Clasificación De Enzimas

La función fundamental de las enzimas es su participación en el metabolismo

celular; el metabolismo celular está compuesto por miles de reacciones químicas

catalizadas por enzimas y que ocurren de manera simultánea, estas reacciones se encuentran

organizadas en vías o rutas que están en relación con la transformación de

una sustancia, donde el producto de una reacción es el sustrato de la siguiente; cada

vía consta de un número determinado de reacciones y de enzimas. El conjunto de

enzimas que participa en una vía metabólicase encuentraorganizado deforma característica.

El primer nivel de organización viene dado por la distribución citotopográfica de

las enzimas, por su ubicación en los diferentes compartimentos celulares, que dentro

deéstos cada uno de los conjuntos enzimáticos se organiza en variadas formas, pueden

estar disueltas en el medio o unidas a las membranas, así como presentarse en forma

aislada o en estructnras organizadas con diferente grado de complejidad.

La organización de las enzimas con1ribuye a la eficiencia de las vías metabólicas,

eliminando la formación de productos secundarios con lo que se logra la formación del

mayor número posible de moléculas del producto a partir del sustrato, las vías

metabólicas también funcionan de acuerdo con el principio de la máxima eficiencia.

En este capítulo se estndiarán las diferentes formas de organización de las enzimas

y las características que derivan de cada una de ellas.

Citotopograña de las enzimas

Todas las enzimas se sintetizan en el interior de las células y la mayoría realiza allí

sus funciones, pero otras son segregadas y funcionan en la matriz extracelular: la

sangre, el tnbo digestivo u otros sitios del espacio extracelular. El número de diferentes

tipos de reacciones químicas en cualquier célula es muy grande; una célula animal

tipica por ejemplo, puede tener entre 1 000 y 4 000 tipos diferentes de enzimas, cada

una cataliza una reacción única o un grupo de reacciones íntimamente relacionadas.

Algunas reacciones catalizadas por enzimas son comunes a la mayoría de las

Células y por eso hay enzhas que están presentes en casi todos los tejidos del organismo.

Este grupo incluye no sólo aquellas enzimas relacionadas con la síntesis de proteínas,

ácidos nucleicos y fosfolípidos, también las que catalizan la oxidación total de la

glucosa hasta CO, y H,O, que produce la mayor parte de la energíametabólka utilizada

por la célula.

Algunos tipos de células -el hepatocito, las neuronas- llevan a cabo reacciones

químicas que son exclusivas de estas células y, consecuentemente, algunas enzimas

se encuentran sólo en determinados tipos de células. Por último, muchas células

-incluyendo los eritrocitos y las células epidérmicas- han madurado hasta un estado

que ya no son capaces de sintetizar proteínas ni ácidos nucleicos, aun cuando estas

células contienen grupos específicos de enzimas que ellas produjeron en estados

tempranos de su diferenciación.

Ladistribución intracelular de las enzimas constituye sin lugar a dudas un nivel

básicode organización, pues ella está determinada de manera genética, lo que significa

que el material genético no sólo contiene la información sobre el tipo de enzima que

una célula puede formar, sino además de cuál será su ubicación dentro o fuera de la

célula.

En los diferentes compartimentos celulares se agrupan las enzimas que están relacionadas

funcionalmente en un proceso metabólico determinado, de esta manera todas

las enzimas que participan-en el proceso de conversión de glucosa en pirúvico se

encuentran localizadas en el citosol. Un gran número de enzimas hidrolíticas que

intervienen en los procesos de digestión celular se localizan en los lisosomas. Las

enzimas relacionadas con la síntesis de Iípidos se encuentran ubicadas en el retículo

endoplásmatico liso (REL), y las relacionadas con la glicosilación de Iípidos y proteínasse

encuentran en el REL y en el aparato de Golgi.

Sm embargo, en ocasiones, para la transformación total de una sustancia se requiere

la participación de enzimas ubicadas en más de un compartimento, como el caso de

la síntesis de la urea dondeparikipan enzimas del citosol y de las mitocondrias; estos

compartimentos casi siempre están separados del resto de la célula por una estmctnra

membranosa, aunque en ocasiones no sucede así, las enzimas se encuentran unidas a

componentes del citoesqueleto y mantienen una posición relativamente fija dentro de

la célula.

Aun dentro de cada compartimento puede existir una distribución característica

de las enzimas, de esta forma se sabe que las ARN polimerasas se encuentran en el

núcleo,pero en tanto la polimerasa 1 se lofaliza en el nucléolo, la 11 y la 111 se hallan en

el nucleoplasma. Las enzimas mitocondriales pueden tener distinta ubicación dentro

del organelo, las relacionadas con el ciclo de Krebs se encuentran en la matriz

mitocondrial, asícomo las de la cadena transportadora de electrones y la fosforiiación

oxidativa en la membrana interna, algunas están en el espacio intermembranoso y

otrasaun en lamembrana externa.

Un aspecto interesante es la distribución de las isoenzimas, pues cada tipo se

encuentra en un compartimento determinado, existe una malato deshidrogenasa del

citosol y otra de las mitocondrias; lo mismo sucede con algunos grupos de enzimas

como los que forman el b-hidroxi-B-metil-glutarii-COaA p artir de acetü-COAq ue están

presentes en el citosol y en las mitocondrias; en este caso la citosólica funciona en la

esteroidogénesis, en tanto la mitocondrial en la cetogénesis.

Como todas las membrana3 celulares poseen permeabilidad selectiva muchos de

los intermediarios de vías metabólicas se ven limitados a moverse dentrode un compartimento

determinado, sin poder abandonarlo o deben disponer de mecanismos

específicos de transporte; en este compartimento seencuentrala o las enzimas que lo

transforman, asíocurre con el ácido oxalacético o la acetil-COAq, ue una vez formados

dentro de la mitocondria no pueden salir de este compartimento.

Es bueno señalar que esta distribución de las enzimas ha dado lugar a la aparición

de un mecanismo de regulación denominado compartimentalización que será esiudiado

en detalle en el capítulo 61.

Formas básicas de existencia de las enzimas

El trabajo de purificación de las enzimas comenzó hace más de 100 años y alcanzó

su primer éxito notable cuando en 1926 Northropobtuvo la ureasaen formacristalina;

desde entonces se emplean diversos procedimientos para la obtención y purificación

de las enzimas. De acuerdo con esos procedimientos se distinguen 3 formas básicas de

existencia de las enzimas en la célula: las enzimas libres -solubles o simples como se

llamarán aquí-, los sistemas o complejos multienzimáticos y las enzimas

multifuncionales.

EazimaF simples

Unaenzima simple es aquélla que cataliza una reacción única como las descritas

enel capítulo 16,a propósito de la clasificación. Estas enzimas pueden estar formadas

por una sola cadena polipeptídica como la hexoquinasa animal, que cataliza

la fosforilación de varias hexosas y está constituida por una cadena polipeptídica

de 100 kD, o estar compuestas por varias subunidades. Estas subunidades pueden

ser iguales, como en la glutámico deshidrogenasa que convierte este aminoácido

en ácido a-ceto-glutárico y está formada por 6 subunidades idénticas de 50 kD, cada

una para un peso total de 336 kD; o diferentes como el caso de la glucógeno fosforilasa

quinasa, mencionada en el capítulo 17, que está formada por 4 tipos de subunidades

diferentes, cada una se encuentra representada 4 veces en la molécula con lo cual

contiene de esa forma 16 subunidades con un peso total de 1300 kD. En todos los

casos se trata de una sola reacción.

El término de libres o solubles viene dado por el hecho de que con los procedimientos

tradicionales de obtención y purificación de las enzimas éstas se obtenían

separadas del resto de los componentes celulares, lo que hacía pensar que se encontraban

libres en las células, o sea, que durante el proceso catalítico estas enzimas no

entraban en contactofisico con otras y que la formación del complejo enzima - sustrato

era un proceso azaroso, que dependía fundamentalmente de la posibilidad de choque

entre la enzima y su sustrato cuando ambos difundían de forma libre en el interior de la

célula. Investigaciones recientes no parecen confirmar estas ideas.

Complejas muitienzim8ticos

El término sistema o complejo multienzimático se refiere a aquellas agmpaciones

de enzimas que son posibles de obtener con los métodos tradicionales y catalizan

varias reacciones relacionadas con una vía metabólica.

En estos casos siempre presentan una estructura compleja compuesta de varias

subunidades y en ocasiones se caracterizan porque, al disociarse el complejo, ninguno

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