Propiedades de las enzimas

Se ha tenido la ocasión de comprobar de que manera las formas tridimensionales de las proteínas les permiten desempeñar papeles estructurales y de transporte. Ahora se describirán sus funciones como enzimas. Las enzimas son catalizadores biológicos selectivos de una eficiencia extraordinaria. Toda célula viva dispone de cientos de enzimas distintas que catalizan las reacciones esenciales para la vida. Aun los organismos vivos más simples contienen múltiples copias de cientos de enzimas diferentes.

Las seis clases de enzimas

1. Las oxidorreductasas catalizan las reacciones de oxidación-reducción. La mayor parte de esas enzimas se llaman, en general, deshidrogenasas. También hay otras enzimas en esta clase que se llaman oxidasas, peroxidasas, oxigenasas o reductasas.

2. Las transferasas catalizan las reacciones de transferencia de un grupo y pueden necesitar la presencia de coenzimas. En las reacciones de transferencia de grupo, una parte de la molécula del sustrato se suele enlazar en forma covalente con la enzima o con su coenzima.

3. Las hidrolasas catalizan hidrólisis. Son una clase especial de transferasas donde el agua sirve como aceptor del grupo transferido. La pirofosfatasa es un ejemplo sencillo de una hidrolasa. El nombre sistemático de esta enzima es difosfato fosfohidrolasa.

4. Las liasas catalizan la lisis de un sustrato, al generar un enlace doble; son reacciones de eliminación, no hidrolíticas y no oxidantes. En dirección inversa, las liasas catalizan la adición de un sustrato a un doble enlace de un segundo sustrato. Una liasa que cataliza una reacción de adición en las células es frecuentemente llamada sintasa.

5. Las Isomerasas catalizan cambios estructurales dentro de una misma molécula (reacciones de isomerización). Como estas reacciones sólo tienen un sustrato y un producto son de las reacciones enzimáticas más simples. 

6. Las ligasas catalizan la ligadura o unión de dos sustratos. Estas reacciones necesitan un suministro de energía potencial química de un nucleósido trifosfato, como el ATP. Las ligasas son usualmente llamadas sintetasas.

Cinética enzimática

Uno de los primeros y grandes avances en bioquímica, fue el descubrimiento de que las enzimas se unen en forma transitoria a los sustratos, resultado de la investigación de la cinética enzimática. Emil Fischer, en 1894, propuso que una enzima presenta una plantilla rígida, o cerradura, y que el sustrato es la llave que le corresponde. Sólo los sustratos específicos se pueden ajustar a determinada enzima. Los primeros estudios de cinética enzimática confirmaron que una enzima (E) se une a un sustrato para formar un complejo enzima-sustrato (ES). Los complejos ES se forman cuando los ligandos se

unen de manera no covalente a sus lugares adecuados en el sitio activo. El sustrato reacciona en forma transitoria con la proteína catalizadora (y con otros sustratos, en una reacción multisustratos) para formar el producto de la reacción.

Ecuación de Michaelis-Menten

Las reacciones catalizadas por enzimas, como cualquier reacción química, se pueden describir en forma matemática como ecuaciones de velocidad. En ellas, varias constantes indican la eficiencia y especificidad de una enzima y en consecuencia son útiles para comparar las actividades de varias enzimas o para evaluar la importancia fisiológica de una determinada enzima.

Esta es llamada la ecuación de Michaelis-Menten, por Leonor Michaelis y Maud Menten. La ecuación de Michaelis-Menten describe la relación entre la velocidad inicial de una reacción y la concentración del sustrato. En la sección que sigue se deducirá la ecuación de Michaelis-Menten por un método cinético para después examinar el significado de las diversas constantes.

Cinética de las reacciones con sustratos múltiples

Las mediciones cinéticas de reacciones con sustratos múltiples (o reacciones de multisustrato) son algo más complicadas que para cinéticas enzimáticas sencillas con un solo sustrato. Sin embargo, para muchos fines, como por ejemplo el diseño de una cuantificación enzimática, basta sólo con determinar la Km para cada sustrato en presencia de cantidades saturantes de cada uno de los demás sustratos, como fue descrito para las reacciones químicas.

                     Reacciones consecutivas                                                        

Las reacciones de multisustrato pueden efectuarse de acuerdo con varios y distintos esquemas cinéticos llamados mecanismos cinéticos porque se deducen en su totalidad mediante experimentos cinéticos. Las reacciones consecutivas (o secuenciales)  requieren que todos los sustratos estén presentes para que se libere algún producto. Estas reacciones secuenciales pueden ser ordenadas, con un orden obligatorio de enlazamiento de sustratos y de liberación de productos. También pueden ser aleatorias, sin orden obligatorio de enlazamiento o liberación. En las reacciones ping-pong se libera un producto antes de que se enlacen todos los sustratos.

Inhibición de fármaco

Estructura del sildenafil (Viagra).

Los inhibidores enzimáticos son utilizados principalmente como fármacos en el tratamiento de diversas enfermedades. Muchos de estos inhibidores son capaces de actuar sobre enzimas humanas y así corregir determinadas patologías. Sin embargo, no todos los fármacos son inhibidores enzimáticos. Algunos de ellos, tales como los fármacos anti-epilépticos, alteran la actividad enzimática de forma indirecta, aumentando o disminuyendo la síntesis de dicha enzima. Estos efectos son denominados inducción e inhibición enzimática y consisten en alteraciones en el patrón de expresión génica, lo cual no está relacionado con el tipo de inhibición enzimática discutido aquí. Otras drogas interactúan con otras dianas celulares que no son enzimas, como los canales iónicos o los receptores de membrana.

Un ejemplo de inhibidor enzimático terapéutico es el sildenafil (Viagra), utilizado como tratamiento de la disfunción eréctil. Este compuesto es un potente inhibidor de la fosfodiesterasa tipo 5 específica de GMPc, una enzima que degrada una molécula de señalización celular, el GMPc. Esta molécula de señalización es la responsable de la relajación del músculo liso y permite el flujo de sangre hacia el interior de los cuerpos cavernosos del pene, lo cual causa la erección. El sildenafil inhibe la actividad de la enzima que degrada la señal, el GMPc, uniéndose al mismo sitio que éste debido a su similaridad estructural. Esto permite que el GMPc no sea degradado y pueda permanecer activo durante períodos más largos de tiempo.

Dosis de Viagra

Viagra está disponible en tres diferentes dosis: 25mg, 50mgy 100mg. La dosis habitual de Viagra es de 50 mg. Si usa Viagra por primera vez el médico le recetará ,en la mayoría de los casos, la dosis más baja. Es necesario ver cómo reacciona el cuerpo. Si la dosis no da el resultado deseado, se puede aumentar. No experimente con la dosis por su cuenta, hable siempre con el médico. El médico le indicará si puede utilizar una dosis más alta. No use más de una dosis de Viagra cada 24 horas.

La edad y el uso de medicamentos

La dosis de Viagra que se le permite utilizar depende de varios factores. La edad es uno de ellos. Los hombres con edad elevada, a menudo reciben una dosis más baja (25 mg) que los hombres jóvenes. Por otra parte, ocurre lo mismo si se utilizan otros medicamentos y si sufre otras enfermedades. Por ejemplo, se debe tener mucho cuidado si tiene problemas cardíacos o una úlcera. Si utiliza los inhibidores de la proteasa (para el tratamiento del VIH), el médico le prescribirá la dosis más baja. ¿Utiliza nitratos? No debe usar Viagra. La dosis de Viagra adecuada para usted depende de su situación personal y sus problemas.