Mecanismo de acción de las enzimas

Las enzimas (enzimas) son compuestos orgánicos de alto peso molecular de naturaleza proteica que desempeñan en el cuerpo el papel de catalizadores biológicos.

La elucidación de los mecanismos subyacentes a la acción catalítica de las enzimas es una de las tareas fundamentales y problemas urgentes no sólo de la enzimología, sino también de la moderna bioquímica molecular y biología.

Mucho antes de que las enzimas puras estuvieran disponibles y su naturaleza fuera clarificada, se formó la convicción de que la conexión de la enzima con el sustrato es crucial para la implementación del proceso enzimático. Los intentos de detectar un compuesto complejo de la enzima con el sustrato durante mucho tiempo no condujeron al éxito, puesto que tal complejo es lábil, se descompone muy rápidamente. El uso del método de espectroscopia permitió identificar complejos enzima-sustrato para catalasa, peroxidasa, alcohol deshidrogenasa, enzimas dependientes de flavina.

El método de análisis de difracción de rayos X permitió obtener muchos datos importantes sobre la estructura y los mecanismos catalíticos de la acción de las enzimas. Este método se utilizó para establecer la conexión de análogos del sustrato con enzimas lisozima y quimotripsina.

Se obtuvo cierta evidencia directa de la existencia de complejos enzima-sustrato para los casos en que en una etapa del ciclo catalítico la enzima está unida al sustrato por un enlace covalente. Un ejemplo es la reacción de hidrólisis del acetato de n-nitrofenilo catalizado por quimotripsina. Cuando la enzima se mezcla con este éter, la quimotripsina se acetila en el grupo hidroxilo del residuo reactivo de serina. Esta etapa procede rápidamente, sin embargo, la hidrólisis de acetilquimotropina con formación de acetato y quimotripsina libre es mucho más lenta. Por lo tanto, en presencia de acetato de n-nitrofenilo, se acumula acetilquimotripsina, que es fácil de detectar.

La presencia de un sustrato en la enzima puede ser "capturada" transfiriendo un complejo EC inestable a una forma inactiva, por ejemplo tratando el complejo enzima-sustrato con borohidruro sódico, que tiene una fuerte acción reductora. En la enzima aldolasa se encontró un complejo similar en forma de un derivado covalente estable. Resultó que el grupo e-amino de la lisina interactúa con la molécula del sustrato.

El sustrato interactúa con la enzima en una parte específica, llamada centro activo, o la zona activa de la enzima.

Bajo el centro activo, o zona activa, se entiende aquella parte de la molécula de proteína enzimática que se conecta al sustrato (y cofactores) y determina las propiedades enzimáticas de la molécula. El centro activo determina la especificidad y la actividad catalítica de la enzima y debe ser una estructura de cierto grado de complejidad, adaptada para acercamiento cercano e interacción con la molécula sustrato o sus partes directamente implicadas en la reacción.

Entre los grupos funcionales, se distingue la parte de la parte "catalíticamente activa" de la enzima y se forma un sitio que proporciona una afinidad específica (unión del sustrato a la enzima) -el denominado contacto, o "anclaje" (o sitio de adsorción del centro activo de la enzima).

El mecanismo de acción de las enzimas explica la teoría de Michaelis-Menten. Según esta teoría, el proceso se produce en cuatro etapas.

Mecanismo de acción de las enzimas: Etapa I

Entre el sustrato (C) y la enzima (E) se forma un enlace – se forma un complejo enzima-sustrato de la CE, en el que los componentes están unidos entre sí por enlaces covalentes, iónicos, acuosos y otros.

Mecanismo de acción de las enzimas: Etapa I

El sustrato bajo la acción de la enzima unida se activa y se hace disponible para las correspondientes reacciones de catálisis de la UE.

Mecanismo de acción de las enzimas: Etapa IІI

Se está llevando a cabo la catálisis de la CE. Esta teoría es confirmada por estudios experimentales.

Finalmente, la etapa IV se caracteriza por la liberación de la molécula de la enzima E y los productos de la reacción P. La secuencia de transformaciones puede expresarse de la siguiente manera: E + C – EC – EC * – E + P.

Especificidad de la acción de las enzimas

Cada enzima actúa sobre un sustrato específico o grupo de sustancias que son similares en estructura. La especificidad de la acción de las enzimas se explica por la similitud de la configuración del centro activo y del sustrato. Durante la interacción, se forma un complejo enzima-sustrato.