Enzimas y ATP

¿Quién acelera la reacción y quién la paga?

La energía de activación es la energía que hace falta para que una reacción ocurra. A temperatura del cuerpo, muchas reacciones irían lentas si hubiera que esperar ese choque. Las enzimas son catalizadores químicos. Aceleran la reacción bajando esa energía de activación. Casi siempre son proteínas, de una o más cadenas. ^{1 2}

Cada enzima tiene un sitio activo. Es la región específica donde se une el sustrato, la molécula sobre la que la enzima actúa. Ese sitio ofrece un entorno químico hecho por ciertos residuos, y ese entorno conviene a sus sustratos, no a cualquier molécula. El ajuste es inducido: al tocar el sustrato, la enzima cambia un poco de forma hasta que el acople queda bien. El sustrato pasa por un estado de transición, inestable, entre lo que era y el producto. ^{1 2}

Hay varias maneras de ayudar. La enzima puede juntar sustratos en la orientación que conviene, forzar enlaces para que se rompan más fácil, ofrecer el entorno adecuado, o formar un enlace covalente pasajero con el sustrato. Ninguna de esas vías convierte a la enzima en combustible. Un catalizador aumenta la rapidez y no se consume. La versión de las enzimas digestivas, con amilasa, pepsina y lipasa, está en amilasa, pepsina y lipasa en la comida. ^{1 4}

La célula también regula ese trabajo. Temperatura y pH cambian la actividad. A veces la enzima está encerrada en un compartimento y solo trabaja ahí. Otras moléculas la inhiben o la activan. Un inhibidor competitivo se pelea con el sustrato por el sitio activo. Uno no competitivo, en general alostérico, se une en otro sitio, cambia la forma y baja la afinidad por el sustrato. ^{1 2}

El calor extremo deshace la proteína. En mamíferos, las proteínas del cuerpo, enzimas incluidas, empiezan a desnaturalizarse y pierden función cerca de 50 °C. Subir diez grados, mientras no se llegue a ese punto, duplica la actividad. Bajar diez grados la reduce a la mitad, hasta acercarse al congelamiento. ³

El ATP es otra pieza. Es la moneda energética de la célula y la molécula que más le suministra energía. Lo forman un nucleótido, un azúcar de cinco carbonos y tres grupos fosfato. Los enlaces que unen esos fosfatos son enlaces fosfoanhídrido, de alto contenido energético. Esa familia de moléculas se presenta en dónde encaja un nucleótido entre las biomoléculas. ^{1 2}

Hidrolizar ATP da ADP más fosfato inorgánico, y la energía liberada hace trabajo celular. La célula acopla esa reacción exergónica con una endergónica. A veces el ATP dona su fosfato a otra molécula. La molécula fosforilada queda más alta en energía y menos estable, y con eso puede hacer su reacción endergónica. Qué vías gastan y cuáles sueltan está en qué proceso gasta y cuál suelta. ¹

Ideas clave

• La enzima baja la energía de activación. Acelera a temperatura fisiológica. No es una pila. ^{1 2}
• Sustrato, sitio activo, ajuste inducido. El sustrato se une a una región específica. La enzima se acomoda un poco. El paso intermedio es el estado de transición. ^{1 2}
• No se consume. El catalizador sigue al final. Por eso puede atender otra molécula. ⁴
• Temperatura, pH y sitio de la célula la regulan. Cerca de 50 °C la proteína de mamífero se desnaturaliza. Un competitivo ocupa el sitio activo. Uno alostérico se une en otro lado. ^{1 3 2}
• El ATP paga al perder un fosfato. Queda ADP y fosfato. Esa hidrólisis exergónica se acopla a lo que pide energía, a veces donando el fosfato. ¹

Ejemplos resueltos

Una reacción lenta a 20 °C

En un tubo, sin enzima, un sustrato escolar tarda mucho en hacerse producto a 20 °C. Con la enzima adecuada, a la misma temperatura, el producto aparece pronto. Si calientas el tubo con enzima hasta 55 °C y lo dejas un rato, la reacción se cae. Explica los tres casos.

1. Sin enzima hace falta cruzar toda la energía de activación. A temperatura suave, eso es lento. ²
2. La enzima baja esa barrera y acelera. El sustrato entra al sitio activo con ajuste inducido. La enzima no se gasta: es catalizador. ^{1 4}
3. De 20 °C a 30 °C, si la proteína sigue bien, la actividad se duplicaría. El salto hasta 55 °C ya pasa el entorno de 50 °C en el que las proteínas de mamífero se desnaturalizan y pierden función. ³
4. No digas que a 55 °C "se acabó el ATP del tubo". Aquí el fallo es la proteína deshecha, no la moneda energética.

Pagar una síntesis

Una vía anabólica de la célula necesita armar una molécula y, sola, esa reacción es endergónica. En el mismo momento se hidroliza ATP. ¿Quién aporta qué?

1. La reacción de armado pide energía. Endergónica no significa "imposible". Significa que hay que pagarla. ²
2. La hidrólisis de ATP en ADP y fosfato suelta energía. Es exergónica. La célula acopla las dos. ¹
3. A veces el fosfato pasa a la otra molécula. Esa molécula fosforilada queda más energética y puede seguir. ¹
4. La enzima de esa vía acelera el encuentro. No sustituye al ATP. Si no hay ATP, bajar la barrera no crea la energía que el armado pide. ¹

Errores comunes

Dices que la enzima "da la energía". No la da. Baja la energía de activación. El ATP es el que suelta energía al hidrolizarse. ¹

Dices que la enzima se transforma en producto y desaparece. Un catalizador no se consume. Si el enunciado dice que se gasta como un reactivo más, es falso. ⁴

Crees que cualquier proteína acelera cualquier reacción. El sitio activo es específico para su sustrato. Y crees que, mientras haya enzima, la temperatura da igual. Cerca de 50 °C la proteína se desnaturaliza. ^{1 3}

Cómo lo pregunta el examen

Separa dos trabajos. Si preguntan por qué la reacción va más rápido en la célula, la respuesta va por la enzima, la barrera y el sitio activo. Si preguntan de dónde sale la energía para un proceso que la pide, la respuesta va por el ATP, el ADP y el fosfato. No los intercambies. Si dan una temperatura muy por encima de 50 °C, piensa en desnaturalizar, no en "más rápido para siempre".

Resumen

• La enzima es un catalizador, casi siempre proteína, y baja la energía de activación.
• El sustrato se une al sitio activo con un ajuste inducido.
• El catalizador no se consume y la célula lo regula con temperatura, pH e inhibidores.
• Cerca de 50 °C las proteínas de mamífero se desnaturalizan.
• El ATP, al hidrolizarse en ADP y fosfato, paga trabajo y puede fosforilar otra molécula.