Enzimas y catalizadores

INTRODUCCIÓN

Si pudiéramos describir nuestra existencia en términos de reacciones químicas, usaríamos la palabra “autocatalítica”. A cada instante, dentro de nuestro organismo ocurren cientos de reacciones químicas necesarias para la vida, que deben ocurrir en una escala de tiempo razonable. Por ejemplo, todos hemos escuchado que los carbohidratos (o azúcares) tienen muchas calorías y que nos dan mucha energía. En efecto, un azúcar muy simple, como la glucosa, nos puede proporcionar una gran cantidad de energía al oxidarse o “quemarse” hasta formar dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O); puede producir hasta 3.8 kcal/g de glucosa, ¡lo que equivale a la energía suficiente para mantener encendida una pequeña lámpara de 1 watt durante más de un mes! Entonces, ¿por qué no vemos que el azúcar de mesa se transforma violentamente en CO2 y H2O al estar en contacto con el aire, liberando energía? La razón es que a temperatura ambiente, esta transformación ocurre a una velocidad muy baja. Nuestro cuerpo, para poder extraer la energía de los azúcares en un tiempo útil (es decir, que nos mantenga vivos, pestañeando, caminando, pensando o leyendo este artículo), utiliza catalizadores que aceleran esa misma reacción y provocan que ocurra miles de veces más rápido. Los catalizadores de los seres vivos son las enzimas, proteínas que nuestro propio cuerpo produce. De ahí lo de autocatalítico (http://www.revista.unam.mx).

Un catalizador es una sustancia química, ya sea compuesto o elemento, capaz de acelerar (catalizador positivo) o retardar (catalizador negativo o inhibidor) la velocidad con la que se lleva a cabo una reacción química, teniendo en cuenta que este no sufre ningún cambio químico ni modifica el producto final de la reacción.

Debido a la participación a la participación de los catalizadores en las reacciones químicas se establecen algunas características:

a) Se maneja una gran desproporción entre la masa de las sustancias que reaccionan (reactivos) y la pequeña masa del catalizador.

b) El catalizador se encuentra de la misma forma, tanto al inicio como al final de la reacción química.

c) Un catalizador no participa en una reacción química sino que sólo modifica la velocidad de la misma.

d) Los catalizadores son diferentes y/o específicos para y de cada reacción; o para un grupo determinado de reactivos o reacciones químicas.

Las reacciones catalizadas por enzimas ocurren a velocidades 1010 a 1014 veces más rápidas que las no catalizadas. Este factor significa que una reacción catalizada que toma un segundo en producirse podría tomar un tiempo de tres millones de años sin estar catalizada.

En toda reacción química se produce la transformación de una sustancia inicial, denominada sustrato (S), en una sustancia final o producto (P), según la siguiente notación:

[pic 1]

[pic 2]

Esta transformación ocurre a través de varias etapas. En primer lugar, la enzima “atrae” el sustrato hacia su superficie; después lo “fija” en una posición determinada, y en este paso intermedio se forma un complejo enzima-sustrato (ES). Enseguida, el sustrato se activa, de modo que sus enlaces se debilitan, dando paso a su transformación. Una vez que la enzima ha realizado la transformación, libera rápidamente el producto de reacción para seguir su labor con otras moléculas de sustrato.

Las enzimas tienen una enorme variedad de funciones dentro de la célula: degradan azúcares, sintetizan grasas y aminoácidos, copian fielmente la información genética, participan en el reconocimiento y transmisión de señales del exterior y se encargan de degradar subproductos tóxicos para la célula, entre muchas otras funciones vitales. La identidad y el estado fisiológico de un ser vivo está determinado por la colección de enzimas que estén funcionando con precisión de cirujano y con la velocidad de un rayo en un momento dado dentro de las células. Así, a lo largo de millones de años de evolución, la naturaleza ha desarrollado una gran diversidad de enzimas para mantener el complejo fenómeno de la vida. 

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