Biología, la vida en la tierra con fisiología Tomo 01-páginas-31

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1 0 8 m m H I a vida de la céhiU
* R G U R A 6*14 R e g u la c ió n a lo s té r ic a d e u n a e n z im a m e d ia n te in h ib ic ió n p o r r e a t ro lim e n ta d ó n Aquí 
lustram os una ru ta metabóllca que convierte un aminoácido en otro por medio de una serle de moléculas 
rítermedlarlas (figuras de color) e n las que actúa una enzima diferente (flechas). En este ejemplo, la primera enzima de 
la ruta que convierte la treonlna e n Isoleuclna e s Inhibida por concentraciones elevadas de iso leudna, que actúa como 
rrolécula Inhibidora alostérlca. S I a una célu la le fa lta la Isoleudna. se producen las reacciones. Cuando la Isoleuclna se 
acumula. Inhibe la enzima I y bloquea la ruta. Cuando las concentraciones de Isoleudna bajan y hay menos moléculas 
d¡ Isoleuclna para Inhibir la enzima, se vuelve activa de nueva cuenta y se reanuda la producción de Isoleudna.
Algunos venenos y fárm acos com piten con el sustrato 
del sitio activo de la enzima
Algunos venenos, en tre éstos e l m etano l (u n a lco h o l tóxico usa­
do co m o d iso lvente y an ticon g e lan te ), ac túan co m o inh ib idores 
com petitivos d e las en z im as . F.I m e tan o l co m p ite p o r e l s it io a c ­
tivo d e la a lco h o l deshidrogenas.!, cuyo sustrato no rm a l es e l eta- 
n o l (presente e n las beb idas a lco h ó licas ). La e n z im a a lc o h o l des- 
hidrogenasa p uede degradar el m e tan o l, pero en tre tan to produce 
fo rm aldeh id o , q ue llega a causar ceguera. Los m éd icos sacan pro­
vecho d e la in h ib id ó n com petitiva cu an d o ad m in istran e tan o l a 
las v íctim as d e enven en am ien to por m e tan o l. A l com p etir co n el 
m e tan o l p o r e l s it io ac tivo d e la e n z im a a lco h o l deshidrogenasa, 
d e tan o l b lo qu ea la p ro d u ed ó n d e fo rm aldeh id o .
A lgunos fárm acos fu n d o n a n porque actúan co m o in h ib i­
dores com petitivos d e las enz im as. Po r e jem p lo , e l ib u p ro feno 
(A d v il™ ) actúa co m o in h ib id o r co m p e tit ivo de un a e n z im a que 
cataliza la síntesis de las m oléculas q ue con tribuyen a la infia- 
m a d ó n , d o lo r y fiebre. A lgunos anticancerígenos s o n in h ib id o ­
res com petitivos d e las enzim as, la s cé lu las cancerosas, q ue se 
d iv id en ráp idam ente, s in te tizan co n tin uam en te nuevas cadenas 
de A D N . A lg u no s anticancerígenos vu e lve n a a rm a r las unidades 
q ue co m p on en e l A D N . Estos fárm acos co m p iten co n las unida- 
cks norm ales y engañan a las enzim as para q ue acum u len A D N 
defectuoso, d e m o d o q ue se ev ita la p ro life ra d ó n de las células 
cancerosas. Po r desgracia, estos fárm acos in terfieren tam b ién con 
el c red m icn to d e otras cé lu las d e d iv is ió n rápida, co m o los fo ­
lícu lo s p ilo so s y e l revestim ien to d e l aparato digestivo. A esto se 
debe que la p érd ida d e l cab e llo y las náuseas sean efectos secun ­
darios d e algunos anticancerígenos d e qu im io terap ia .
Algunos venenos y fárm acos se enlazan 
permanentemente a la enzima
A lgunos venen os y fárm acos se en lazan d e m anera irreversib le a 
b s enz im as. Estos inh ib ido res irreversib les pueden b lo qu ear de 
form a perm anente e l s it io activo d e la enz im a, o pueden unirse 
a o tra parte d e la e n z im a d e m anera n o com petitiva y cam b ia r la 
fo rm a d e la e n z im a o m od ifica rla de m o do q u e ya n o se un a a 
sus sustratos.
P o r e jem p lo , a lgunos gases nerviosos e in sec tiad as causan 
b lo q u eo perm anente e n e l s it io ac tivo d e la acetilcolinesterasa,
un a e n z im a q ue degrada la acetilco lina (u n a sustanc ia q ue lib e ­
ran las célu las nerviosas para activar los m úscu los). C o n esto, la 
acetilco lina se a cu m u la y co m o estim u la excesivam ente e l miíscu- 
lo , lo paraliza. I a s v íctim as m u eren porque n o pueden respirar. 
La p en ic ilin a e lim in a las bacterias porque es u n in h ib id o r com pe­
titivo irreversib le d e la e n z im a con q u e las bacterias p roducen su 
pared celular, s in la cu a l estallan. 1.a pen icilin a es ino fensiva para 
las cé lu las an im a les, que n o tienen paredes celulares.
O tro s venenos, co m o arsénico, m ercu rio y p lo m o , son in ­
h ib idores n o com p etitivos q ue se en lazan perm anentem ente a 
otras partes d e varias enz im as y las inactivan.
La actividad de las enzimas está influida por el entorno 
Las com p le jas estm eturas trid im ensiona les de Lis enz im as son 
sensib les a las co n d ic io nes am bientales. Recordarás q ue e n el 
cap ítu lo 3 v im o s q ue buena parte de la estructura trid im ensio ­
na l d e las proteínas es p rod uc id a por en laces de h id ró gen o entre 
am in o ád d o s con carga p arda l. Estos enlaces ocu rren ún icam ente 
den tro d e los lím ites estrechos d e c ieñ as cond iciones fis icoqu í­
m icas, co m o e l p H ap rop iado , tem peratura y concentración de 
sales. Así, casi todas las enz im as t ien e n un co n ju n to m u y reduci­
d o d e co n d id o n e s e n las q u e fu n d o n an ó p tim am en te . C u an d o 
tales co n d id o n e s quedan fuera d e sus lim ites, la e n z im a se d es ­
n a tu ra liz a , lo q u e significa q ue p ierde la estructura trid im ensio ­
na l precisa q ue requ iere para fu n d o n a r adecuadam ente.
E n hu m an os , las enz im as celulares fu n c io n an m ejo r con 
un p l 1 d e a lrededo r d e 7.4, q ue el p H e n el in te r io r y los a lrede­
dores d e nuestras célu las ( F I G U R A 6 - 1 5 a ) . Para estas enz im as, un 
p H á d d o altera las cargas de los am in o á d d o s agregándoles iones 
h id rógeno, los cuales cam b ian la fo rm a d e la enz im a y p o n en en 
riesgo su capad dad d e fu nd on ar. Lo s ád d o s estom aca les e lim i­
n an m uchas bacterias desnatu ra lizando sus enz im as. A ho ra b ien, 
las enz im as q ue operan en el sistem a d igestivo h u m an o pueden 
fu n d o n a r fuera d e los lím ite s d e l p l l d e l in te rio r d e las célu las. 
P o r e jem p lo , la pepsina, un a e n z im a q ue d ig iere proteínas, nece­
s ita las cond iciones ácidas d e l estóm ago ( p H de a lrededo r d e 2 ). 
E n contraste, la tripsina, q u e es tam b ién un a enz im a que d igiere 
proteínas, se encuen tra e n el in te s tin o delgado, d o n d e prevalecen 
las co n d id o n e s alca linas, y fu n c io n a m ejor co n un p H cercano a 
8 (léase la figura 6- 15a).
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I lujo de energía en U «da de la célula 1 0 9
A dem ás d e l p H , la le m p e ra lu ra afée la la ve loc idad d e las 
reaed on es catalizadas p o r enzim as, pues se len tifican a bajas 
tem peraturas y se activan co n las m o derad am en te altas, listo se 
debe a q u e la v e lo d d a d d e l m o v im ie n to d e las m o lécu las deter­
m in a la p rob ab ilid ad d e q ue encuen tren e l s it io activo d e u n a e n ­
z im a (F IG U R A 6-1 5 b ). En fr ia r e l cuerpo p u e d e desacelerar d rás­
ticam en te las reaedones m etab ó licas h u m an as . En u n caso real, 
u n ch ico q u e cayó e n u n lago congelado fu e rescatado tras estar 
20 m inu tos e n el agua y so b rev iv ió s in daño a lguno. A u n q u e a 
tem peraturas no rm a les el cerebro m u ere a los cu a tro m inu tos 
d e carecer de ox ígeno , e l agua he lad a redu jo la tem pera tu ra y 
el ritm o m etabó lico d e l chico, lo q ue a m in o ró rad ica lm en te su 
necesidad d e oxígeno.
A l con trario , cu an d o las tem peraturas se e levan d em as ia ­
do, lo s en laces d e h id ró gen o q u e regu lan la fo rm a d e las p ro te í­
nas p u e d e n rom perse s i los m o v im ie n to sd e las m o lécu las so n 
excesivos, lo q u e d esn atu ra liz a las proteínas. P ie n sa e n la p ro te í­
n a d e la d a r a d e l h u e vo y cu án to cam b ian su ap arienc ia y textura 
cuando se cocina. Tem peratu ras m u ch o m eno res q ue las reque­
ridas para fre ír u n huevo pueden ser d e todas m aneras m u y altas 
para q u e las enz im as fu n c io n e n correctam ente. E l ca lo r excesivo 
puede se r m o rta l. To do s los veranos, m u chos n iños e s tad o u n i­
denses m u eren p o r in so lac ió n cu an d o los d e jan s in v ig ilancia 
den tro d e au tom ó viles q ue se sobrecalien tan .
la s bacterias y los hon go s q u e se encuen tran e n casi todos 
nuestros a lim entos so n la causa d e q u e se p u d ran , l a co m id a se 
m an tien e fresca e n el refrigerador o la he ladera p o rq u e el e n fr ia ­
m ien to d ism in u ye las reacciones enz im áticas d e las q u e d ep en ­
den estos m icroorgan ism os para crecer y reproducirse. A n tes d e 
la llegada d e la refrigeración, la carne se conservaba e n s o lu c io ­
nes sa linas concen tradas (c o m o el to c in o o e l cerdo sa lad o ), q ue 
e lim in a n a la m ayo r parte d e las bacterias. Las sales se d isoc ian 
en iones, q u e fo rm an en laces co n los am inoác idos de las p ro te í­
nas enzim áticas. D em asiad a sal ( o m u y p o c a ) in terfie re co n la 
estructura tr id im en s io n a l d e las enz im as y a n u la n su activ idad , 
lo s encurtidos se con servan m u y b ie n e n un a so lu c ió n d e sal 
y vinagre, q ue co m b in a a la vez las co n d ic io nes ád d as y m u y 
sa linas. Lo s o rgan ism os q u e v iv e n e n e n to rn o s salinos, co m o es 
de im ag inar, tienen enz im as cuya co n fig u rac ió n depende de un a 
concentración e levada d e ion es d e sal.
a F IG U R A 6-15 L a s e n z im as h u m a n a s fu n c io n a n m e jo r e n tre 
lím ite s e s tre ch o s d e p H y te m p e ra tu ra (a ) La enzima digestiva 
pepsina, liberada e n e l estómago, funciona mejor con un pH ácido. La 
tripsina, liberada en e l intestino delgado, funciona mejor con un pH 
básico. Sin embargo, casi todas las enzimas de las células funcionan 
mejor concl pH regulado con precisión que se encuentra en e l líquido 
extracelular y el citoplasma (cercano a 7.4). <b)la máxima actividad 
á ¡ la mayor parte de las enzimas humanas ocurre a la temperatura del 
cuerpo.
E s tu d io de ca so o t r o v i s t a z o
Energía liberada
No hace fa lta dec ir q ue durante la carrera d e 42 kilómetros, 
un m aratonlsta quem a una g ran cantidad de g lucosa a modo 
d e tener suficiente A T P para q ue los m úscu los puedan d ar las 
cerca d e 34 m il zancadas. Las personas alm acenan m o lécu las de 
glucosa unidas en cadenas largas y ram ificadas d e g lucógeno, 
principalmente en los m úsculos y el hígado. Normalmente, los 
adultos guardan alrededor de 1 0 0 gram os d e g lucógeno en el 
hígado y 2 8 0 gram os e n los músculos, lo s atletas entrenados para 
carreras largas pueden aum entar la capacidad d e alm acenam iento 
de g lucógeno e n el h ígado m ás d e 5094 y m ás q ue dup lica r la 
capacidad d e alm acenam iento e n los m úsculos.
Esto e s Im portante porque durante una maratón un corredor 
agota prácticam ente todo c l g lucógeno q ue tenia alm acenado.
En este punto, m ás o m enos a 90 m inutos de In iciada la carrera, 
eí corredor puede experim entar fatiga m uscular Intensa, pérdida
de m otivación y , e n ocasiones, hasta presentar alucinaciones 
por fa lta d e energ ía en los m úsculos y e l cerebro. Los corredores 
describen esta sensación com o 'hom bre d e l m azo ' o 'pájara*.
Para guardar la m ayor cantidad posible d e g lucógeno, los atletas 
d e resistencia realizan una 'ca rg a de carbohidratos", es decir, 
consum en grandes cantidades de carbohidratos (co m o d isacáridos 
y alm idones) e n los tres d ías anteriores a la carrera. A l abastecer 
al h igado y los m úsculos con g lucógeno antes y a l consum ir 
bebidas energéticas durante la com petencia, a lgunos corredores 
bgran cruzar la linea d e m eta antes d e q ue les pegue e l "hom bre 
del m azo '.
C o n s id e ra e s to
Cuando la tem peratura d e un corredor com ienza a elevarse, 
el cuerpo ac tiva va rio s m ecanism os, com o sudar y aum entar el 
ap o ne d e sangre a la p iel. Com para esta respuesta de 
sobrecalentamiento con la inhibición por rctroaMm cntadón d e las 
enzimas.
PH
(8) E fecto d e l pH en la activ id ad enzim áticn
tem peratura
£>) E fe c to d e la tem peratu ra en la activ id ad onzim ática
En ca s i todos la s enzim as 
hum anas, la actividad 
m áxim a ocurre 
aproxim adam ente a 37 X
len ta
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