Las Enzimas: Fundamentos Bioquímicos

Características Generales

Las enzimas son catalizadores biológicos que actúan acelerando la velocidad de las reacciones químicas y permitiendo que estas se produzcan en condiciones fisiológicas (temperatura, pH, presión). Es importante indicar que las enzimas no alteran los equilibrios de la reacción que regulan, sino que hacen que suceda más rápido. Son eficaces a muy baja concentración y son específicas; es decir, cada una solo reconoce, se une y modifica a sustratos determinados.

Naturaleza Química

Casi todas las enzimas son proteínas globulares. Muchas necesitan unirse a otras sustancias no proteicas; es decir, son consideradas heteroproteínas. La estructura completa se denomina Holoenzima, compuesta por:

• Apoenzima: Componente proteico.
• Cofactor: Componente no proteico.

El cofactor puede ser un oligoelemento o moléculas orgánicas llamadas coenzimas. Las coenzimas pueden unirse fuertemente a la apoenzima mediante enlaces covalentes y permanecer ligadas a ella, formando el grupo prostético.

Mecanismo de la Acción Enzimática

Para que ocurra cualquier reacción química, las moléculas que participan deben recibir una cierta cantidad de energía llamada energía de activación. Las enzimas facilitan las reacciones al hacer disminuir esta energía.

La reacción catalizada se produce en tres etapas:

1. Unión: El sustrato se une a la enzima formando el complejo enzima-sustrato (ES). Esta unión se produce en el centro activo y cumple funciones de fijación y catálisis.
2. Modelos de Unión:
   • Teoría de la Llave-Cerradura: Propone que el centro activo y el sustrato encajan perfectamente de forma rígida.
   • Teoría del Ajuste Inducido: El centro activo sufre ligeros cambios conformacionales para adaptarse al sustrato mientras dura el complejo ES.
3. Catálisis y Liberación: Una vez formado el complejo, los sustratos sufren la reacción que los transforma en productos. Finalmente, el complejo se disocia y la enzima queda libre para un nuevo ciclo.

Cinética Enzimática: Factores Modificadores

La cinética enzimática estudia las variaciones de la velocidad de las reacciones enzimáticas. Existen varios factores que modifican la velocidad de la reacción:

• Concentración de la Enzima: La actividad enzimática es directamente proporcional a la concentración de la enzima.
• Temperatura: La elevación de la temperatura produce una aceleración de las reacciones químicas hasta alcanzar la temperatura óptima, a partir de la cual la enzima se desnaturaliza.
• pH: La acción enzimática transcurre entre dos valores límites de pH (pH óptimo), fuera de los cuales la actividad es nula.
• Inhibidores: Son sustancias capaces de disminuir o anular la velocidad de una reacción enzimática.

Tipos de Inhibidores Enzimáticos

Los inhibidores se clasifican en:

1. Inhibidores Irreversibles: Se unen covalentemente a la enzima y la destruyen permanentemente.
2. Inhibidores Reversibles: Se unen débilmente y pueden separarse de la enzima. Se subdividen en:
   • Inhibición Competitiva: El inhibidor compite con el sustrato por unirse al centro activo de la enzima. La enzima puede unirse al sustrato (ES) o al inhibidor (EI), pero no a ambos simultáneamente.
   • Inhibición No Competitiva: El inhibidor se une a la enzima en un sitio diferente al centro activo (sitio alostérico), modificando la conformación del centro activo. Esta inhibición depende de la concentración del inhibidor.

División Celular y Ciclo Vital

El Ciclo Celular

Concepto

El ciclo celular es el conjunto de procesos que tienen lugar desde que una célula se forma por división de otra preexistente hasta que se divide para dar origen a dos células hijas.

Etapas del Ciclo Celular

El ciclo consta de tres etapas principales:

1. Interfase

Es el periodo que transcurre entre dos mitosis sucesivas y ocupa la mayor parte del ciclo celular. Se divide en tres subperiodos:

• Fase G1: Periodo de mayor crecimiento. Se sintetizan las proteínas necesarias para el aumento de tamaño celular. Dura desde el final de la mitosis hasta el inicio de la replicación del ADN.
• Fase S (Síntesis): Durante ella, el ADN se duplica (replicación) y se produce la síntesis de histonas. Al final, el material genético es doble (aunque aún como cromatina) y se inicia la duplicación del diplosoma.
• Fase G2: Se produce un ligero crecimiento adicional y los cromosomas comienzan a condensarse, preparándose para la mitosis.

2. Mitosis (Fase M)

Es la fase de división nuclear (cariocinesis). Es el proceso mediante el cual una célula madre se divide, garantizando el reparto equitativo de su material genético entre sus dos células hijas, que resultan ser genéticamente idénticas.

(Aclaración: Algunas células realizan un reparto donde las hijas reciben la mitad de cromosomas que la célula madre; este proceso se denomina meiosis).

En organismos unicelulares, la mitosis equivale a la reproducción asexual. En organismos pluricelulares, es fundamental para el crecimiento y la reparación de tejidos. La mitosis se divide en cuatro etapas:

Profase

Los cromosomas, ya condensados, empiezan a ser visibles, compuestos por dos cromátidas unidas por el centrómero. El nucleolo desaparece gradualmente. Los centriolos se separan y se dirigen a los polos opuestos, formando el huso mitótico (rodeado por el áster en células animales). En células vegetales, el huso es anastral (sin áster) y tiene forma de tonel. La membrana nuclear se desintegra, dejando los cromosomas dispersos en el citoplasma.

Metafase

Los cromosomas alcanzan su mayor grado de condensación y se unen a los microtúbulos del huso. Se alinean en el plano ecuatorial de la célula, recibiendo el nombre de placa ecuatorial o placa metafásica.

Anafase

Las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan (disyunción) y migran hacia polos opuestos, impulsadas por el acortamiento de los microtúbulos del huso. La anafase finaliza cuando se han formado dos grupos idénticos de cromosomas en cada polo.

Telofase

Los nucleolos reaparecen y los cromosomas comienzan a descondensarse, volviendo a formar cromatina. La membrana nuclear se reconstruye alrededor de cada grupo de cromosomas en cada polo de la célula, resultando en dos núcleos hijos.

3. Citocinesis (División del Citoplasma)

La citocinesis consiste en la división del citoplasma y la repartición de los orgánulos entre las dos células hijas. Este proceso se inicia al final de la telofase y difiere significativamente entre células animales y vegetales:

• Célula Animal: Se estrangula por el plano ecuatorial. Un anillo contráctil compuesto por actina y miosina forma un surco de división que da lugar a dos células hijas. Los orgánulos citoplasmáticos se reparten de manera equitativa.
• Célula Vegetal: No hay estrangulación debido a la presencia de la pared celular. Se forma un tabique denominado fragmoplasto (a partir de vesículas del aparato de Golgi) que crece desde el centro hacia la periferia. Este tabique no se cierra totalmente, dejando formados los plasmodesmos, y comienza a formarse la lámina media.