La energía necesaria para los trabajos que realiza la célula proviene, como ya se dijo, de las sustancias que la célula incorpora y que degradan los procesos catabólicos. Energía que se libera en las reacciones de degradación no queda suelta en el interior de la célula, pues existe una sustancia que se encarga de recibir la y entregarla cómo se requiera, esta sustancia, que actúa como un mediador, es el ATP, sigla que corresponde al adenosín trifosfato. El ATP es un nucleótido formado por una base nitrogenada (la adenina) un azúcar simple ( la ribosa) y tres grupos fosfato.
El ATP permite tener a disposición una gran cantidad de energía, de modo que pueda ser utilizada dónde y tan pronto se la necesite. Esta molécula presenta ciertas características que la han mantenido a lo largo de millones de años de evolución como la moneda energética por excelencia de todos los sistemas vivos. Las dos últimas uniones fosfato requieren mucha energía para producirse, por lo tanto, una vez producidas constituyen enlaces altamente energéticos (almacenan unas 7000 calorías). Además, estás uniones son muy inestables por lo cual se rompen y se construyen con relativa facilidad. Cuando se rompe una de los enlaces fosfato, el ATP se transforma en ADP, adenosín difosfato, y se libera la energía que unía uno de los tres grupos fosfato.
La energía que se libera
en cualquier proceso catabólico se utiliza para formar moléculas de
ATP a partir de ADP y un grupo fosfato. Incluso aquellas que están
acopladas con reacciones anabólicas se den su energía al ADP en
primera instancia.
La síntesis de ATP a partir de adenosín
difosfato recibe el nombre de fosforilación. El sistema
ATP/ADP como medio de intercambio de energía entre las reacciones
exergónicas y las entregó nicas verifica en todos los seres vivos,
y muestra una vez más la asombrosa unidad de la vida.
Los catalizadores biológicos: las enzimas
Para que se produzca
la combustión del gas butano en un encendedor, es necesario
proporcionar una cierta cantidad de energía a través de la chispa
de dicho encendedor. Esto pone de manifiesto que para iniciar la
reacción se debe superar una barrera de energía entre los reactivos
y los productos. Esta cantidad de energía se denomina energía de
activación. Pero, ni las chispas ni las altas temperaturas
sirven para activar las reacciones que se producen en un ser vivo, yo
que destruiría las estructuras celulares. Un catalizador es
una sustancia que disminuye la energía de activación necesaria para
que una reacción se produzca. Las células utilizan como
catalizadores un tipo especial de proteínas llamadas enzimas.
Si bien la mayoría de las enzimas tienen dicho, existen ciertas
moléculas de ARN (ribozimas) que también son catalizadores
biológicos. Las enzimas permiten que las reacciones químicas
ocurren a gran velocidad y a temperaturas de un rango compatible con
la vida. Sin su presencia no sería posible la supervivencia de las
células pues las reacciones metabólicas serían muy lentas.
Las enzimas son proteínas
globulares de Gran tamaño, formadas por una o más cadenas
polipeptídicas. Una sola molécula de una enzima puede catalizar la
reacción de decenas de miles de moléculas en pocos segundos. Muchas
enzimas requieren sustancias adicionales para poder funcionar. Estás
sustancias no proteicas se denominan cofactores. Algunos son
iones inorgánicos como el hierro, el cobre y El zinc. Otros son
moléculas, no, hadas que se las llama coenzimas, como por
ejemplo el NAD, que veremos más adelante. Hay, además, grupos
moleculares llamados grupos prosteticos, qué están unidos
permanentemente al encima, y le permiten llevar a cabo sus
funciones.
Las moléculas sobre las que actúa una enzima reciben
el nombre de sustrato. Por ejemplo la sacarosa es un
disacárido formado por una molécula de glucosa y una de fructosa.
La enzima que participa en su degradación se llama sacarasa. La
sacarosa es el sustrato sobre el que actúa la enzima sacarasa. A
través de este ejemplo se puede notar que para nombrar a las enzimas
se emplea generalmente el nombre del sustrato y la terminación asa.
Así, las enzimas que actúan en las reacciones en las que se
degradan lípidos se llaman lipasas, y las que catalizan las
reacciones en las que intervienen proteínas, se denominan proteasas.
¿Cómo actúa una enzima?
El funcionamiento de
una enzima se pueden distinguir tres etapas:
- En la primera
etapa la enzima reconoce una molécula de sustrato. Este se fija
en un lugar definido de la enzima, que se denomina sitio activo, de
modo que se forma el complejo enzima-sustrato. Cada enzima es
específica para un sustrato determinado y no actúa sobre otro que
no se ajuste a su sitio activo.
- En la segunda etapa
se produce una reacción química. Las sustancias finales que se
forman en las reacciones químicas son los productos. Para actuar
como un catalizador, la enzima debe temporalmente formar parte de la
reacción. Al unirse con los reactivos, baja la energía de
activación y las moléculas realizan cambios químicos de manera
rápida.
- En la tercera etapa la enzima se libera del
producto; su estructura se mantiene igual que antes de comenzar la
reacción y por lo tanto puede ser reutilizada.
El químico alemán emil
fischer (1852 - 1919) postuló en 1884 la existencia de sitios
activos, y comparó la relación del sitio activo con el sustrato con
la que existe entre una cerradura y una llave. Aunque la analogía es
válida debido a la especificidad de una enzima y sustrato, estudios
posteriores aportaron evidencias de que el sitio activo es mucho más
flexible y que puede cambiar de forma para acomodarse mejor a sus
sustratos. Existen diversos factores que influyen en el
comportamiento de una enzima. La velocidad con la que se produce una
reacción química catalizada por una enzima está influida por la
concentración del sustrato. Es decir, cuanto mayor sea la
concentración del sustrato, más rápidamente se producirá la
reacción. Sin embargo, esta velocidad aumenta de manera infinita,
pues una vez que todos los sitios activos de todas las moléculas de
la enzima estén ocupados, la velocidad de la reacción se
estabiliza.
La actividad enzimática se incrementa también por
un aumento de la temperatura, pero hasta un cierto límite, pasado el
cual la enzima deja de actuar. Por ejemplo, para la mayoría de las
enzimas humanas, la temperatura óptima se halla en los 37 grados
centígrados. Cuando la temperatura está por encima de la óptima
para el funcionamiento determinada enzima, esta altera su estructura
y la proteína se desnaturaliza, lo que provoca la pérdida del sitio
activo. Las temperaturas inferiores a la óptima no modifican la
configuración tridimensional de la enzima, pero causan la pérdida
de su movilidad y por ende, la probabilidad de que encuentre con las
moléculas de sustrato. Entonces cuencia su acción queda inhibida.
También la
actividad de las enzimas varía con el grado de acidez o alcalinidad
(pH) del medio en el que se encuentran. La mayoría de las enzimas
del organismo humano son eficientes en un pH ligeramente alcalino
(mayor a 7), pero existen excepciones. La pepsina del jugo gástrico
requiere un medio fuertemente ácido para actuar. Este medio es
generado por el ácido clorhídrico que forma parte de dicho jugo
digestivo.
