El documento trata sobre la enzimología. La enzimología estudia las enzimas, que son biomoléculas proteicas o ribonucleicas que catalizan reacciones químicas en los sistemas biológicos. Las enzimas aceleran reacciones químicas termodinámicamente posibles actuando sobre moléculas sustrato para convertirlas en productos. Casi todos los procesos celulares requieren enzimas para ocurrir a tasas significativas.

1. ENZIMOLOGÍA
La enzimología es una disciplina bioquímica centrada en el estudio y caracterización de las enzimas, que son biomoléculas
proteicas o ribonucleicas que catalizan reacciones químicas en los sistemas biológicos. Estudia, por ello: la implicación de
las enzimas en el metabolismo; su estructura; su cinética; su posible aplicación en la biotecnología; su variabilidad en la
filogenia; los adyuvantes enzimáticos, como los cofactores y las coenzimas; etc.
Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica y estructural que catalizan reacciones químicas, siempre que sean
termodinámicamente posibles: una enzima hace que una reacción química que es energéticamente, pero que transcurre
a una velocidad muy baja, sea cinéticamente favorable, es decir, transcurra a mayor velocidad que sin la presencia de la
enzima. En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en
moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran
a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.
Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus sustratos y su velocidad crece sólo con algunas
reacciones, el conjunto de enzimas sintetizadas en una célula determina el tipo de metabolismo que tendrá cada célula.
A su vez, esta síntesis depende de la regulación de la expresión génica.
Las enzimas no alteran el balance energético de las reacciones en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio
de la reacción, pero consiguen acelerar el proceso incluso millones de veces. Una reacción que se produce bajo el control
de una enzima, o de un catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa que la correspondiente reacción
no catalizada.
Las enzimas catalizan alrededor de 4000 reacciones bioquímicas distintas. No todos los catalizadores bioquímicos son
proteínas, pues algunas moléculas de ARN son capaces de catalizar reacciones (como la subunidad 16S de los ribosomas
en la que reside la actividad peptidil transferasa).
EVOLUCIÓN DE LA ENZIMOLOGÍA
Si bien algunos químicos consideraron esos procesos como metamorfosis de sustancias que provocaban excitaciones en
otras que estaban cerca de ellas, esta cuestión fue, como ya se ha dicho, definitivamente resuelta por Buchner hacia
finales del siglo XIX; exprimiendo masas celulares de Saccharomyces cerevisie obtuvo un líquido sin células, capaz de
producir la mismas reacciones químicas que se obtenían utilizando la suspensión de células, es decir, la transformación
del azúcar en alcohol y anhídrido carbónico. Por tanto, de la levadura se podía extraer una sustancia capaz de regular un
proceso químico concreto.
Esto obligó a replantear las investigaciones contrarias a la teoría de que el proceso digestivo fuese debido a la trituración
de las sustancias digeridas hasta el punto de reducirlas a partículas lo suficientemente finas para poder ser asimiladas. En
efecto, en el siglo XVIII R.A de Reaumur (1683- 1757) haciendo ingerir a un halcón una cápsula de hierro agujereada, que
contenía alimento, observó que este quedó completamente disuelto por los jugos gástricos y que, por tanto, no era,
molturado de modo mecánico por la robusta musculatura del robusto animal, pues la cápsula quedo intacta.
Más adelante se constató que el almidón era degradado a monosacárido y disacárido por la acción del jugo salival (ptialina)
y se describió la presencia de la pepsina en el jugo gástrico. Posteriormente, fueron aisladas sustancias de carácter
fermentativo a partir de numerosas especies vegetales. Se observó que el extracto de algunas raíces tenían capacidad
para modificar el color azul de determinadas sustancias y que el extracto de trigo era capaz de transformar el almidón en
disacáridos y dextrina.
La vía para el estudio de esas sustancias estaba ya abierta. Jons Jacob Berzelius (1779 – 1848) interpretó su acción como
si se tratase de unos catalizadores que favorecían determinada reacción química sin ser destruidos y sin aparecer en los
productos finales. Richard Kuhne (1900-1967) fue el primero en dar a tales sustancias el nombre enzimas, tomado del
griego, que significa literalmente "en la levadura".

2. Inhibición enzimática
Se denomina inhibidor a todo agente capaz de hacer disminuir la actividad de una enzima En el estudio de la
Enzimología, sin embargo, el término inhibidor posee un significado algo más restringido. Dentro de la definición
que hemos adelantado es lógico que podamos considerar, por ejemplo, al ion H + como inhibidor, dado que
muchas enzimas pierden actividad por el lado ácido de la escala de pH, o bien al ion OH por una razón similar;
las temperaturas elevadas serían también inhibitorias; los agentes desnaturalizantes de la proteína enzimática
también lo serían, y así sucesivamente. Por esta razón vamos a restringir el uso del término inhibidor a aquellos
agentes que hacen disminuir la actividad enzimática al interaccionar con los grupos específicos responsables de
acción catalítica o de su regulación.
1. El empleo de inhibidores es un instrumento ampliamente utilizado en el estudio de los mecanismos cinéticos.
Las medidas de velocidad inicial no pueden por sí solas llevar al conocimiento completo de un mecanismo, y muy
particularmente, en el estudio de la cinética multisubstrato.
2. Los inhibidores brindan una información valiosísima acerca de las características moleculares del centro activo.
Hay inhibidores de estructura parecida al substrato cuyo estudio sirve para determinar las características estéricas
de aquél. Otros inhibidores atacan de forma específica a los diferentes grupos que pueden estar implicados en la
transformación catalítica. A veces esta última interacción es muy específica. Así, los organofosfóricos atacan al
residuo de serina del propio centro activo de las serin-enzimas, dejando intactos todos los demás residuos de este
aminoácido que pudiera haber en la molécula. Por otra parte, el estudio de la fijación de un inhibidor específico
nos puede dar amplia información sobre el número de centros activos presentes en una muestra enzimática. En la
actualidad, una línea muy importante de inhibidores está constituída por los llamados análogos de estado de
transición, que como su nombre indica, tienen una forma molecular parecida a la conformación energizada del
substrato cuando ocupa el centro activo de la enzima.
En esta línea, hoy día es posible el diseño altamente específico de fármacos y drogas a partir del conocimiento de
la estructura del centro activo y del complejo activo. Un tipo especial de inhibidores, los substratos suicidas, son
un arma fundamental de la Terapéutica moderna.
3. El empleo de inhibidores que bloquean una enzima específica ha sido determinante en el estudio de vías
metabólicas: así, el empleo de yodoacetato, inhibidor de grupos –SH, fue crucial en el enunciado de la vía
glicolítica y el de malonato , inhibidor competitivo de succinato, en el del ciclo de Krebs de los ácidos
tricarboxílicos.
4. Muchos inhibidores son tan específicos como el substrato. De esta forma, se pueden diseñar inhibidores que
afectan solamente a una determinada enzima sin alterar para nada a ninguna otra . Esto constituye la base de toda
la terapéutica química o Farmacología.
Podemos apreciar claramente este concepto cuando ampliamos el modelo enzima-substrato a toda interacción
entre una proteína y su ligando específico. De esta forma, el modo de acción de los fármacos llega en último
término a interpretarse siempre como una competición entre el fármaco y el ligando fisiológico (que es el substrato
en el caso de las enzimas). Hay que hacer notar que esta competición no tiene por qué ser necesariamente
inhibitoria; en muchos casos, es, de hecho, agonística. Por ejemplo: el ligando fisiológico del receptor colinérgico
muscarínico es la acetilcolina; el alcaloide muscarina (obtenido del hongo Amanita muscaria) excita al receptor
de la misma de manera que la acetilcolina (es decir, la muscarina es un agonista) mientras que el alcaloide atropina
(obtenido de la planta

3. Atropa belladona) se fija al receptor pero bloqueándolo (por lo que la atropina es un antagonista). De un modo
parecido actúan los receptores hormonales y, en general, los receptores a todas las señales químicas.
5. Al igual que los fármacos, muchos otros agentes de gran importancia económica son inhibidores enzimáticos.
Por ejemplo, los insecticidas, tanto clorados como organofosforados; los herbicidas, defoliantes y todo tipo de
fitosanitarios; muchos aditivos de la industria alimentaria, etc.
Tipos de inhibidores
Inhibidores reversibles La actividad de una enzima viene descrita por dos constantes, Km y kcat. En este sentido,
los inhibidores pueden actuar sobre una de ellas o sobre las dos. Según este criterio, se distinguen tres tipos básicos
de inhibidores reversibles: Inhibidores competitivos cuando su efecto consiste en un aumento aparente de la Km
respecto al substrato sin efecto sobre Vmax ; Inhibidores no competitivos , cuando disminuyen el valor de la
Vmax sin afectar al valor de la Km ; e Inhibidores mixtos, cuando ambas constantes aparecen afectadas. Dentro
de este último grupo se suele hacer distinción entre los inhibidores mixtos y los inhibidores acompetitivos o
anticompetitivos. En esta exposición estudiaremos con cierto detenimiento los primeros. Atendiendo a la forma
enzimática afectada, los tipos de inhibidores escritos en el párrafo anterior tienen las siguientes correspondencias:
los inhibidores competitivos sólo pueden fijarse a la enzima libre, compitiendo en ello con el substrato de forma
que la fijación es mutuamente exclusiva; los inhibidores no competitivos se fijan indistintamente a la enzima libre
E y al complejo enzima -substrato ES; los inhibidores anticompetitivos sólo pueden hacerlo al complejo enzima
-substrato ES; y los mixtos operan como los no competitivos pero alterando de alguna manera la fijación del
substrato a la enzima.
Inhibidores irreversibles
Los inhibidores irreversibles son aquellos que reaccionan con la enzima, modificándola de forma covalente, de
tal manera que aunque eliminemos al inhibidor la acción del mismo persiste. En contraste con los inhibidores
reversibles, cuyo equilibrio se establece rápidamente, una característica distintiva de los inhibidores irreversibles
es que su acción es dependiente del tiempo; es decir, el grado de inhibición depende del tiempo a que haya sido
expuesta la enzima al inhibidor.
Inhibición competitiva
Cinéticamente, la inhibición competitiva corresponde al mecanismo en el cual vemos que tanto el substrato como
el inhibidor pueden fijarse a la enzima esta fijación mutuamente exclusiva; el inhibidor impide la fijación del
substrato, y éste, la del inhibidor (es decir, ambos compiten por la fijación a la enzima). Es por esta competición
entre uno y otro por lo que este tipo de inhibición recibe su nombre.
Por regla general, los inhibidores competitivos son todos ellos análogos estructurales del substrato, es decir,
moléculas muy parecidas. Si a esto unimos el hecho de que la inhibición competitiva es tan específica como la
interacción enzima -substrato, así como las peculiaridades cinéticas de la inhibición competitiva, surge
inmediatamente la idea de que el inhibidor en este caso es un "falso substrato" que ocupa el lugar de éste en el centro
activo, pero que no reacciona. Es decir, tiene la suficiente similitud con el substrato como para poder fijarse a los grupos
complementarios (impidiendo la fijación del substrato normal), pero también las suficientes diferencias como para no
poder reaccionar.
Es importante, sin embargo, no llevar demasiado lejos está equivalencia entre análogo e inhibidor competitivo.
El concepto de inhibición competitiva es puramente cinético, y se refiere al aumento aparente de la Km por el
substrato. Que muchos inhibidores competitivos sean análogos químicos del substrato no significa necesariamente
que todos los análogos vayan a ser inhibidores o viceversa. Como veremos, muchos inhibidores fisiológicos, es
decir, efectores de la normal regulación de una enzima, se comportan como inhibidores competitivos en el sentido
de aumentar la Km aparente, pero sin que tengan ningún parecido estructural con el substrato (y por esa razón se
les llama alostéricos, en contraposición a los aquí tratados, que serían isostéricos).

4. Cada enzima tiene, lógicamente, sus propios inhibidores competitivos. Una línea muy importante de éstos son los
análogos de base o análogos de nucleósido, que interfieren en todos los procesos asociados al DNA o al RNA
(replicación, transcripción, transcripción inversa, etc.
Además de los análogos de substrato, un grupo de compuestos muy importante son los análogos de cofactor o
coenzima, sobre todo por su uso terapéutico; por ejemplo, las sulfonamidas (análogos del ácido 4 -aminobenzoico,
o los antifólicos como el methotrexate; otros análogos de cofactores son piridin-3-sulfonato (análogo de
nicotinamida), desoxipiridoxol fosfato (análogo de piridoxal fosfato), piritiamina (análogo detiamina), etc.
Importancia práctica de la inhibición competitiva
El modelo de interacción entre una proteína y un ligando constituye uno de los fundamentos de la Biología actual.
Hemos visto cómo esta interacción explica multitud de fenómenos biológicos que no están directamente
relacionados con la catálisis enzimática.
Por ello hablamos de señales químicas en un sentido mucho más general. La acción de los neurotransmisores
sobre sus receptores es un ejemplo. En último término, la acción de éstos consiste en alterar el comportamiento
de una neurona en sentido excitatorio o inhibitorio; pero el efecto molecular inmediato, del que deriva todo lo
demás, es la interacción del neurotransmisor con su receptor, interacción estereoquímicamente complementaria
que se rige por las mismas relaciones que la catálisis enzimática, y que participa de toda su fenomenología.
La inhibición competitiva representa una manera de inhibir de forma específica una enzima, o en un sentido más
amplio, de inhibir la fijación de un ligando determinado a su receptor, y también de forma específica. Por esta
razón, los inhibidores competitivos constituyen el principal contingente de compuestos que utiliza la
Farmacología, y el fenómeno de competición, en su forma más general, la base y fundamento de toda la
Terapéutica química. En la mayoría de casos en los que se conoce el modo de acción de una droga encontramos
una competición como razón última de la acción del fármaco. Pero además, al ser este fenómeno específico, por
estar mediado a través de una interacción estereoquímica complementaria, la inhibición competitiva permite la
supresión o atenuación de un proceso concreto sin alterar en principio ningún otro. Claro está que nos estamos
refiriendo aquí a una generalización, con todos sus inconvenientes. No todos los fármacos son inhibidores; los
hay que actúan como agonistas, es decir, produciendo los mismos efectos que el ligando fisiológico; aunque en
estos casos el efecto del fármaco suele ser más persistente que el de aquél, al no ser metabolizado en terapéuticas
(o de abuso) son estrictamente inhibidores competitivos, en el sentido cinético del término; las hay con modos de
inhibición mucho más complejo, o que operan como inhibidores irreversibles (v. más adelante). Asimismo, este
sentido restrictivo que hemos dado a la Farmacología excluye, sin razón aparente, a todo tipo de terapéutica
sustitutiva.
La idea que realmente pretendemos comunicar es que las acciones farmacológicas que emprendemos sobre un
organismo, y que se hacen con compuestos muchas veces radicalmente extraños al mismo, en último término van
dirigidas a la modificación de una interacción entre un ligando y su receptor. La Metales pesados Además de la
formación de mercáptidos que veíamos en un apartado anterior, los metales pesados como Ag, Pb, Tl, Hg y Cd
pueden reaccionar con otros grupos de la proteína enzimática: carboxilo de aspartato y glutamato, imidazol,
serina, fenol, amino, arginina, indol, etc. A concentraciones superiores a 1 mM los metales pesados se comportan
como s más de las veces esta modificación es una inhibición competitiva.