¿Cómo funcionan las enzimas en el cuerpo humano?

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Las enzimas son proteínas que permiten que ciertas reacciones químicas se produzcan mucho más rápido de lo que lo harían por sí solas. Las enzimas funcionan como catalizadores, lo que significa que aceleran la velocidad a la que se producen los procesos y reacciones metabólicas en los organismos vivos.

Usualmente, los procesos o reacciones son parte de un ciclo o vía, con reacciones separadas en cada paso. Cada paso de una vía o ciclo suele requerir una enzima específica. Sin la enzima específica para catalizar una reacción, el ciclo o la vía no se puede completar.

El resultado de un ciclo o vía incompleta es la falta de un producto de ese ciclo o vía. Y, sin un producto necesario, no se puede realizar una función, lo que afecta negativamente al organismo.

Catalizadores y energía de activación

Las reacciones no son imposibles sin las enzimas. Las enzimas no cambian durante las reacciones, ni cambian los otros contenidos de la reacción. Simplemente aceleran la velocidad a la que reaccionan todas las partes de la reacción.

En una reacción química, se dice que la reacción se completa cuando se alcanza el equilibrio. Las reacciones químicas tienen direcciones hacia adelante y hacia atrás, y las reacciones tienden a moverse en ambas direcciones hasta que no se crean más productos a partir de los reactivos, y los productos ya no se convierten de nuevo en reactivos.

Ese es el punto de equilibrio. La constante de equilibrio se escribe como:

Las reacciones se producirán con la energía libre disponible en el sistema (el sistema se refiere al área donde se produce la reacción). Siempre hay algo de energía en el sistema antes de que comience una reacción, y esta energía libre se llama G. La cantidad de cambio en la energía libre de una reacción se denomina ΔG (la letra griega delta, Δ, se utiliza para representar el cambio).

Las reacciones exergéticas emiten energía, por lo que representan un cambio negativo en la energía libre (-Δ G) – es decir, la energía libre se emite, por lo que hay una “pérdida” de energía libre. En realidad, la energía sólo se transfiere. Las reacciones exergónicas continuarán hasta que se alcance el equilibrio, porque producen energía.

Las reacciones endergónicas absorben energía en el sistema, por lo que la energía libre en el sistema aumenta (+Δ G). Este aumento parece ser una “ganancia” de energía, cuando en realidad se trata de una transferencia de energía más. Las reacciones endergónicas desaparecen mientras están por delante. Debido a que las reacciones endergónicas absorben energía, las reacciones se agotan, de modo que se absorbe menos energía. Por lo general, no alcanzan el equilibrio.

Hay dos teorías sobre cómo ocurren las reacciones:

  • En la teoría de la colisión, se piensa que las reacciones ocurren porque las moléculas colisionan; cuanto más rápido colisionan, más rápido ocurre la reacción. El nivel de energía que debe alcanzarse para que las moléculas colisionen se llama energía de activación. La energía de activación se ve afectada por el calor, ya que una temperatura más alta aumenta la energía de cada molécula.
  • En la teoría del estado de transición, se piensa que los reactivos forman enlaces y luego rompen enlaces hasta que forman productos. A medida que esto ocurre, la energía libre aumenta hasta alcanzar un estado de transición (también llamado complejo activado), que es visto como el punto medio entre los reactivos y los productos. Si la energía libre de activación es alta, el estado de transición es bajo y la reacción es lenta. La velocidad de reacción es proporcional a la concentración del complejo activado. Si la energía de activación es menor, la reacción ocurre más rápido porque se pueden formar más complejos activados.

En los organismos vivos, las reacciones que deben ocurrir tienen altas energías de activación. Por lo tanto, para que se produzcan las reacciones, o bien hay que aumentar la temperatura o bien disminuir la energía de activación. Pero la temperatura interna de un ser vivo no puede elevarse demasiado como lo pueden hacer los productos químicos en un laboratorio. En cambio, los organismos vivos dependen de las enzimas para reducir las energías de activación de modo que las reacciones puedan ocurrir rápidamente.

Sin las enzimas, los productos químicos tóxicos podrían acumularse en el cuerpo a niveles peligrosos, o el ciclo de Krebs que produce energía no sería capaz de producir trifosfato de adenosina (ATP), que es el principal combustible del cuerpo producido a partir de los alimentos que se comen y se digieren.

Cofactores y coenzimas: Coexistencia con enzimas

Las enzimas están hechas principalmente de proteínas, pero también tienen algunos componentes no proteínicos. Cuando estos componentes no proteínicos deben ser incluidos para que la enzima actúe como catalizador, entonces el componente no proteínico se llama cofactor. Ejemplos de cofactores son los iones de potasio, magnesio o zinc.

Una coenzima es un tipo de cofactor. Las coenzimas son pequeñas moléculas que pueden separarse del componente proteico de la enzima y reaccionar directamente en la reacción catalítica. Una función importante de las coenzimas es que transfieren electrones, átomos o moléculas de una enzima a otra.

Las vitaminas están estrechamente relacionadas con las coenzimas. La función de las vitaminas es que ayudan a producir coenzimas. La niacina, que es una de las vitaminas del grupo B, ayuda a producir nicotinamida adenina dinucleótido (NAD), que es una de las coenzimas que transporta los electrones de Krebs a través de la cadena de transporte de electrones para producir ATP. Sin NAD, se produciría muy poco ATP, y el organismo tendría poca energía.

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