Regulación de la Actividad Enzimática

La regulación de las reacciones metabólicas se lleva a cabo a nivel enzimático. Esta se realiza regulando la velocidad de actuación de las enzimas y controlando la síntesis enzimática.

En las reacciones enzimáticas, en un momento dado, puede interesar aumentar la síntesis de un determinado producto o degradar un sustrato que acaba de aparecer, por lo que se deberá aumentar la actividad de las enzimas implicadas en uno u otro proceso. Por otro lado, una vez conseguida la cantidad precisa del producto, la actividad enzimática debe disminuir o anularse para evitar un gasto inútil.

Los cambios de pH y temperatura (T) influyen en la velocidad (V) de las reacciones enzimáticas, pero habitualmente estas variaciones no se utilizan como método de regulación en un organismo, ya que deben mantenerse constantes.

Mecanismos de Regulación Enzimática

Los mecanismos de regulación empleados son:

• Activación e inhibición enzimáticas.
• Alosterismo.

Activación Enzimática

La presencia de activadores permite que ciertas enzimas que se mantenían inactivas se activen. Normalmente, la unión del activador hace que el centro activo adquiera la estructura adecuada para el acoplamiento del sustrato. Algunos cationes como Mg²⁺ o Ca²⁺ son activadores enzimáticos.

También pueden actuar como activadores diversas moléculas orgánicas, incluso el propio sustrato. En este último caso, la enzima permanece inactiva hasta que aparece el sustrato; es decir, si no hay sustrato, no es necesaria la actividad de la enzima correspondiente, pero si lo hay, se produce la activación para que ese sustrato lleve a cabo la reacción. Se dice que el sustrato activa su propia metabolización.

Inhibición Enzimática

Los inhibidores enzimáticos son sustancias que disminuyen o anulan la actividad de una enzima. Se trata de un proceso inverso al de la activación. La enzima, previamente activa, disminuye su velocidad (V) o deja de actuar cuando aparece un inhibidor, el cual puede ser algún ion o molécula orgánica y, frecuentemente, el producto final de la reacción. En este último caso, en el que la enzima se inhibe cuando ya no se necesita obtener más cantidad de producto y la señal para ello es el propio producto, se habla de inhibición feedback o retroinhibición.

Tipos de Inhibición

La inhibición puede ser:

1. Inhibición Irreversible: Ocurre cuando el inhibidor, que se llama en este caso veneno metabólico, se une covalentemente a la enzima, alterando su estructura e inutilizándola de forma permanente.
2. Inhibición Reversible: (Más común) Tiene lugar cuando la enzima vuelve a tener actividad una vez eliminada la sustancia inhibidora. En este caso, la unión del inhibidor con la enzima es por enlaces no covalentes, más fáciles de romper.

Inhibición Reversible según el lugar de unión

Según el lugar de unión a la enzima, hay dos tipos de inhibición reversible:

1. Inhibición Competitiva: En ella, el inhibidor se une al centro activo impidiendo la unión del sustrato. Hay una competencia entre ambos para ocupar este centro activo. Si este es ocupado por el sustrato, la reacción se lleva a cabo, pero si es ocupado por el inhibidor, no se produce, ya que el sustrato no puede acoplarse. El grado de inhibición dependerá de la proporción relativa entre sustrato e inhibidor. Para que exista este tipo de inhibición es necesario que el inhibidor se acople al centro activo, por lo que su forma espacial debe ser semejante a la del sustrato (inhibidores análogos metabólicos).
2. Inhibición No Competitiva: El inhibidor no compite con el sustrato, sino que se une en otra zona de la enzima distinta del centro activo. Esta unión modifica la estructura de la enzima y dificulta el acoplamiento del sustrato. En otras ocasiones, el inhibidor se une al complejo ES (enzima-sustrato), una vez creado este, e impide la posterior formación del producto.

Alosterismo

Constituye un sistema de regulación enzimática preciso. Las enzimas alostéricas catalizan algunas reacciones importantes, como el primer paso de una ruta metabólica compuesta por varias reacciones consecutivas. También suelen encontrarse en los puntos de ramificación de las rutas metabólicas desde los que se pueden seguir varios caminos alternativos.

Características de las Enzimas Alostéricas

• Formadas por varias subunidades, por lo que tienen estructura cuaternaria.
• Tienen varios centros de regulación.
• Adoptan dos conformaciones distintas, llamadas forma o estado R (en la que la afinidad por el sustrato es alta) y forma o estado T (la afinidad es baja). La primera forma se estabiliza cuando los centros reguladores tienen unidos activadores. Por el contrario, los inhibidores alostéricos estabilizan la forma T.
• Hay un efecto cooperativo entre las subunidades, de modo que la activación o inhibición de una de ellas provoca el mismo efecto en todas las demás. Esto permite una regulación más rápida y con menor cantidad de activadores e inhibidores.
• Su cinética es diferente a la del resto de enzimas.

Clasificación de las Enzimas según la Reacción Catalizada

Oxidorreductasas

• Función: Reacciones REDOX con pérdida y ganancia de electrones.
• Tipos: Deshidrogenasas y Oxidasas.

Liasas

• Función: Adición de moléculas sencillas a dobles enlaces.
• Tipos: Aminasas, Hidratasas…

Transferasas

• Función: Transferencia de grupos funcionales entre moléculas.
• Tipos: Transaminasas, Transcarboxilasas.

Hidrolasas

• Función: Hidrólisis.
• Tipos: Carbohidrasas, Nucleasas.

Isomerasas

• Función: Transformación de un isómero a otro.

Ligasas o Sintasas

• Función: Unión de moléculas o grupo funcional a una molécula mediante la energía proporcionada por ATP.