Hasta aquí nos hemos limitado a hablar de las características y propiedades de enzimas aisladas. Esta sección se dedica al estudio de sistemas que involucran a más de una enzima y de cómo se integran, para producir la transformación de compuestos que ingresan a un sistema biológico, con el fin de obtener energía y todos los componentes de su estructura.
Una vía metabólica es un conjunto de enzimas, en las que el producto de una es el sustrato de otra. En los organismos vivientes existen múltiples vías metabólicas, encargadas de sintetizar compuestos (componentes celulares, moléculas reguladoras, compuestos que sirven para almacenar energía etc.), o de degradarlos para obtener energía. Uno de los logros más importantes de la Bioquímica, es el de conocer lo que pasa con algún componente que ingresa a un organismo, seguirlo a través de todas las transformaciones que sufre y finalmente ver la forma en que los átomos que lo componían abandonan el sistema. Todas esos cambios se llevan a cabo gracias a la existencia de vías metabólicas. Al conjunto de reacciones que ocurren en un ser vivo se le llama metabolismo.
A una vía metabólica ingresa un precursor, que es el sustrato de la primera enzima del sistema, la cual lo transforma en algún producto (el primer intermediario), que es el sustrato de la segunda enzima, la cual produce el segundo intermediario y así sucesivamente, hasta llegar a la última enzima de la vía que da algún producto final y tiene alguna función específica dentro del ser vivo o es un producto de deshecho. El número de enzimas que tiene una vía es muy variable, desde unas pocas, hasta decenas. Fórmula 6.11 y Figura 6.22.
6.11
Una de las características más relevantes de las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos es su capacidad para autorregularse. Los compuestos se sintetizan, o se degradan, solamente cuando se requiere y en la cantidad adecuada. Hay compuestos, por ejemplo una hormona, que el organismo los requiere en cantidades extraordinariamente pequeñas y sólo bajo determinadas condiciones fisiológicas. Si no existiera regulación en las vías metabólicas que los producen, serían sintetizados en altas cantidades y en cualquier tiempo; lo que daría al traste con la economía celular. Por otro lado hay compuestos que diariamente se tienen que sintetizar en grandes cantidades, como por ejemplo, los fosfolípidos que forman las membranas celulares.
¿De qué forma se decide cuándo y cuánto hay que sintetizar?
Hay una clase muy especial de enzimas que regulan las vías metabólicas y que reciben el nombre de enzimas alostéricas. La comprensión de sus propiedades ayuda a explicar en parte la regulación del metabolismo. Una vía metabólica sirve para sintetizar algún compuesto Y, a partir de un precursor X, a través de una serie de intermediarios. El concepto de regulación de una vía implica que se pueda decidir en un momento dado cuando "encenderla" y bajo qué condiciones "apagarla". Es decir, Y se sintetiza únicamente cuando hace falta y en la cantidad adecuada.
Una enzima alostérica pertenece al conjunto de enzimas que convierten al compuesto X en Y, pero tiene una particularidad: sobre ella actúan unos compuestos que se llaman moduladoresUn modulador positivo es un compuesto que aumenta la velocidad de una enzima alostérica y uno negativo la disminuye los cuales pueden acelerarla o inhibirla. .
No hay que confundir los inhibidores, que se vieron en la sección pasada, con los moduladores. Los primeros son substancias tóxicas ajenas al organismo y los segundos son compuestos que de manera normal se encuentran en las células.
La manera más sencilla de regular una vía metabólica es mediante el mecanismo de retroalimentación (feed - back), en el cual la enzima alostérica se encuentra ubicada cerca del principio de la vía y el producto final es un modulador negativo de la enzima aludida.
Por ejemplo, si Y es el producto final de una vía metabólica regulada por retroalimentación, suponga que en un momento determinado la vía está trabajando (está sintetizando Y). Mientras Y esté siendo utilizado por la célula, su concentración es baja, pues en cuanto se sintetiza es derivado hacia un determinado lugar, o transformado por otra vía metabólica. Si cambian las condiciones de la célula y ya no se usa el compuesto Y, su concentración aumenta, produciéndose la inhibición de la enzima alostérica. La enzima alostérica, cuando está activa, sintetiza el sustrato de la siguiente enzima del sistema y al inhibirse deja de hacerlo y se detiene toda la vía, es decir ya no se sintetiza el producto final. En este caso el producto final de una vía es capaz de detener su propia síntesis. Figura 6.23.
Ya se mencionó que al conjunto de vías metabólicas que ocurren en un ser vivo es lo que se llama su metabolismo y que es una actividad altamente regulada. Un intermediario o el producto de una determinada vía metabólica puede ser el modulador positivo o negativo de otra(s) vía(s) metabólica(s). Así, en cierto estado fisiológico se "encienden" unas vías y se "apagan" otras y el conjunto de toda esta actividad es lo que produce el fenómeno que llamamos vida.