Actividad enzimática: unidad, medición, regulación y factores
La actividad enzimática es una manera de expresar la cantidad de la enzima presente en un momento determinado. Indica la cantidad de sustrato transformado en producto, por la acción catalítica de la enzima por unidad de tiempo.
Es influenciada por las condiciones en que tiene lugar la reacción enzimática, razón por la cual se suele referir a la temperatura a la cual se mide. Pero, ¿qué son las enzimas? Son catalizadores biológicos, capaces de acelerar la velocidad de una reacción sin experimentar un cambio irreversible durante el proceso catalizado.
Las enzimas, en general, son proteínas con la excepción de los ribosomas, moléculas de RNA con actividad enzimática.
Las enzimas incrementan la velocidad de la reacción mediante la reducción de la barrera energética (energía de activación); que debe vencerse para alcanzarse el estado de transición y ocurra así la reacción.
Las moléculas del sustrato que alcanzan el estado de transición experimentan cambios estructurales, que las llevan a originar las moléculas del producto. Con base a las funciones que cumplen, las enzimas se clasifican en seis grandes grupos: oxirreductasas, transferasas, hidrolasas, liasas, isomerasas y ligasas.
Las enzimas bromelina y papaína, por ejemplo, son enzimas proteolíticas (hidrolasas) que se encuentran en la piña o ananá, y en la papaya o lechosa, respectivamente.
Es conocido que tanto la piña como la papaya, facilitan el proceso digestivo, ya que al actuar las enzimas proteolíticas que contienen ayudan a digerir las proteínas provenientes de, a decir, las carnes y granos.
Índice del artículo
- 1 Unidad de la actividad enzimática
- 2 ¿Cómo se mide la actividad enzimática?
- 3 Regulación de la actividad enzimática
- 4 Factores que influyen en la actividad enzimática
- 5 Referencias
La unidad enzimática (UI) es la cantidad de enzima que cataliza la transformación de 1 µmol de sustrato en un minuto.
Posteriormente, el Sistema Internacional de Unidades (SI) definió la unidad de actividad enzimática como la cantidad de enzima que convierte 1 mol de sustrato en producto por segundo. Esta unidad recibió el nombre de katal (kat).
1 mol = 106 µmoles y 1 minuto = 60 segundos.
Por lo tanto, 1 katal equivale a 60·106 UI. Como el katal es una unidad grande, se suelen utilizar unidades menores, como: el microkatal (µkat), 10-6 katal, y el nanokatal (πkat), 10-9 katal.
Es el número de las unidades de actividad enzimática dividido entre los miligramos de proteína de la muestra sometida a ensayo. La actividad específica está relacionada en forma directa con el grado de purificación de la enzima.
Hay varios métodos para determinar la actividad de una enzima. La elección de un método en particular dependerá del objetivo del ensayo enzimático; la aplicabilidad del método; el acceso al equipo necesario para realizar el experimento; el costo de la utilización de un método determinado, etc.
Existen métodos espectrofométricos, fluorométricos, de quimioluminiscencia, calorimétricos, radiométricos y cromatográficos.
Los métodos espectrofotométricos pueden ser colorimétricos y lecturas en la región de la luz ultravioleta (UV) de la radiación electromagnética.
Se basa en la generación de un cromóforo por la acción enzimática. La actividad enzimática puede ser seguida en forma continua o discontinua.
Forma continua
En la forma continua se colocan los reactivos en una cubeta en el espectrofotómetro a la longitud de onda deseada, la cual corresponde a aquella al cual el cromóforo tiene su máximo valor de densidad óptica; y que además, no haya interferencia con otra sustancia que pueda generarse.
La reacción enzimática se inicia por la adicción de la muestra que contiene la enzima, cuya actividad se desea determinar. Simultáneamente, se pone a funcionar el cronómetro, y a cada cierto tiempo, se anota el valor de densidad óptica.
Como se conoce la equivalencia de la densidad óptica con los moles de sustrato o del producto de la acción enzimática, dependiendo de la técnica utilizada, se puede calcular los moles del sustrato consumidos o de los moles producidos.
Además, como se ha medido el tiempo transcurrido de la reacción enzimática, se puede obtener los moles consumidos o producidos por segundo. Así, la actividad enzimática se establece en unidades katal.
Forma discontinua
En la forma discontinua de determinar la actividad enzimática, se colocan los tubos de ensayo con los componentes de la reacción, a excepción de la muestra que contiene la enzima u otro componente, en un baño a 37 ºC. La reacción se inicia entonces con la adicción del componente faltante.
Se deja que ocurra el tiempo que la técnica indica, y la reacción es finalizada por la adicción de un compuesto que detiene la reacción. Se lee la densidad óptica en ese momento, y se procede finalmente de la misma forma que en la forma continua para determinar la actividad enzimática.
La coenzima nicotinamidadinucleótido, por ejemplo, tiene dos formas: NADH (reducida), y NAD+ (oxidada). Asimismo, la coenzima nicotinamidadinucleótidofosfato tiene dos formas NADPH y NADP+, reducida y oxidada, respectivamente.
Tanto las formas reducidas como oxidadas de la coenzima, se leen a una longitud de 260 nm de la luz ultravioleta; mientras, sólo las formas reducidas se leen a una longitud de 340 nm de la luz ultravioleta.
Por lo tanto, tanto en las reacciones de oxidación o reducción en las que intervienen las coenzimas nombradas, se leen a 340 nm.
La determinación de la actividad enzimática, en esencia, es el mismo que el seguido en la forma continua del método colorimétrico; salvo, que se lee la densidad óptica a 340 nm para observar la generación de NADH o NADPH, o para medir el consumo de estas coenzimas.
Esto va depender si la reacción medida es de oxidación o de reducción. Mediante la correspondencia entre la densidad óptica y los moles de NADH y NADPH, según sea el caso, se puede calcular la actividad enzimática dividiendo los moles de la coenzima entre el tiempo transcurrido en segundos.
A medida que aumenta la concentración del sustrato, aumenta la actividad enzimática. Pero a una concentración determinada del sustrato, se satura el sitio activo o los sitios activos de la enzima, por lo que la actividad enzimática se hace constante.
No obstante, el producto de la acción enzimática también puede interaccionar con los sitios activos de la enzima, produciendo una inhibición de la actividad enzimática.
El producto puede actuar como un inhibidor competitivo; por ejemplo, puede mencionarse la enzima hexoquinasa. Esta enzima produce la fosforilación de la glucosa originando la glucosa-6-fosfato, compuesto que al acumularse inhibe a la hexoquinasa.
Puede ocurrir que un grupo de enzimas (A, B, C, D, E y F) actúen en forma secuencial en una vía metabólica. La enzima B usa como sustrato el producto de la enzima A, y así sucesivamente.
La célula, dependiendo de sus requerimientos metabólicos, puede activar o inhibir las secuencias de actividades enzimáticas. Por ejemplo, la acumulación del producto de la enzima F, puede actuar inhibiendo la enzima A o cualquier otra de las enzimas de la secuencia.
Una enzima puede estar formada por varias subunidades, cada una con sus respectivos sitios activos. Pero estas subunidades no actúan independientemente, por lo que la actividad de una de las subunidades puede activar o inhibir la acción de las restantes.
Aunque la hemoglobina no es considerada una enzima, es un magnífico modelo del fenómeno de alosterismo. La hemoglobina está formada por cuatro cadenas proteicas, dos cadenas α y dos cadenas β, cada una de ellas unidas a un grupo hemo.
Entre las subunidades puede ocurrir dos fenómenos: homoalosterismo y heteroalosterismo.
Homoalosterismo
La unión del sustrato a una de las subunidades aumenta la afinidad de las otras subunidades por el sustrato, aumentando a su vez la actividad enzimática de cada una de las subunidades restantes.
Asimismo, la inhibición de la actividad enzimática en una de las subunidades, produce el mismo efecto en las restantes.
En el caso de la hemoglobina, la unión del oxígeno a un grupo hemo de una de las cadenas de la proteína, va a provocar un aumento de la avidez por el oxígeno en las restantes cadenas.
Asimismo, la liberación del oxígeno de un grupo hemo, provoca la liberación de oxígeno de los restantes grupos de las cadenas proteicas.
Heterolosterismo
La unión de una sustancia activadora o inhibidora, distinta del sustrato, a una de las subunidades va a provocar una activación o inhibición de la actividad enzimática en las otras subunidades.
En el caso del la hemoglobina, la unión al grupo hemo de H+, CO2 y 2,3-difosfoglicerato a una de las subunidades, disminuye la afinidad del grupo hemo por el oxígeno, provocando su liberación. Esta liberación de oxígeno también es producida en las demás cadenas de la hemoglobina.
A medida que aumenta la concentración del sustrato, aumenta también la actividad enzimática. Esto se debe a un mayor acceso de las moléculas del sustrato a los sitios activos de la enzima.
Pero, para una concentración determinada del sustrato, se saturan de este todos los sitios activos de la enzima, provocando que la actividad enzimática no aumente aun si se incrementa la concentración del sustrato.
Las enzimas tienen un pH óptimo en el cual la afinidad de la enzima por el sustrato es máxima. A este pH se alcanza el máximo valor de la actividad enzimática.
El exceso de acidez o basicidad del medio, puede provocar una desnaturalización de la enzima, disminuyendo en consecuencia su actividad.
El perfil de pH de la actividad enzimática es variado. Así por ejemplo, la pepsina tiene una actividad máxima entre 1-2 unidades de pH; la tripsina tiene un pH óptimo de 8; y la papaína tiene una actividad constante entre una gama de pH comprendida entre 4 y 8.
La actividad enzimática se incrementa a medida que aumenta la temperatura. En general, la actividad enzimática se duplica por cada 10 grados de incremento, hasta alcanzar la temperatura óptima de la actividad enzimática.
Sin embargo, al superar la temperatura óptima, la actividad enzimática tiende a disminuir a medida que se incrementa la temperatura de la reacción. Esto es debido a que las proteínas, y por ende las enzimas, sufren una desnaturalización por un aumento excesivo de la temperatura.
En general, las enzimas tienen una actividad óptima en una gama de concentración, comprendida entre 0 y 500 mmoles/L. Sin embargo, para concentraciones mayores, la actividad enzimática tiende a disminuir.
Bajo estas circunstancias, se bloquean ciertas interacciones iónicas en las enzimas, necesarias para su máxima actividad.
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