ENZIMAS: QUÉ SON Y PARA QUE SIRVEN - rac.es

1 (Esp)Vol. 101, N . 2, pp 399-417, 2007 VIII programa de Promoci n de la Cultura Cient fica y Tecnol gicaENZIMAS: QU SON Y PARA QUE SIRVENLUISFRANCOVERA** Real Academia de Ciencias Exactas, F sicas y Naturales. Universidad de Valencia. Departamento de Bioqu mica y Biolog a Molecular. 46100 Burjassot, Valencia. NA veces, tendemos a contemplar las realidades na-turales con una visi n excesivamente antropoc ntrica,de modo que cuando nos planteamos preguntas comola que sugiere el encabezamiento de este art culo, para qu SIRVEN las enzimas? , podemos pensarinmediatamente en dar una respuesta del tipo: lasenzimas SIRVEN para que el hombre pueda desarrollartal o cual operaci n.

2 Adem s, no es infrecuente queuno seleccione la respuesta entre aquellas operacionesque reportan un beneficio inmediato, de modo que a laperspectiva antropoc ntrica se a ada otra de corte uti-litarista. Es evidente que el hombre tiene plenoderecho a obtener provecho de la naturaleza, siempre,huelga decirlo, que esa actividad no perjudique a losdem s ni a la propia naturaleza, lo que ser a un modoindirecto de perjudicar al resto de la humanidad pre-sente o futura. Pero tambi n es cierto que una men-talidad pragm tica a ultranza puede entorpecer lacontemplaci n de las realidades naturales en s mismas; puede impedir descubrir m ltiples facetasque, tal vez, podr an redundar en un mayor beneficiopara la humanidad.

3 En este sentido, puede ser conve-niente aproximarse a la comprensi n del mundobiol gico con una actitud abierta, contemplativa si sequiere, sin intentar aprovecharinmediatamente lasposibilidades que nos ofrece. Y muchas veces resultar de esa visi n, asombrada y desinteresada, un profundoconocimiento de las realidades m s ntimas de la natu-raleza que har posible su aplicaci este punto de vista, nos acercaremos alconocimiento de las enzimas. En primer lugar, paratratar de comprender su funcionamiento y, por qu no?, para llenarnos de asombro ante su eficaciacatal tica y ante el resto de sus propiedades; despu s,para con esa comprensi n, tratar de entender las basessobre las que se asienta el aprovechamiento de esaspropiedades.

4 POR QU LAS ENZIMAS SONCATALIZADORES TAN EFICACESUna reacci n qu mica en la que, a partir de unasmol culas se obtienen unos productos diferentes,siempre implica una redistribuci n de enlaces. Laorganizaci n de los tomos que componen los reac-tivos es distinta de la de los productos y en lasmol culas, los tomos se unen entre s medianteenlaces. Cuando, por ejemplo, representamos unareacci n como A BC D, estamos indicandoimpl citamente un balance de materia, es decir, que los tomos presentes en A y B se encuentran tambi n en Cy D, aunque, evidentemente, est n distribuidos deforma diferente.

5 La figura 1 representa esquem tica-mente esa idea.+ +Figura n esquem tica de una reacci n qu mi-ca que pone de manifiesto que en cualquiera de ellas debeproducirse una reorganizaci n de enlaces (Esp), 2007; 101 Luis Franco Vera400 Una reacci n qu mica puede considerarse tantodesde una perspectiva termodin mica como desde unpunto de vista cin tico. En el primer caso, lo m sinmediato es indicar el cambio de energ a libre que seproduce al transcurrir la reacci n. Por ejemplo, si lareacci n A BC D transcurre en condicionesest ndar, la variaci n de energ a libre es G.

6 Evidentemente, el valor de esta magnitud no repre-senta la variaci n real de energ a libre, ya que rarasveces se dar la reacci n en condiciones est ndar, esdecir, con todos los reactivos y productos a concen-traci n 1 M. Pero s aporta un dato valioso: un valor de G negativo, por ejemplo, indica que la reacci ntiendea producirse de izquierda a derecha, aunque lascondiciones actuales puedan obligar a lo introducir un nuevo concepto, vale la penacitar ahora un ejemplo, del que luego se har m s las reacciones de hidr lisis G es siempre nega-tivo: el aumento de entrop a que implica la escisi nhidrol tica de un compuesto qu mico es responsable deello.

7 Los aceites comestibles, por concretar, sontri steres de glicerol con cidos grasos, luego para suhidr lisis G < 0. Si se mezcla el aceite (A) con agua(B), necesariamente se tendr G < 0. La reacci n dehidr lisis, en principio, debe producirse con una granliberaci n de energ a, pero todos tenemos experienciade que al mezclar aceite con agua, el aceite permaneceinalterado durante mucho tiempo. La raz n de estaaparente paradoja estriba en que en una reacci nqu mica, para que los reactivos se conviertan en pro-ductos es preciso pasar por un estado intermedio, elestado de transici n. Como se esquematiza en la figura2, en el estado de transici n ni se han terminado deromper los enlaces que hay en A y B, ni se hanacabado de formar los que han de aparecer en C y estado de transici n representa, pues, una situaci ninestable, de modo que, para pasar de A B a C D,es necesario comunicar a los reactivos la energ a nece-saria para que alcancen el estado de transici n.

8 Estaenerg a se denomina energ a de activaci n, y se repre-+++ +senta con el s mbolo G (Fig. 2). Es evidente que laexistencia de un estado de transici n implica una difi-cultad al progreso de la reacci n y que cuanto mayorsea el valor de G , tanto m s dif cil ser que lareacci n se consideraci n de una reacci n desde un puntode vista cin tico es f cil si se trata de una reacci n ele-mental2. Por ejemplo, para una reacci n AB, lavelocidad,,ser proporcional a la concentraci n de A, es decir,. La constante de proporcionalidad, k, recibeel nombre de constante cin ticay, en primera aproxi-maci n, mide la facilidad intr nseca con que los reac-tivos se convierten en productos.

9 Si la reacci nelemental, como la de la figura 1, implica dosmol culas, es evidente que la velocidad depender dela concentraci n de ambas de modo que . 1 Hay que recordar que,con lo que, aunque G sea negativo, si C y D est n mucho m s concentrados que A y B, el segundo sumando de la ecuaci n puede hacerque G resulte positivo y la reacci n transcurra de derecha a una forma sencilla, se puede decir que una reacci n es elemental cuando transcurre tal como se escribe, sin incorporaci n ni salida deotras especies qu energ tico simplificado de una reacci n qu mi-ca. Se supone que la reacci n esquematizada en la fig.

10 1 secaracteriza por una variaci n de energ a libre negativa encondiciones est ndar. Para que se conviertan los reactivos enproductos, es necesario pasar por un estado de transici n enel que los nuevos enlaces a n no se han formado estado, representado en el centro del esquema, esinestable, por lo que para llegar a l es preciso comunicar a losreactivos una energ a de activaci n, G .Las consideraciones elementales anteriores3, sobrecin tica y termodin mica de reacciones no son inde-pendientes. Intuitivamente se ve, por ejemplo, quedebe existir una relaci n entre G y k, de modo queuna energ a de activaci n grande, al implicar un mayorobst culo al avance de la reacci n, se correlaciona conuna constante cin tica peque a.