Enzimas

Definición: Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas en los seres vivos. Hacen posible reacciones que en condiciones fisiológicas no tendrían lugar; estas reacciones, sin la presencia de enzimas, requerirían condiciones extremas de presión, temperatura o pH.

Clasificación y estructura

Más del 90 % de las enzimas son proteínas globulares o escleroproteínas, y el resto se encuentran conjugadas a un grupo prostético. Una enzima puede estar asociada a otras sustancias no proteicas para ejercer su actividad en condiciones óptimas; estas sustancias se denominan cofactores y pueden ser compuestos inorgánicos, iones metálicos o compuestos orgánicos unidos de forma más o menos fuerte a la fracción proteica.

Cuando el cofactor es un compuesto orgánico se denomina coenzima y suele pertenecer, en muchas ocasiones, al grupo de las vitaminas. Cuando se trata de un ion metálico se denominan activadores. Cuando el cofactor se encuentra fuertemente unido a la estructura proteica se denomina grupo prostético, como por ejemplo el grupo hemo de la hemoglobina.

A la parte proteica sin el cofactor se le llama apoenzima, y al complejo enzima–cofactor se le denomina holoenzima.

Clases principales de enzimas

En función de su acción catalítica específica, las enzimas se clasifican en seis grandes grupos o clases:

• Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de óxido‑reducción, es decir, transferencia de hidrógeno (H) o electrones (e–) de un sustrato a otro. Ej.: succinato deshidrogenasa o la citocromo c oxidasa.
• Transferasas: Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del hidrógeno) de un sustrato a otro. Ej.: glucoquinasa.
• Hidrolasas: Catalizan reacciones de hidrólisis.
• Liasas: Catalizan reacciones de ruptura o unión sin hidrólisis. Ej.: descarboxilasas.
• Isomerasas: Catalizan la interconversión de isómeros. Ej.: fosfoglucosa isomerasa.
• Ligasas: Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc.). Ej.: piruvato carboxilasa.

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs es una ruta anfibólica. Participa en procesos catabólicos y anabólicos. El ciclo proporciona α‑cetoglutarato y oxalacetato para la síntesis de glutamato y aspartato, respectivamente, entre otras moléculas fundamentales para la célula.

Resumen de las etapas

1. Formación de acetil‑CoA: El piruvato pierde el grupo carboxilo como CO2 y los dos carbonos restantes, unidos a CoA, conforman la acetil‑CoA.
2. Reducción de coenzimas: En reacciones posteriores se reducen coenzimas como NAD+ a NADH y otros transportadores que ceden electrones a la cadena respiratoria, con la consecuente formación de ATP.

Reacciones del ciclo (1–8)

1. Reacción 1: Condensación del oxalacetato con acetil‑CoA. La enzima citrato sintasa condensa la acetil‑CoA (2C) con el oxalacetato (4C) para formar una molécula de citrato (6C). La reacción es frecuentemente exergónica: es irreversible.
2. Reacción 2: Isomerización del citrato a isocitrato. Esto ocurre mediante dos reacciones que se resumen en una sola transformación global.
3. Reacción 3: Oxidación y descarboxilación del isocitrato. El isocitrato es sustrato de la isocitrato deshidrogenasa, enzima que tiene como cofactor una NAD+. En este paso el isocitrato se oxida y sufre descarboxilación para formar α‑cetoglutarato (5C); se libera CO2 y se reduce una NAD+ a NADH, que posteriormente aporta electrones para la síntesis de ATP en la cadena respiratoria.
4. Reacción 4: Conversión del α‑cetoglutarato en succinil‑CoA. En este paso ocurre la segunda descarboxilación oxidativa, catalizada por la α‑cetoglutarato deshidrogenasa, que conduce a la formación de succinil‑CoA (4C). El NAD+ es coenzima de la deshidrogenasa, por lo que se forma NADH que alimenta la cadena respiratoria.
5. Reacción 5: Conversión de succinil‑CoA a succinato y generación de GTP. La succinil‑CoA es un tioéster de alta energía con una ΔG de hidrólisis de aproximadamente −33,5 kJ·mol−1. La energía liberada por la ruptura se usa para generar un enlace fosfoanhídrido entre un fosfato y GDP para dar 1 GTP por fosforilación a nivel de sustrato. En la reacción se libera HS‑CoA.
6. Reacción 6: Oxidación del succinato a fumarato. El succinato es oxidado a fumarato por la succinato deshidrogenasa, enzima que tiene como cofactor la FAD. Se forman equivalentes reductores (FADH2) que ceden electrones a la cadena respiratoria.
7. Reacción 7: Hidratación del fumarato para formar malato. La fumarasa cataliza la adición de agua al fumarato; el producto de la reacción es el malato.
8. Reacción 8: Oxidación del malato a oxalacetato. La malato deshidrogenasa cataliza la oxidación del malato a oxalacetato con la reducción de NAD+ a NADH. Dada la naturaleza cíclica de la vía, las reacciones en su conjunto conducen a la regeneración del oxalacetato. Los NADH y FADH2 generados aportan electrones a la cadena respiratoria, donde contribuyen a la síntesis de ATP.