1. FISIOLOGIA Y CINETICA ENZIMATICA

1.1. DEFINICION Y COMPOSICION DE ENZIMAS
Las enzimas y biocatalizadores son proteínas biológicas especializadas en la catálisis de reacciones orgánicas (catálisis: acción físico química por la cual ciertos cuerpos, llamados catalizadores determinan modificaciones en el medio en el que se encuentran, sin ser ellos mismos químicamente modificados; catalizador: sustancias que producen catálisis, es decir, que acelera o retraso un proceso químico sin ser consumidos durante la reacción).
En la determinación de su actividad es sumamente importante el procesado adecuado de las muestras que garantice la conservación de la estructura proteica, fácilmente alterable, por variaciones de temperatura, pH muy ácidos o muy alcalinos, detergentes, microorganismos de los recipientes, etc.
La conservación de los sueros durante varios días a temperatura ambiente provoca la in activación de la mayoría de las enzimas. En algunos casos, la reducción de esta actividad es reversible (inactivación reversible) pero la mayor parte de los casos de las veces el tratamiento adecuado de al muestra supone la pérdida irreversible de su actividad.

Composición: las enzimas pueden contener otras fracciones que no tengan carácter proteico. Estos componentes tienen un paso molecular menor (<1.000) que las enzimas (peso molecular 10 kDa-2.000 KDa) y se denomina cofactores.
Estos se pueden diferenciar entre:
- Iones metálicos: han de encontrarse en un determinado estado de oxidación y no se modifican durante la catálisis. Su función puede ser la de ayudar a captar el sustrato en su centro activo, mantener la estructura espacial de la enzima ó tener un papel activo al realizar la función catalítica. Se les conocen como ‘activadores enzimáticos’
- Moléculas orgánicas: si después de la reacción permanecen enérgicamente unidas a la enzima se denominan grupo protéticos (ejemplo: piridoxal fosfato, que participa en al reacción de transaminación de la GOT y GPT, estando sobre todo unida a la GPT). Si se unen al enzima sólo durante la reacción catalítica se denominan coenzimas (ejemplo: ADP y ATP que participan en las reacciones de quinasas).
A las enzimas que precisa del cofactor se denominan holoenzimas y están formadas por el apoenzima (es la estructura proteica) y el cofactor (que es la estructura no proteica).
1.2. MECANISMO DE ACCIÓN ENZIMÁTICA
Las reacciones quimicas tienen lugar porque los reactivos llegados un momento pueden llegar a acumular la energía suficiente como para poder llegar a un estado denominado estado de transición, estado activado y altamente energético e inestable.
En este estado de elevado energía es muy probable que se rompan algunos enlaces entre ambos y otros se formen, para dar lugar a los productos de la reacción. La energía que alcanzan se denomina energía de activación. Las enzimas se unen con los reactivos de manera de activación. Las enzimas se unen con los reactivos de manera transitoria y alcanzar un estado de transición de menor energía y por tanto de menor estabilidad que corresponde a la reacción no catalizada. La función de los biocatalizadores orgánicos, las enzimas, es la de acelerar la velocidad de las reacciones, al disminuir la energía de activación y la obtención por rápida de los productos (Esquema 1).

Esquema 1: Gráficos de Energía libre en la catálisis enzimática

Reacción enzimática

1.3. FENÓMENO CATALÍTICO
Las enzimas tienen en su estructura un lugar concreto a través del cual realizan su función, denominado centro activo (CA). El resto de la estructura tiene la función de proporcionar un entorno y condiciones propicias para que la enzima actúe.
La enzima se une al sustrato por el centro activo y el enlace puede ser de diferentes formas: puentes de H2, interacciones electrostáticas, fuerzas de Van der Waals, etc.
Se han desarrollado varias hipótesis con respecto a la conformación que se da en este centro activo entre la enzima y el sustrato:
- hipótesis de llave-cerradura: se considera cierta rigidez en la estructura del CA de la enzima; el sustrato se acopla al CA porque su estructura es complementaria
- hipótesis del acoplamiento inducido: la estructura espacial del CA no es rígida y al unirse al sustrato, éste induce un cambio en la estructura de la enzima para que puedan acoplarse

Otra característica de cada enzima es su especificidad por el sustrato, que puede ser:
- de reacción: cataliza el mismo tipo de reacción, pero con diferentes sustratos, que presentan alguna característica común; lipasas
- absoluta: cuando sólo actúa con un sustrato; por ejemplo, la LDH
- estéreo-específica: sólo actúan sobre sustratos con configuraciones espaciales particulares; por ejemplo, la L-amidohidrolasa

Por este motivo, hay muchos factores que influyen en la actividad enzimática, tal como: la concentración del sustrato, pH, temperatura y presencia de inhibidores o activadores.

Por último, daremos algunas indicaciones acerca de la nomenclatura internacional de enzimas. Esta nomenclatura la impone la Internacional Union of Biochemistry, que recomendó en 1964 una nomenclatura basada en la reacción que catalizan. En 1973, apareció una versión ampliada donde el nombre científico describe el tipo de reacción, el sustrato, la coenzima y el producto, axial por ejemplo la LDH, recibe el nombre de L-Lactato:piruvato NAD deshidrogenasa.
Además a cada enzima se le da un numero que deriva de la nomenclatura, encabezado por las siglas EC (Enzyme Commission), así la LDH es la EC 1.1.1.3
Para una descripción mas exacto es necesario indicar la procedencia de la enzima, especie, tejido, localización en el interior o exterior de la célula.

1.4. FORMAS EN LAS QUE PUEDE APARECER LAS ENZIMAS
1.4.1. Isoenzimas o Isozimas
Son formas múltiples de una determinada enzima y catalizan la misma reacción. Estas proteínas se diferencian en sus propiedades fisicoquímicas: tamaño, estructura, peso molecular, solubilidad, comportamiento catalítico, etc.
Por ejemplo: la LDH (lactato deshidrogenasa) aparece en 5 isoformas que catalizan la reacción reversible. Lactato x piruvato. Consta de un tetrámero formado por cadenas de dos tipos: H (heart) y M (muscle). Sus formas isoenzimáticas son: LD-5:M4; LD-4:M3H1; LD-3:M2H2; LD-2:MH3; LD-1:H4.
Otra enzima bastante común en analítica es la creatin quinasa (CK), dímero formado por dos subunidades, B (brain) y M (muscle). Presenta tres formas: CK-BB (en cerebro); CK-MB (en miocardio); CK-MM (músculo esquelético y cardíaco).

1.4.2. Complejos multienzimáticos
Son asociaciones de enzimas que catalizan reacciones consecutivas. El producto de una reacción es el sustrato de la siguiente:
A  B  C D.
Si las enzimas no forman el complejo, se perderá más sustrato, pero al constituirlo, se establece un microentorno de las enzimas con los reactivos y se optimiza la reacción, ya que el producto se libera en las inmediaciones del centro activo de la enzima siguiente.
Un ejemplo: la piruvato deshidrogenasa (PDH) cataliza la reacción Piruvato Acetil-CoA

1.4.2. Proenzimas
Formas precursoras inactivas de las enzimas. A este grupo pertenecen las enzimas proteolíticas propias de la digestión. Solo alcanzan su forma activa en el momento y lugar determinado, cuando debe realizar su función catalítica. El paso de proenzima a enzima activa supone una rotura de un enlace peptídico concreto.