Enzima

Qué es una enzima

El término procede del griego ἐν (en, «dentro de») y ζύμη (zýme, «levadura»), acuñado en 1877 por el fisiólogo alemán Wilhelm Kühne para diferenciar los fermentos que actuaban fuera de la célula viva de los que operaban en su interior. La historia de este concepto arranca, sin embargo, varias décadas antes: en 1833, Anselme Payen y Jean-François Persoz aislaron de extractos de malta una sustancia capaz de hidrolizar el almidón y la llamaron «diastasa», lo que convierte a la amilasa en la primera enzima purificada de la que se tiene constancia.

Desde el punto de vista bioquímico, una enzima es un catalizador: reduce la energía de activación necesaria para que una reacción tenga lugar, de modo que procesos que en condiciones fisiológicas tardarían años se completan en fracciones de segundo. La propia enzima no se altera de forma permanente durante la reacción, por lo que puede actuar de manera repetida sobre nuevas moléculas de sustrato. Conviene matizar que no todas las enzimas son proteínas: existen moléculas de ARN con actividad catalítica, las ribozimas, descubiertas en la década de 1980 por Thomas Cech y Sidney Altman.

Estructura y mecanismo catalítico

Cada enzima posee una región tridimensional llamada centro activo, donde el sustrato se une y se transforma en producto. En 1894, Emil Fischer propuso el modelo de «llave y cerradura» para explicar esta interacción: el sustrato encajaría de forma precisa en el centro activo, igual que una llave en su cerradura. El modelo fue útil durante décadas, pero resultó demasiado rígido. Daniel Koshland lo revisó en 1958 con la hipótesis del «ajuste inducido», según la cual la enzima modifica ligeramente su conformación al contacto con el sustrato, lo que optimiza la catálisis.

Para que muchas enzimas sean funcionales necesitan asociarse con componentes no proteicos. Se distingue entre la apoenzima (la fracción proteica sin actividad catalítica por sí sola) y la holoenzima (el complejo activo resultante de unir la apoenzima con su cofactor). Los cofactores pueden ser iones metálicos (cinc, hierro, magnesio) o moléculas orgánicas denominadas coenzimas, muchas de las cuales derivan de vitaminas del grupo B.

Clasificación internacional

La Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB) agrupa las enzimas en seis clases según el tipo de reacción que catalizan. Las oxidorreductasas transfieren electrones entre moléculas y participan en cadenas respiratorias y reacciones de detoxificación hepática. Las transferasas mueven grupos funcionales (fosfato, metilo, amino) de un sustrato a otro; la fosforilación de proteínas, un mecanismo de señalización celular ubicuo, depende de ellas. Un tercer grupo, las hidrolasas, rompen enlaces mediante la adición de agua: aquí se encuadran las proteasas, las lipasas y las amilasas digestivas.

Las tres clases restantes son las liasas (escinden enlaces sin hidrólisis ni oxidación), las isomerasas (reordenan la estructura interna de una molécula) y las ligasas o sintetasas, que unen dos moléculas consumiendo ATP. Cada enzima recibe un número EC (Enzyme Commission) de cuatro dígitos que la identifica de forma universal; la pepsina gástrica, por ejemplo, es EC 3.4.23.1.

Regulación de la actividad enzimática

El organismo no puede permitirse que todas las enzimas funcionen a máxima velocidad en todo momento. Varios mecanismos controlan su actividad. La regulación alostérica permite que una molécula se una a un sitio distinto del centro activo y modifique la forma de la enzima, activándola o inhibiéndola. Las enzimas alostéricas suelen ocupar posiciones estratégicas en las rutas metabólicas, de manera que el producto final de una vía puede frenar la primera enzima de la cadena cuando se acumula en exceso.

Otro nivel de control es la inhibición enzimática, que puede ser reversible (competitiva, no competitiva, acompetitiva) o irreversible. Numerosos fármacos actúan precisamente como inhibidores enzimáticos. Existe también la regulación por modificación covalente (fosforilación, acetilación) y por cambios en la cantidad de enzima producida por la célula, lo que conecta con el concepto de enzima inducible.

Nomenclatura y sufijo -asa

El sufijo -asa se adoptó como convención para nombrar enzimas a partir de la terminación de «diastasa». En la práctica, el nombre indica el sustrato (amilasa, lipasa, ribonucleasa), la reacción (deshidrogenasa, reductasa, topoisomerasa) o ambos. Hay excepciones históricas que conservan su nombre clásico: pepsina, tripsina, lisozima. La RAE acepta «enzima» tanto en género masculino como femenino, si bien el uso femenino predomina en textos médicos y bioquímicos actuales en español.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra enzima?

Del griego ἐν (en, «dentro de») y ζύμη (zýme, «levadura»). Wilhelm Kühne acuñó el término en 1877 para referirse a los catalizadores contenidos «dentro de la levadura», diferenciándolos de la fermentación observada por Louis Pasteur en organismos vivos completos.

¿Son todas las enzimas proteínas?

No. La inmensa mayoría lo son, pero en 1982 Thomas Cech demostró que ciertos ARN (las ribozimas) poseen actividad catalítica propia. Este hallazgo, que le valió el Nobel de Química en 1989, amplió la definición clásica de enzima.

¿Es lo mismo enzima que fermento?

Históricamente se usaron como sinónimos, pero hoy «fermento» ha quedado relegado al lenguaje coloquial o a contextos industriales (fermentos lácticos, por ejemplo). En bioquímica y medicina, el término correcto es enzima.

¿Cuántas enzimas tiene el cuerpo humano?

Se han catalogado más de 5 000 reacciones bioquímicas catalizadas por enzimas en el organismo humano. La cifra real probablemente sea mayor, porque la caracterización de nuevas actividades enzimáticas continúa.

Referencias

1. MedlinePlus. Enzima.
2. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Enzima: glosario de genómica.
3. Real Academia Española. Enzima.
4. Manual MSD (versión profesional). Generalidades sobre los análisis clínicos.