otro lado y no.
Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento y un simulador donde los números los elegís vos.
Practicar Enzimas y regulación de su actividad →Dónde entra este tema en el parcial
- Primer parcial — La gelatina con ananá15 puntos · resuelto paso a paso
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