Las enzimas son los biocatalizadores celulares. Son proteínas específicas que catalizan las reacciones químicas que tienen lugar en las células —metabolismo celular—, acelerándolas hasta hacerlas casi instantáneas, sin consumirse. Sin la acción catalítica de los enzimas, las reacciones químicas serían tan lentas que el metabolismo celular no podría desarrollarse.
Imagen 22. Autor:Proyecto Biosfera. Autorizado su uso educativo no comercial
Objetivos
Las enzimas son catalizadores, por lo que aceleran la velocidad de reacción, pero debe tratarse de reacciones espontáneas, en las que la energía de los sustratos sea mayor que la de los productos ya que los catalizadores no afectan a los parámetros termodinámicos —no varía la constante de equilibrio— sino solamente la cinética de la reacción.
Las enzimas actúan disminuyendo la energía de activación. Esta energía actúa como barrera cinética impidiendo el paso de los productos a los reactivos en condiciones fisiológicas, permitiendo que las moléculas sean estables. Los enzimas se combinan con los reactivos produciendo un estado de transición cuya energía de activación es menor que en la reacción no catalizada. Esto acelera enormemente la velocidad de formación de los productos. Cuando estos productos se forman, las enzimas se recuperan.
Caso de estudio
¿Cuál puede ser la característica que diferencia a las enzimas del resto de las proteínas?
Observa la siguiente imagen e intenta razonar cómo es su funcionamiento. Utiliza también los conceptos que ya has aprendido.
La característica peculiar que diferencia a las enzimas del resto de las proteínas es que inducen modificaciones químicas en los sustratos a los que se unen, ya sea por ruptura, formación o redistribución de sus enlaces covalentes, o por introducción o pérdida de algún grupo funcional.
El resultado de esta unión enzima-sustrato es que el sustrato (S) se transforma en otra molécula llamada producto (P), mientras la correspondiente enzima actúa como catalizador de la reacción de transformación S→P.
Mira esta explicación en el siguiente vídeo:
Subiendo y bajando colinas energéticas. ¿Sabes por qué se emplea esta frase para las reacciones catalizadas enzimáticamente?
Una reacción catalizada enzimáticamente consta de dos reacciones:
El sustrato S se une a la enzima en una reacción reversible hasta formar el complejo ES, que es un estado de transición.
A continuación, el complejo ES se descompone y da lugar al producto P y se regenera la enzima libre E.
La energía que necesita adquirir la molécula del sustrato para alcanzar el estado de transición constituye la energía de activación de la reacción, Ea,y supone una barrera energética que deben superar todas las moléculas de los sustratos para que transcurra la reacción y se produzca su transformación en productos (subir colinas).
Cuanto más alta sea la energía de activación, mayor será la barrera que han de franquear las moléculas de sustrato, y más difícil será alcanzar el estado de transición (bajar colinas), por lo que la velocidad de la reacción S→P será más lenta.