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¿Cómo funcionan las enzimas?

Las enzimas intervienen en prácticamente todas las transformaciones químicas de las sustancias en la naturaleza. Facilitan y controlan todas las reacciones químicas de los compuestos orgánicos en nuestro organismo. En los próximos capítulos analizaremos cómo intervienen las enzimas en las conversiones de los esteroides anabolizantes. En el capítulo 11 describiremos la biosíntesis de las hormonas sexuales masculinas (testosterona y dihidrotestosterona) y femeninas (estrona y estradiol), y el papel que desempeñan las enzimas en estos procesos.

La palabra biosíntesis indica la forma en que los compuestos de carbono son preparados por los organismos vivos en la naturaleza. Los mismos compuestos pueden prepararse muchas veces también en el laboratorio; este proceso se denomina simplemente síntesis, síntesis química o síntesis orgánica.

La biosíntesis es parte del metabolismo de los compuestos de carbono. El metabolismo es la combinación de los procesos de síntesis de los compuestos orgánicos en un organismo vivo, llamado anabolismo, y de los procesos de degradación de los mismos, llamado catabolismo. En la naturaleza, los procesos del anabolismo y del catabolismo tienen lugar de forma dinámica constituyendo los procesos vitales.

Todas las reacciones que ocurren en los organismos vivos se encuentran asistidas por enzimas. Una enzima es una proteína que cataliza (facilita) y controla una reacción química. Afortunadamente, existen muy pocas reacciones en la naturaleza que no requieran la participación de enzimas y procedan de forma espontánea. Las reacciones espontáneas no son bien recibidas en la naturaleza porque pueden descontrolarse. Un ejemplo puede ser la combustión de grasas. A alta temperatura ésta es una reacción espontánea que sólo puede ser controlada mediante el suministro del combustible (la propia grasa). Cuando esta reacción se descontrola, es necesario llamar a los bomberos.

Nuestro cuerpo obtiene parte de la energía que necesita mediante la combustión de grasas. Por supuesto, esto no puede hacerse a altas temperaturas ya que la temperatura del cuerpo debe mantenerse cercana a los 37 ^oC. Por lo tanto, esta quema de grasas debe ocurrir de una forma controlada. Sin embargo, llevar a cabo este proceso a baja temperatura no es fácil y requiere cierta ayuda. Ambas funciones, el control y la ayuda, son llevadas a cabo por enzimas.

Las enzimas participan en todos los procesos del anabolismo y catabolismo en nuestro cuerpo. En términos químicos decimos que catalizan todas las reacciones químicas en nuestro cuerpo. Actúan formando un complejo con el compuesto que tienen que transformar, llamado substrato. El complejo substrato-enzima puede ser comparado con el complejo ligando-receptor. Los tipos de interacciones responsables de la formación de ambos complejos son los mismos, únicamente cambia el propósito del complejo formado: la enzima tiene que transformar el substrato en otro compuesto distinto, o, en otras palabras, el substrato debe experimentar una reacción química. A diferencia de esto, el objetivo del complejo ligando-receptor es producir un cambio en la forma del receptor. El ligando no sufre ninguna transformación y abandona el receptor inalterado después de finalizar su tarea.

La formación de un complejo enzima-substrato y la reacción subsecuente del substrato para dar otro compuesto es un proceso más complejo que la simple formación de un complejo. En la mayoría de los casos es necesario que un segundo compuesto se ponga en contacto con el complejo enzima-substrato para que la reacción pueda tener lugar. Esta segunda sustancia puede ser un compuesto sencillo como el agua que se pone en contacto con el substrato a través de la enzima. La reacción de un substrato con agua se denomina hidrólisis.

Después de la reacción, los productos de la hidrólisis abandonan la enzima. Esto generalmente no es difícil porque los productos de hidrólisis interaccionan más débilmente con la enzima que el substrato original. Después de que los productos han abandonado la enzima, una nueva molécula de substrato y otra de agua pueden unirse de nuevo a la enzima y repetir el proceso de hidrólisis. La enzima no se modifica durante la reacción; únicamente ayuda a poner en contacto el substrato con el agua, facilitando la reacción.

Las reacciones enzimáticas son mayoritariamente equilibrios, es decir, la reacción puede transcurrir en ambos sentidos. En los esquemas químicos, los equilibrios se indican con una doble flecha, como se muestra más adelante. Los nombres de las enzimas habitualmente presentan el sufijo -asa, que se añade a una palabra que indica el tipo de procesos que catalizan. Por ejemplo, el nombre general para las enzimas que catalizan reacciones de hidrólisis es hidrolasa.

Las reacciones de hidrólisis únicamente necesitan agua como segundo compuesto para la reacción, pero, en otros casos, se requieren compuestos más complicados conocidos como coenzimas. Éstas son más complicadas que el agua, pero no son proteínas y tienen una estructura más sencilla que la de la propia enzima. El substrato y la coenzima son puestos uno al alcance del otro mediante la enzima, y la reacción tiene lugar entonces. La coenzima es regenerada después de la reacción.

Una parte de estas coenzimas son las vitaminas que debemos aportar con nuestra dieta. Estos compuestos son reconocidos desde hace mucho tiempo como de importancia vital. Sabemos que las vitaminas ayudan a las enzimas a llevar a cabo sus reacciones y a mantener nuestro metabolismo en marcha. Sin embargo, en este libro no profundizaremos en el papel y mecanismo de las coenzimas aunque nos centraremos en aquellas reacciones que son importantes en el mecanismo de los esteroides anabolizantes. Éstos experimentan diversas transformaciones enzimáticas en el cuerpo. La mayoría son transformaciones no deseadas que los convierten en otros compuestos inactivos antes de que puedan ejercer su acción.

A este respecto, las reacciones de oxidación y reducción son procesos muy importantes en el metabolismo de los esteroides. Por esta razón conviene mencionar aquí la definición química de dichos procesos. Las enzimas que catalizan reacciones de oxidación y reducción se conocen con los siguientes nombres generales: enzimas citocromo P450, oxidorreductasas (deshidrogenasas), reductasas y aromatasas.

La oxidación consiste en la introducción de oxígeno (O) en un compuesto o en la eliminación de hidrógeno (H) de un compuesto. En la vida corriente, la reacción de un compuesto con oxígeno se llama también combustión.

La reducción es el proceso contrario a la oxidación. Implica la eliminación de oxígeno de un compuesto o la introducción de hidrógeno en el mismo.