Centro activo

Qué es el centro activo

El término combina centrum (latín, «punto central») con activus (latín, «que obra, que actúa»). En inglés se emplea indistintamente active site y catalytic site; en español conviven «centro activo» y «sitio activo», aunque la primera forma predomina en los textos de bioquímica publicados en España e Hispanoamérica. El concepto nació con los trabajos de Emil Fischer, que en 1894 propuso la metáfora de la llave y la cerradura para explicar por qué cada enzima solo acepta determinados sustratos.

Las enzimas son proteínas globulares de tamaño muy superior al de sus sustratos. De los cientos o miles de aminoácidos que componen la cadena polipeptídica, apenas una decena participa directamente en la catálisis. Lo que el plegamiento terciario consigue es acercar en el espacio residuos que en la secuencia lineal pueden estar separados por centenares de posiciones; ese acercamiento crea una cavidad con geometría y distribución de cargas complementarias al sustrato.

Estructura y mecanismo catalítico

Dentro del centro activo se distinguen dos tipos de residuos. Los de unión establecen contactos no covalentes con el sustrato (puentes de hidrógeno, interacciones iónicas, fuerzas de Van der Waals) y lo orientan en la posición óptima. Los residuos catalíticos participan en la transformación química propiamente dicha: pueden donar o aceptar protones, estabilizar estados de transición o formar enlaces covalentes transitorios con intermediarios de la reacción. Una serina, una histidina y un aspartato, por ejemplo, forman la tríada catalítica de las serina proteasas, una familia de enzimas ampliamente estudiada desde los años sesenta del siglo XX.

El modelo de Fischer, que suponía una geometría rígida, fue matizado en 1958 por Daniel Koshland con la hipótesis del ajuste inducido. Según esta, la aproximación del sustrato provoca un cambio conformacional en la enzima que optimiza las interacciones en el centro activo. La idea no invalida a Fischer: la complementariedad sigue siendo necesaria, pero no es estática. Muchas enzimas combinan ambos elementos.

Relación con el centro alostérico

El centro activo no debe confundirse con el centro alostérico. Este último se localiza en una zona diferente de la proteína y su función no es catalítica sino reguladora: cuando un modulador se une al sitio alostérico, la proteína modifica su conformación y, con ella, la geometría o la accesibilidad del centro activo. Un inhibidor alostérico, por tanto, reduce la actividad enzimática sin competir con el sustrato por el mismo lugar de unión. Esta distinción tiene consecuencias farmacológicas directas, porque el diseño de fármacos puede dirigirse selectivamente a uno u otro sitio.

Conviene añadir que algunas enzimas oligoméricas poseen varios centros activos, uno por subunidad. La regulación cooperativa que se observa en la hemoglobina (que no es enzima pero ilustra el principio) tiene equivalentes en enzimas como la aspartato transcarbamilasa, donde la ocupación de un centro activo en una subunidad facilita la del centro activo en la subunidad vecina.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el término «centro activo»?

De la combinación del latín centrum y activus. Se acuñó a finales del siglo XIX en el contexto de la enzimología naciente, cuando Emil Fischer (1894) planteó que la especificidad de las enzimas dependía de una correspondencia geométrica entre la enzima y su sustrato.

¿Es lo mismo centro activo que sitio de unión?

No del todo. El sitio de unión incluye solo los residuos que contactan con el sustrato; el centro activo abarca, además, los residuos que participan en la catálisis. En la práctica, muchos textos los emplean como sinónimos, pero en rigor bioquímico el centro activo es un concepto más amplio.

¿Puede una enzima tener más de un centro activo?

Sí. Las enzimas formadas por varias subunidades (oligoméricas) suelen presentar un centro activo por subunidad. La actividad del conjunto depende de cómo se comunican las subunidades entre sí, fenómeno que la bioquímica denomina cooperatividad.

¿Qué ocurre cuando muta un residuo del centro activo?

La consecuencia depende del residuo afectado y del tipo de sustitución. Mutaciones en aminoácidos catalíticos pueden anular la actividad enzimática por completo, mientras que cambios en residuos de unión pueden reducir la afinidad por el sustrato sin eliminarla. Algunas enfermedades metabólicas hereditarias se deben precisamente a mutaciones puntuales en el centro activo de enzimas clave del metabolismo.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. Enzima. Enciclopedia médica.
2. Real Academia Nacional de Medicina de España. Diccionario de términos médicos.
3. Khan Academy. Enzimas y el sitio activo.
4. Universidad de Vigo. Departamento de Biología Funcional y Ciencias de la Salud. Atlas de histología vegetal y animal: enzimas.