Introducción

Cuando en un sistema tiene el poder de cambiar sucomportamiento como respuesta a variaciones quesuceden en su entorno, de manera que la respuestatiende a cambiar el estímulo para que regrese a susituación inicial decimos que el proceso estáregulado.

La regulación de la actividad enzimática procede ala característica que poseen las enzimas paracambiar la velocidad de sus reacciones al existircambios en el medio.

Por lo mencionado una molécula de enzima no debepor que actuar siempre a la misma velocidad. Suactividad enzimática puede estar regulada porcambios en el pH, cambios en la temperatura,presencia de inhibidores, fuerza iónica, etc.

EFECTO DEL pH SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

La mayoría de los enzimas son muy sensibles a los cambiosde pH. Desviaciones de pocas décimas por encima o pordebajo del pH óptimo pueden afectar drásticamente suactividad. Así, la pepsina gástrica tiene un pH óptimo de2, la ureasa lo tiene a pH 7 y la arginasa lo tiene a pH10. Como ligeros cambios del pH pueden provocar ladesnaturalización de la proteína, los seres vivos handesarrollado sistemas más o menos complejos para mantenerestable el pH intracelular: Los amortiguadoresfisiológicos.La intensidad máxima de la actividad de la enzima, ocurreen el pH óptimo, con rápida disminución de la actividad acada lado de este valor de pH. La actividad óptimageneralmente se observa entre los valores de 5 y 9.

El pH óptimo de una enzima puede guardar relación concierta carga eléctrica de la superficie, o con condicionesoptimas para la fijación de la enzima a su sustrato. Cuandohay un exceso de iones hidrogeno, las enzimas los unen asus moléculas y ante un déficit los ceden.Este cambio tiene una doble consecuencia sobre la molécula.Como todas las proteínas, las enzimas desempeñan su funciónpor los residuos de aminoácidos; algunos confieren a susuperficie una distribución de cargas eléctricas.Cuando la concentración de iones hidrogeno es muy baja encomparación con la concentración optima, la molécula loscede desapareciendo cargas positivas o apareciendo cargasnegativas en su superficie. Ante una concentración elevadade iones hidrogeno, algunos se fijan a la moléculadesapareciendo cargas (-) o poniendo cargas (+) que noexistían.Así mismo al cambiar las cargas eléctricas en los residuosde aminoácidos se alteran los lazos de unión dentro de lamolécula variando su acomodo tridimensional con

recuperación dela actividad dela enzima.Los enzimasposeen gruposquímicosionizables

(carboxilos -COOH; amino -NH2; tiol -SH; imidazol, etc.) enlas cadenas laterales de sus aminoácidos. Según el pH delmedio, estos grupos pueden tener carga eléctrica positiva,negativa o neutra. Como la conformación de las proteínasdepende, en parte, de sus cargas eléctricas, habrá un pH enel cual la conformación será la más adecuada para laactividad catalítica. Este es el llamado pH óptimo.La perturbación en los pKa es el resultado del hecho de quelos grupos ionizables están frecuentemente en un ambiente

más hidrofóbico dentro de la proteina y están involucradosfrecuentemente en redes de enlaces hidrógeno.

EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA ACTIVIDADENZIMÁTICA

En general, los aumentos de temperatura aceleran lasreacciones químicas: por cada 10ºC de incremento, lavelocidad de reacción se duplica. Las reaccionescatalizadas por enzimas siguen esta ley general. Sinembargo, al ser proteínas, a partir de cierta temperatura,se empiezan a desnaturalizar por el calor. La temperatura ala cual la actividad catalítica es máxima se llamatemperatura óptima. Por encima de esta temperatura, elaumento de velocidad de la reacción debido a la temperaturaes contrarrestado por la pérdida de actividad catalíticadebida a la desnaturalización térmica, y la actividadenzimática decrece rápidamente hasta anularse.La elevación de la temperatura incrementa la velocidad deuna reacción catalizada por enzimas. Al principio lavelocidad de reacción aumenta cuando la temperatura seeleva debido al incremento de la energía cinética de laenergía de las moléculas reactantes.Sin embargo, al final, la energía cinética de la enzimaexcede a la barrera energética para romper los enlacesdébiles de hidrogeno que conservan su estructura secundariay terciaria.A esta temperatura predomina la desnaturalización conpérdida precipitada de la actividad catalítica. Por tantolas enzimas muestran una temperatura óptima de acción. Loslimites de actividad para la mayor parte de las enzimastiene lugar entre los 10°C y 50°C; la temperatura optimapara las enzimas en el cuerpo se hall alrededor de 37°C.El factor por el cual un proceso biológico aumenta para unincremento de temperatura de 10°C es el coeficiente detemperatura o Q10. El Q10 para la mayor parte de lasenzimas varía entre 1.5 y 3.

Las enzimas muestran, a menudo, una marcada fragilidadtérmica. Cuando se calientan a temperaturas superiores alos 50°C la mayoría de las enzimas, pero no todas, sedenaturan, y unas pocas muestran desnaturalización cuandose enfrían aproximadamente a 5°C. A temperaturas bajas,aunque la actividad enzimática procede muy lentamente, ellano se detiene del todo, hecho que debe tenerse en cuenta enla industria congeladora de alimentos. A menos que seinactiven previamente las enzimas objetables, la mayoría delos alimentos congelados experimentan un considerabledeterioro después de un almacenamiento prolongado, porque atemperaturas tan bajas como -18°C algunas reaccionesenzimáticas siguen teniendo lugar. Habitualmente ladesnaturalización a alta temperatura es irreversible,debido a que se rompen las fuerzas débiles de enlace alaumentar la vibración térmica de los átomos componentes,fenómeno que daña la estructura tridimensional.Es importante señalar que una misma enzima, aislada detejidos diferentes, puede tener diferente capacidad deresistencia a la desnaturalización suave por el calor,hecho que es útil con fines de identificación o dediagnóstico.Otras aplicaciones de la desnaturalización por el calor sonla esterilización de alimentos e instrumentos y lapasteurización de la leche; ambos procesos dependen de ladestrucción rápida por calor de las enzimas esenciales delos microorganismos contaminantes.

La mayoría de las enzimas son, pues, muy termolábiles yhabitualmente es suficiente aplicar una temperatura de 40 a80°C por 2 a 5 minutos, a fin de destruir su actividad.Es este hecho de inactivación completa de las enzimas elque se utiliza ampliamente en la industria alimentaria. Enla mayor parte de los casos de preservación de alimentos,es deseable que no haya continuación alguna de actividadenzimática.Si ello ocurriera se podría producir, por ejemplo, uncambio en el color de la clorifila o de los carotenoides, oproducirse el pardeamiento de varios alimentos; podríaalterarse el sabor de los hidratos de carbono, o producirsela rancidez de las grasas. También la persistencia deactividad enzimática podría provocar cambios en el aroma oen el valor nutritivo de las proteínas (o de las vitaminas)y, finalmente, la presencia de enzimas pectinolíticas puedeproducir un cambio total en la textura de los alimentos.El tratamiento con calor es, sin duda, un método adecuadopara la destrucción de microorganismos que alteran losalimentos (esterilización por calor y pasteurización). Deesta manera un procesamiento térmico adecuado puede lograrsimultáneamente la preservación microbiológica y laestabilización de los alimentos. A veces la actividadresidual de una enzima (no necesariamente objetable) se usacomo prueba de la suficiencia de un proceso de tratamientocon calor.Así, la ausencia de actividad fosfatásica de la leche es unbuen indicador de si la leche ha sido pasteurizadaadecuadamente, ya que esta enzima se inactiva completamentepor la dosis de tratamiento térmico necesaria para destruiragentes patógenos.Las enzimas difieren ampliamente en su resistencia a lainactivación térmica. Las peroxidasas vegetales sonparticularmente estables (120°C por unos minutos no sonsuficientes para destruirlas del todo). La velocidad deinactivación térmica depende también del pH, fuerza iónicay del estado físico de la enzima en el material

alimentario: si la enzima está igualmente bien distribuidapor todo el producto o adsorbida sobre partículas sólidas(como ocurre con las enzimas pectinolíticas y lasfenolasas, las cuales están adsorbidas en la pulpa devarios jugos de frutas).Existen situaciones en la tecnología de alimentos en lasque algunas enzimas, a pesar de haber sido inactivadas, se"regeneran" y su actividad se renueva después de ciertotiempo. Este tipo de regeneración enzimática ha sidoobservada en los casos de peroxidasas (leche, verduras);catalasa (verduras); lipasa (productos de la leche) yenzimas pectinolíticas (jugos cítricos). La regeneraciónseria el resultado de una reorganización, al menos parcial,de la molécula proteica, restableciéndose las estructurasde los sitios activos que habían sido alterados por ladesnaturalización.La reversión de la desnaturalización es un proceso lento,pero durante el almacenamiento prolongado de los alimentosprocesados habría tiempo suficiente para la regeneración,detectable, de algunas enzimas. De esta manera, laestabilidad de los alimentos con respecto al daño de éstospor las enzimas es una función tanto de la "profundidad" dela inactivación térmica como del tiempo y condiciones dealmacenamiento.

EFECTO DE LA FUERZA IÓNICA EN LA ACTIVIDADENZIMÁTICA

La fuerza iónica de una solución está relacionada con lacantidad y el tipo de iones presentes en la misma.Un aumento de la fuerza iónica del medio (por adición desulfato amónico, urea o hidrocloruro de guanidinio, porejemplo) también provoca una disminución en el grado dehidratación de los grupos iónicos superficiales de laproteína, ya que estos solutos (1) compiten por el agua y(2) rompen los puentes de hidrógeno o las interacciones

electrostáticas, de forma que las moléculas proteicas seagregan y precipitan. En muchos casos, la precipitaciónprovocada por el aumento de la fuerza iónica es reversible.Mediante una simple diálisis se puede eliminar el exceso desoluto y recuperar tanto la estructura como la funciónoriginal. A veces es una disminución en la fuerza iónica laque provoca la precipitación. Así, las proteínas que sedisuelven en medios salinos pueden desnaturalizarse aldializarlas frente a agua destilada, y se renaturalizancuando se restaura la fuerza iónica original.

En un proceso de adsorción al aumentar la fuerza iónica seproduce la desorción de la enzima, ya que los ionesinorgánicos se unen con más fuerza al soporte que laproteína.

La fuerza iónica de un sistema alimentario se puedeincrementar mediante la adición de electrolitos o comoresultado de la congelación o la deshidratación.Los iones pueden tener efecto específico o no específicosobre las enzimasLa fuerza iónica modifica la solubilidad de las enzimas yde los substratos a través de los fenómenos de ‘salting-in’o de ‘salting-out’, modificando la interacción enzima-substrato. La fuerza iónica de una solución se puedecalcular con la siguiente ecuación:

Los iones liótrofos, principalmente cationes,preservan las interacciones agua-soluto y la polaridaddel agua, aumentando la estabilidad de las proteínashidrosolubles

Los iones caótrofos , principalmente aniones,interrumpen las interacciones agua-soluto y reducen lapolaridad del agua, afectando la estabilidad de lasproteínas hidrosolubles.

Los iones se ordenan por su poder liótrofo o caótrofode acuerdo con la llamada ‘serie de Hofmeister’

Los metales pesados como Pb2+, Hg22+ y Cd2+ puedeninactivar a las enzimas debido a su capacidad dereaccionar con los grupos sulfhidrilo de los residuosde cisteína.

Otros iones metálicos como Mg2+, Ca2+ y Zn2+, entreotros, tienen efectos específicos al actuar comocofactores o co-substratos de algunas reaccionesenzimáticas.

EFECTO DE LOS INHIBIDORES SOBRE LA ACTIVIDADENZIMÁTICA

Losinhibidoresson sustancias orgánicas o inorgánicas queunidosa la enzima disminuyen su Actividad Enzimática. Estos inhibidores bien pueden ocupar temporalmente elcentro activo por semejanza estructural con el sustratooriginal (inhibidor competitivo) o bien alteran laconformación espacial del enzima, impidiendo su unión alsustrato (inhibidor no competitivo).Debemos aclarar que no deben ser incluidos en este grupo desustancias, aquellos agentes que producen simplemente unadestrucción irreversible de la enzima, como podrían sertodos aquellos que conducen a su desnaturalización, comopor ejemplo los ácidos fuertes. La inhibición enzimática es de gran importanciafisiológica, ya que a veces la inhibición de una solaenzima que forma parte de una cadena de reaccionesmetabólicas puede inhibir por completo a todo el procesometabólico involucrado y ejercer en esa forma un efectoprofundo y a veces fatal sobre el organismo. De más estárecalcar la importancia que este fenómeno tiene enfarmacología y toxicología como así también en eldesarrollo de herbicidas e insecticidas. De ahí que el

estudio del mecanismo de acción de los inhibidores se hayaconstituido en una de las más exploradas de la enzimologíapráctica. Las investigaciones de la inhibición enzimática y de losinhibidores llevada a cabo por los químicos son importantespor varías razones:1.   la razón más importante, en los seres vivos lainhibición enzimática es un medio importante para regularlas rutas metabólicas.2.   numerosos tratamientos clínicos se fundamentan en lainhibición enzimática.3.   El proceso de inhibición enzimática es útil paracomprender los mecanismos de acción tóxica y farmacológicade algunos compuestos.

La inhibición enzimática puede producirse cuando uncompuesto compite con el sustrato por el activo de laenzima libre, se une al complejo ES en un lugar separadodel lugar activo, o se une a la enzima libre en un lugarseparado del lugar activo. Se describen tres clases deinhibidores enzimáticos:

Los inhibidores pueden clasificarse en dos grandes grupos: 1) Irreversibles. 2) Reversibles i) competitivos ii) no competitivosiii) acompetitivos

Conclusiones

Por lo mencionado una molécula de enzima no actuasiempre a la misma velocidad. Su actividad enzimáticapuede estar regulada por cambios en el pH, cambios enla temperatura, presencia de inhibidores, fuerzaiónica, etc.

La mayoría de las enzimas son sensibles a cambios depH. Cambio de pocas décimas por encima o por debajodel pH óptimo puede afectar drásticamente su

actividad; modificando las cargas superficiales y sealtera la conformación espacial de la estructura.

La velocidad de las reacciones catalizadas por enzimasse incrementan con la temperatura . Aproximadamente lavelocidad de las reacciones se duplica cada 10°C en elque aumenta la temperatura.

Existe una temperatura optima en que la actividadenzimática es máxima, por lo cual arriba de estatemperatura la actividad enzimática disminuye hastallega a desaparecer por causa de la desnaturalizaciónde la enzima.

Determinadas sustancias uniéndose a la enzima actúancomo inhibidores enzimáticos porque actúan disminuyeno anulando la actividad enzimática. Siendo en losseres vivos muy importantes para regular las rutasmetabólicas. Existen dos grandes grupos deinhibidores: los reversibles y los irreversibles.

La fuerza iónica de una solución está relacionada conla cantidad y el tipo de iones presentes en la misma.Un aumento de la fuerza iónica del medio provoca unadisminución en el grado de hidratación de los gruposiónicos superficiales de la proteína

BIBLIOGRAFÍA

http://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz22.htm

http://enzimologia.bligoo.mx/media/users/23/1150273/ files/475699/FACTORES_QUE_MODIFICAN_LA_ACCION_ENZIMATICA.pdf

http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/schmidth02/parte02/02.html