A lo largo de este capítulo se ha estado mencionando continuamente que las enzimas son proteínas y que son altamente específicas, de hecho, a su naturaleza proteica se debe su capacidad para reconocer un sustrato. En esta sección se analizan estas características.
Sabemos que la enzima, al reaccionar con el sustrato, forma una unión con éste (complejo enzima sustrato).
¿En dónde se une el sustrato a la enzima?
Mediante análisis de rayos X, se ha demostrado que el sustrato no se une en cualquier parte de la enzima, sino que la cadena polipeptídica, al adoptar una estructura tridimensional, forma un sitio específico, que tiene la capacidad de reconocer al sustrato, el sitio activo de la enzima es la región precisa en donde ésta une al sustrato. El sitio activo puede estar formado por residuos de aminoácidos que se encuentren muy distantes entre sí, pero el polipéptido al adoptar una estructura terciaria específica, hace que los residuos queden formando una relación espacial muy precisa. Puede ocurrir que un grupo R del aminoácido que ocupa la posición 67 forme el sitio activo junto con otro que se encuentre en la posición 237.
El arreglo espacial que guardan entre sí los grupos R, que forman el sitio activo, tiene la característica de permitir que el sustrato se una a ellos de una manera muy precisa. De manera clásica, se ha comparado al sitio activo con una cerradura, la cual está diseñada para que solamente una llave (el sustrato), con una configuración adecuada pueda abrirla. La explicación de por qué las enzimas son tan específicas por su sustrato salta a la vista: la especificidad es también el resultado de una estructura tridimensional muy precisa. Los catalizadores no proteicos generalmente son moléculas pequeñas y por lo tanto no tienen una configuración tan compleja. Figura 6.15.
Figura 6.15 Con el objeto de que el lector tenga una idea clara de la estructura tridimensional del sitio catalítico de una enzima, en esta figura se representa el sitio activo de la enzima proteína quinasa C, al cual se encuentra unido un polipéptido que funciona como sustrato.
(Imagen obtenida de: http://bioinformatics.org/firstglance/fgij/)
Ahora es fácil explicar también la causa de que un cambio de pH, o un aumento de temperatura, provoquen la pérdida de la actividad de la enzima: estos dos agentes hacen que la estructura nativa de la enzima se pierda, para adoptar una configuración al azar y con ello el sitio activo queda desensamblado, por lo que la enzima ya no puede reaccionar para formar el complejo enzima sustrato y entonces no hay síntesis de producto.
También una mutación (ver el Capítulo 5) puede provocar una enzima cuyo sitio activo no funcione. Por ejemplo: si en el sitio activo se requiere una carga negativa, para unir el sustrato, o llevar a cabo su transformación química y esa carga negativa está siendo aportada por un aminoácido ácido, colocado en una posición determinada, al ocurrir una mutación y ser sustituido el aminoácido correcto por otro sin carga, la enzima será defectuosa y no tendrá actividad catalítica.
Si imaginamos la complejidad de una célula, en donde están ocurriendo cientos de reacciones a la vez y considerando además que las mismas no ocurren al azar sino que están reguladas, difícilmente podríamos explicar esta actividad sin la acción de las enzimas.