2.2. Variaciones en la actividad enzimática

La formación de enlaces entre la enzima (E) y el sustrato (S) da lugar al complejo enzima-sustrato (ES), que puede alcanzar el estado de transición y originar un complejo enzima-producto (EP); finalmente se libera el producto P formado, dejando a la enzima lista para comenzar un nuevo ciclo. Como señala la ilustración siguiente, estas tres etapas son reversibles, y en todo momento habrá moléculas de S que se transformen en P y moléculas de P que se conviertan en S (así como moléculas de S o de P que se unan a la enzima y se liberen antes de sufrir cambio alguno). El que predomine una u otra reacción dependerá de la proporción final de S y P que haga mínima la energía libre del sistema; la enzima simplemente acelera la consecución de dicho equilibrio.

Las reacciones bioquímicas catalizadas por enzimas transcurren por regla general a través de tres etapas reversibles (izquierda), cada una de las cuales conlleva una energía de activación (Ea) sustancialmente menor que la de la reacción no catalizada (derecha) . (Fuente: ASH).

Supongamos que disponemos de diversas preparaciones con la misma cantidad de enzima libre E, a las que añadimos cantidades progresivamente crecientes de su sustrato S. Sería de esperar que la velocidad inicial de la reacción de cada preparación (medida por la cantidad de producto P formado en los primeros instantes) aumentara también progresivamente, ya que el equilibrio de la reacción E + S ⇌ ES se desplazará hacia la derecha, por la ley de acción de masas, a medida que crezca la concentración [S]. Sin embargo, cuando [S] es lo suficientemente alta, todas las moléculas de enzima forman rápidamente complejos ES, de modo que un aumento adicional de [S] no tiene efecto sobre la velocidad inicial: las moléculas de S extra tendrán que esperar a que los complejos ES se descompongan liberando el producto P y las enzimas queden libres para unirse a ellas. En dichas preparaciones, pues, se habrá alcanzado la velocidad inicial máxima de la reacción, y se dice que la enzima se ha saturado con su sustrato.

La concentración de sustrato que produce la saturación y la velocidad máxima son parámetros característicos de cada enzima que, sin embargo, pueden variar por la presencia de inhibidores. Se trata de moléculas que interfieren en la catálisis, ralentizando o deteniendo las reacciones. Muchos venenos y fármacos actúan como inhibidores, que pueden ser de dos tipos: irreversibles o reversibles.

1. Los inhibidores irreversibles se unen, casi siempre covalentemente, a un grupo de la enzima esencial para su actividad, al que inutilizan o simplemente destruyen.
2. Los inhibidores reversibles, en contraste, pueden disociarse rápidamente de la enzima. Con frecuencia pertenecen a una de las dos categorías siguientes:

• Inhibidores competitivos, que se parecen al sustrato y compiten con él por unirse al centro activo, pero sin poder ser transformados por la enzima.
• Inhibidores no competitivos, que no se unen al centro activo, sino a otro sitio de la enzima, provocando un cambio conformacional que impide su unión al sustrato.

Por último, la actividad enzimática también puede verse afectada por el pH o la temperatura. En efecto, un cambio de pH puede afectar a la carga eléctrica de cadenas laterales de aminoácidos que deben interactuar con el sustrato, por lo que toda enzima tiene un pH óptimo o un intervalo de pH en el que su actividad es máxima. Asimismo, la velocidad de una reacción enzimática aumenta con la temperatura, pero a partir de un punto (la temperatura óptima) la actividad enzimática decae rápidamente.