Cinética Enzimática Análisis De Factores
Las enzimas son biomoléculas, principalmente proteínas, que actúan como catalizadores biológicos esenciales para la vida, ya que aceleran las reacciones químicas que ocurren en los organismos sin consumirse en el proceso. Estas moléculas disminuyen la energía de activación necesaria para que una reacción química ocurra, permitiendo que los procesos metabólicos se realicen a velocidades compatibles con la vida celular. La especificidad de las enzimas hacia sus sustratos y la capacidad de regular su actividad hacen que sean fundamentales para el control y la eficiencia del metabolismo. Además, la función enzimática está influenciada por diversas condiciones y factores ambientales, como la temperatura, el pH, la concentración de sustrato y enzima, la presencia de inhibidores, cofactors y coenzimas, así como mecanismos de regulación alostérica, que determinan el curso y la velocidad de las reacciones catalizadas. Por ello, comprender estos factores es crucial para entender cómo las enzimas modulan las reacciones bioquímicas y mantienen la homeostasis celular
· Temperatura
La temperatura es uno de los factores más importantes que afectan la actividad enzimática. Al aumentar la temperatura, la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas generalmente se incrementa debido a que las moléculas tienen mayor energía cinética, lo que favorece la frecuencia y la fuerza de las colisiones entre enzimas y sustratos. Sin embargo, existe un límite superior: temperaturas demasiado elevadas pueden causar la desnaturalización de la enzima, es decir, la pérdida irreversible de su estructura tridimensional y, por ende, de su actividad catalítica. Cada enzima tiene una temperatura óptima en la que su actividad es máxima; por ejemplo, la α-amilasa de Aspergillus oryzae alcanza su máxima actividad entre 40 y 50 °C. Por debajo de esta temperatura, la actividad disminuye por reducción de la energía molecular, y por encima, la desnaturalización reduce la actividad.
· pH
El pH afecta la carga de los grupos funcionales en el sitio activo de la enzima y en el sustrato, modificando la afinidad entre ambos y la capacidad catalítica. Cada enzima tiene un rango óptimo de pH que maximiza su actividad; desviaciones significativas pueden alterar la ionización de aminoácidos clave, provocando cambios conformacionales o desnaturalización. Por ejemplo, enzimas digestivas como la pepsina funcionan mejor en pH muy ácido (~2), mientras que otras, como la tripsina, prefieren un pH alcalino. El pH óptimo para la α-amilasa de Aspergillus oryzae se encuentra entre 4.5 y 5.5. Cambios fuera de estos rangos disminuyen la velocidad de reacción y pueden inactivar la enzima.
· Concentración del sustrato
La concentración del sustrato influye directamente en la velocidad de reacción enzimática. A concentraciones bajas, la velocidad aumenta proporcionalmente al incremento del sustrato porque hay más moléculas disponibles para unirse al sitio activo. Sin embargo, al alcanzar un punto de saturación, todas las enzimas están ocupadas y la velocidad máxima (Vmax) se estabiliza, de modo que aumentar más la concentración de sustrato no incrementa la velocidad. Esta relación se describe mediante la cinética de Michaelis-Menten, donde la constante Km indica la afinidad de la enzima por el sustrato.
· Concentración de la enzima
La concentración de la enzima es otro factor determinante: a mayor concentración, mayor es la cantidad de sitios activos disponibles para catalizar la reacción, lo que incrementa la velocidad de la reacción siempre que haya suficiente sustrato. Sin embargo, si el sustrato es limitado, un aumento en la concentración enzimática no tendrá efecto sobre la velocidad máxima, pues el sustrato se convierte en el factor limitante.
- Presencia de inhibidores: Los inhibidores son moléculas que disminuyen o bloquean la actividad enzimática. Se clasifican en reversibles (competitivos, no competitivos y acompetitivos) e irreversibles.
- Inhibidores competitivos: Se unen al sitio activo y compiten con el sustrato, elevando la Km sin afectar la Vmax.
- Inhibidores no competitivos: Se unen a un sitio diferente al activo, alterando la conformación de la enzima y disminuyendo la Vmax sin cambiar la Km.
- Inhibidores
irreversibles: Forman enlaces covalentes con la enzima,
inactivándola permanentemente.
La presencia de inhibidores regula la actividad enzimática en procesos
fisiológicos y puede ser utilizada farmacológicamente para controlar rutas
metabólicas.
· Cofactores y coenzimas
Muchas enzimas requieren la presencia de moléculas adicionales para su actividad catalítica:
- Cofactores: Iones metálicos como Mg²⁺, Zn²⁺ o Fe²⁺ que estabilizan la estructura o participan en la catálisis. Por ejemplo, la α-amilasa Mg requiere magnesio para su máxima eficiencia.
- Coenzimas:
Moléculas orgánicas no proteicas, a menudo derivadas de vitaminas, que actúan
como transportadores temporales de grupos químicos durante la reacción.
La ausencia o deficiencia de estos elementos reduce o anula la actividad
enzimática.
· Modificación alostérica y regulación
Las enzimas alostéricas tienen sitios reguladores distintos al sitio activo donde se pueden unir moduladores (activadores o inhibidores). Estos cambios conformacionales alteran la afinidad por el sustrato o la velocidad catalítica, permitiendo una regulación fina y rápida de la actividad enzimática. Esta regulación es crucial para mantener el equilibrio metabólico y responder a señales celulares. Además, la regulación puede darse por modificaciones covalentes reversibles, como la fosforilación, que activan o inhiben la enzima según las necesidades celulares12.
mientras que la regulación alostérica y modificaciones postraduccionales permiten un control dinámico y adaptativo de la función enzimática en el contexto celular.
Referencias
BIOLAN HEALTH. (2021, March 29). Mecanismos de acción de las enzimas - BIOLAN HEALTH. https://biolanhealth.com/es/mecanismos-de-accion-de-las-enzimas/
Uruguay Educa. (s.f.). Factores que afectan la actividad enzimática. https://uruguayeduca.anep.edu.uy/sites/default/files/inline-files/Factores%20que%20afectan%20la%20actividad%20enzim%C3%A1tica.pdf
F, Y. V. J., Susana, H. L., Tejeda, L. K., Enzo, A. R., Mauricio, P. L. J., & A, M. P. P. (n.d.). Determinación de los parametros temperatura, pH y concentración para la nueva enzima α-Amilasa Mg. http://www.scielo.org.bo/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0250-54602019000100005
González, E., Albanell, E., Caja, G., & Casals, R. (2003). Efectos de pH, temperatura y dosis de inclusión sobre la actividad celulolítica de productos comerciales con enzimas fibrolíticas. AIDA-ITEA. https://www.aida-itea.org/aida-itea/files/jornadas/2003/comunicaciones/2003_NyA_30.pdf