Elementos de la actividad enzimática

3. Concepto, clasificación y nomenclatura de las enzimas
4. Relación entre coenzimas y vitaminas
5. Regulación de la actividad enzimática
6. Enzimas séricas más importantes en el diagnóstico clínico
7. Modificaciones enzimáticas en el IMA

INTRODUCCIÓN.

Gran variada, hermosa e interesante ha sido para los estudiantes de Lic. en Enfermería el conocimiento de la asignatura Bioquímica como parte de su formación profesional. Hasta aquí han estudiado el diverso mundo de las biomolèculas y su papel tanto en el origen de la vida, como en sus funciones en los seres humanos, su estructura y su importancia en la medicina.

En este material hemos querido tratar algunos aspectos sobre las enzimas que por su complejidad e importancia nos ha estimulado para la confección del mismo.

Las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos son catalizadas por proteínas especificas denominadas enzimas, caracterizándose estas por presentar un elevado poder catalítico y una gran especificidad. Esta gran especificidad es la que nos sirve de base para su clasificación y nomenclatura, aspecto este al que esta dedicado la primera parte de nuestro material. Incluimos también la relación de las coenzimas con las vitaminas y de forma general como esta regulada toda la actividad enzimàtica. Elemento muy importante para el mantenimiento de la vida y de los procesos metabólicos.

Dedicamos un acápite además al estudio de un gran numero de enzimas de gran actividad e importancia para nuestro metabolismo, donde incluimos su función, el tejido que las contiene, así como las patologías que pueden alterar sus valores normales. Aspectos estos que se estudian en la enzimología clínica y que para los estudiantes de Lic. en Enfermería reviste un gran valor a la hora de interpretar diferentes pruebas de diagnosticas, y exámenes de laboratorio como parte de los conocimientos a adquirir en su formación como profesionales de la Salud.

DESARROLLO.

CONCEPTO, CLASIFICACION Y NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS.

Las proteínas realizan múltiples funciones en los seres vivos, contracción, transporte, regulación, sostén, defensa etc.

Las proteínas especializadas en la función catalítica reciben el nombre de enzimas y las sustancias sobre las cuales actúan se denomina sustratos.

Lo que distingue a las enzimas de las demás proteínas es precisamente que, una vez producido el reconocimiento molecular del sustrato, se realiza la transformación de la sustancia reconocida, o sea, como consecuencia de diferentes interacciones entre la proteína enzimàtica y su sustrato este experimenta un reordenamiento de sus elementos constituyentes debido a la ruptura y formación de algunos enlaces químicos. La que resulta de la acción de la enzima sobre el sustrato recibe el nombre de producto.

La existencia del complejo enzima-sustrato y la característica de que la mayoría de los sustratos presentan un tamaño varias veces menor que la estructura de la enzima, implica que la enzima solo entra en contacto con el sustrato en una pequeña zona específica de su voluminosa estructura.

Las proteínas enzimàticas presentan dos regiones o sitios importantes, uno de ellos reconoce y liga al sustrato ( sitio de reconocimiento) y el otro cataliza la reacción ( sitio catalítico) toda vez que el sustrato se ha unido. Estos dos sitios están adyacentes uno al otro en la forma activa de la enzima y en ocasiones, el sitio catalítico es parte del de reconocimiento, estas dos regiones en conjunto reciben el nombre de centro activo.

De lo estudiado hasta el momento sobre las enzimas podemos concluir que estas poseen dos propiedades fundamentales, derivándose estas de las características del centro activo:

• Gran eficiencia catalítica.
• Elevada especificidad.

Siendo esta ultima la que sirve de fundamento para establecer la clasificación y nomenclatura de las enzimas.

Se han establecido 6 grupos principales:

1 Oxidoreductasas: Enzimas que catalizan reacciones de oxidoreduccion.

2 Transferasas: Catalizan la transferencia de un grupo químico entre un donante y un aceptor, se excluyen aquellas que transfieren electrones o sus equivalentes, pues pertenecen a la clase anterior y aquellas en que el aceptor del grupo es el agua y pertenece a la clase siguiente.

3 Idrolasas: Catalizan la ruptura de enlaces químicos con la participación de las moléculas de agua.

4 Liasas: Catalizan reacciones en las cuales se produce la adición o sustracción de grupos químicos a dobles enlaces.

5 Isomerasas: Catalizan la interconversiòn de dos isómeros.

6 Ligasas: Catalizan la unión covalente de dos sustratos mediante la energía de hidrólisis de nucleòsidos trifosfatados, generalmente el ATP.

NOMENCLATURA.

Existen dos tipos de nomenclatura: la sistemática y la recomendada. La sistemática utiliza los grupos principales, describe la reacción y sólo se utiliza en revistas y textos científicos.

La recomendada viene a ser la forma abreviada de la sistemática, su uso es común, sobre todo en textos para estudiantes; en ambos casos se tiene en cuenta tanto la especificidad de acción como la de sustrato y el nombre de la enzima termina en el sufijo asa; ejemplo, para la reacción :

El uso de nomenclatura sistemática nos llevaría al nombre siguiente:

Lactato NAD- oxidorreductasa, o sea que prácticamente describe la reacción .

La nomenclatura recomendada tiene en cuenta la especificidad de sustrato, en este caso para el lactato, y la especificidad de acción, tratándose de una deshidrogenaciòn, por tanto el nombre de la enzima seria lactato deshidrogenasa. Veamos a continuación algunos subgrupos de enzimas:

• Entre las oxidoreductasas.

1. 

   E: Málico deshidrogenasa.

2. Deshidrogenasas. Sustraen átomos de hidrógeno ( casi siempre dos) de los sustratos y los transfieren a una molécula aceptará que no es el oxigeno.

   

   E: Aminoácido oxidasa.

3. Oxidasas. Oxidan los sustratos mediante el oxigeno como aceptor de electrones.
4. Hidroxilasas. Catalizan la introducción de funciones hidroxilo en sus sustratos utilizando oxígeno molecular como donante.

E: Fenilalanina hidroxilasa.

• Entre las transferasas.

1. Quinasas. Catalizan reacciones de transferencias de grupos fosfatos donde intervienen nucleòsidos di y trifosfatados.

El resto de las transferasas recibe nombres derivados del grupo que transfieren ( transaminasas de grupos aminos, transmetilasas de metilos, transcarboxilasas de carboxilos, etc.

• Entre las hidrolasas.

Es el grupo más simple para nombrar, pues basta con hacer terminar el nombre del sustrato en el sufijo asa.

E: Arginasa.

• Entre las liasas.

Son las más difíciles de nombrar, ejemplo las hidratasas, que adicionan agua a los dobles enlaces.

E: Fumàrico hidratasa. Cuando actúan en reacciones biosintèticas reciben el nombre de sintetasas.

Ejemplo:

E: Cítrico sintetasa.

• Entre las isomerasas.

Reciben diferentes nombres según los tipos de isòmeros que intervienen en la reacción. Como regla de reserva el nombre de isomerasas para las enzimas que interconvierten isòmeros de función.

Ejemplo:

a).

E: Fosfohexosa isomerasa.

b) Las que interconvierten isòmeros de posición se designan mutasasa.

E: Fosfoglucomutasa.

1. Las que interconvierten epìmeros se denominan epimerasas.

E: Galactosa fosfato epimerasa.

• Entre las ligasas.

Se les conoce en general como sintetasas y para nombrarlas generalmente se utiliza el nombre del producto en vez del sustrato.

E: Acetil CoA sintetasa.

Siempre se debe recordar que las enzimas son proteínas cuya función es la de catalizar reacciones, por tanto, debe existir una correspondencia entre el nombre de la enzima y la reacción que ellas catalizan. Conociendo la reacción se puede deducir el nombre, y apartie de este se puede inferir la reacción.-

No obstante, existen algunas enzimas que recibieron nombres triviales por sus descubridores y que la practica a conservado como el caso de la pepsina, tripsina, quimotripsina, etc.

RELACION ENTRE COENZIMAS Y VITAMINAS.

Los cofactores enzimáticos son sustancias de diferente naturaleza química, que participan en las reacciones enzimàticas debido a que las enzimas no poseen en su estructura todos los grupos funcionales necesarios para llevar a cabo la catálisis de todas las reacciones metabólicas; los cofactores no son componentes obligados de todas las reacciones.

Los cofactores pueden ser iones inorgánicos que facilitan la unión enzima-sustrato o estabilizan la estructura tridimensional de la enzima, o constituyen por sí los centros catalíticos que ganan eficiencia y especificidad al unirse a las proteínas .

Las coenzimas son sustancias orgánicas que aún cuando pueden funcionar de formas muy variadas, lo más frecuente es que lo hagan como transportadores interenzimàticos o intraenzimàticos, muchas coenzimas son formas funcionales de las vitaminas.

Las vitaminas son sustancias químicas que deben ser ingeridas por el organismo para su normal crecimiento y desarrollo. Es un hecho comprobado que muchas vitaminas, especialmente las hidrosolubles, tienen importancia funcional por ser componentes de la estructura de las coenzimas, por ello muchas veces se habla de forma coenzimaticas de determinada vitamina. En la porción vitamínica de la coenzima en general radica el grupo funcional especifico de la coenzima, aquel que es transformado por la acción de la enzima, pero es necesario tener presente que no todas las vitaminas forman parte de coenzimas, ni todas las coenzimas contienen una vitamina en su estructura.

Seguidamente estudiaremos cada una de las coenzimas.

Piridìn nucleòtidos: Estas coenzimas presentan la nicotinamida, integrante del complejo vitamínico B como parte de su estructura. Existiendo dos formas coenzimàticas: El nicotinadenindinucleòtido (NAD+) y el nicotinadenindinucleòtido fosfatado( NADP+).Ambos participan en reacciones de oxidación-reducción catalizadas por deshidrogenasas.

Flavìn nucleòtidos: Las flavinas constituyen un grupo numeroso de sustancias en la naturaleza, la riboflavina, o vitamina B2, es la que forma parte de esta coenzima. Presentándose dos formas coenzimàticas: El flavinnononucleòtido (FMN) y el flavinadenindinucleòtido (FAD). Las dos formas participan en reacciones de oxidación-reducción catalizadas por deshidrogenasas y oxidasas.

Los flavìn nucleótidos funcionan con enzimas (flavoproteìnas) que sustraen dos átomos de hidrógeno de carbonos adyacentes, originando compuestos insaturados como en el caso de la succinato deshidrogenasa.

Los flavìn nucleótidos se encuentran generalmente como grupos prostéticos y actúan entre un sustrato y una coenzima o entre dos coenzimas.

Ácido lipoico: El ácido lipoico es también un componente del complejo vitamínico B

Su estructura es una cadena carbonada de 8 carbones, con dos grupos funcionales – SH y el grupo carboxilo que le permite unirse a la proteína enzimàtica para formar la estructura de la coenzima. Casi siempre se encuentra unido de forma covalente a la enzima por un enlace amida entre su grupo carboxilo y el grupo amino de la cadena lateral de una lisina (lipoamida); la parte funcional de la molécula está constituida por los grupos-SH que se reducen y oxidan de manera alternativa.

La unión coenzima-enzima hace que el grupo funcional (-SH) esté unido a una larga cadena carbonada que le permite gran movilidad, por lo que puede trasladarse grandes distancias dentro de la enzima.

La función metabólica de esta coenzima es participar en el complejo proceso de descarboxilaciòn oxidativa de alpha – cetoàcidos, como la reacción de conversión del alpha-cetaglutàrico en succinil-CoA.

Glutatiòn : El glutatiòn es un tripèptido que está distribuido de forma universal en los seres vivos.

2 Glutatiòn-SH

Gracias a la presencia de los grupos –SH, el glutatiòn funciona en reacciones redox. Esta coenzima es muy importante en los mecanismos involucrados en el mantenimiento de la estructura de las membranas celulares, especialmente en los eritrocitos, pues participan en los mecanismos de defensa contra el estrés oxidativo.

Porfirinas: Constituyen un grupo numeroso de sustancias de amplia distribución en la naturaleza, el representante de este grupo más abundante en la naturaleza es el grupo hemo. Estas coenzimas se unen a la enzima (hemoproteìnas) de forma diversa y pueden actuar en estado Fe3+, Fe2+ o alternando de una a otra, de esta última forma intervienen como coenzimas de oxidación-reducción, tal es el caso de los citocromos de la cadena transportadora de electrones.

Biotina: Constituye un compuesto esencial para el crecimiento y desarrollo de los seres humanos, encontrándose unido de forma covalente a la enzima mediante un enlace amida; participa en dos tipos de reacciones: La carboxilaciòn dependiente del ATP que resulta hidrolizado en ADP y Pi, como en la acetil-CoA carboxilasa:

Y de transcorboxilaciòn, como la catalizada por la metilmalonil oxalacetato transcarboxilasa.

El mecanismo de las reacciones dependientes de biotina incluye dos etapas; la primera, que requiere ATP, el CO2 es incorporado al N-4 de la biotina liberando ADP y Pi , una segunda etapa, el CO2, se transfiere al sustrato.

Pirofosfato de tiamina:

El pirofosfato de tiamina es la forma coenzimàtica de la tiamina o vitamina B1 ; en su estructura presenta un anillo de pirimidina sustituido, unido por un grupo de metilo a un anillo de tiazol también sustituido, unido a su vez a un grupo etilo al pirofosfato. La vitamina carece de pirofosfato.

Esta coenzima que está muy distribuida en la naturaleza, participa en tres tipos de reacciones:

1. La descarboxilaciòn no oxidativa de alpha-ceto-ácidos.
2. La descarboxilaciòn oxidativa de alpha-ceto-ácidos.
3. La formación de alpha-cetoles.

Ácido tetrahidrofòlico: El ac tetrahidrofòlico (FH4) es la forma

coenzimàtica del ácido fólico, su estructura está formada por una pteridina, el ácido p-amino-benzoico y el ácido glutámico; pueden encontrarse formas que contienen hasta 7 moléculas de ácido glutámico unidas por enlaces isopeptìdicos, aquellos donde interviene el grupo carboxilo de la cadena lateral. La parte funcional de la molécula está representada por los nitrógenos que ocupan las posiciones 5 y 10, esta coenzima presenta múltiples formas interconvertibles.

S-Adenosil-Metionila: Esta coenzima se forma por la reacción entre la metionina y el ATP, dando como resultado una estructura que contiene un grupo metilo muy lábil y por tanto puede cederse fácilmente.

Coenzima A: La coenzima A es la màs sobresaliente de las coenzimas que en los sistemas vivientes transfieren grupos acilos; su existencia universal y la gran variedad de reacciones en que intervienen sus derivados enfatizan su importancia. La estructura de la molécula es muy compleja y presenta numerosos grupos funcionales.

Entre estos grupos se destaca el ácido pantotènico (componente del complejo vitamínico B ).

Fosfato de piridoxal: El fosfato de piridoxal es una de las coenzimas que intervienen en un mayor número de reacciones enzimàticas, casi todas relacionadas con el metabolismo de los aminoácidos; desde el punto de vista nutricional deriva de la piridoxina o vitamina B6.

Como vitamina B6 se reconocen al menos tres compuestos: Piridoxol, Piridoxal y Piridoxamina; las formas fosfatadas de los dos últimos presentan actividad coenzimatica.

Entre las reacciones en que interviene esta coenzima se encuentran:

1. 

2. Racemizaciòn de aminoácidos, a partir de un enantiomorfo obteniéndose una mezcla de los dos.

3. Descarboxilaciòn de Aa con formación de compuestos de gran actividad biológica denominados aminas biògenas.
4. La deshidratación de la serina que produce pirùvico.
5. La desaldolizaciòn de la serina que de lugar a la formación de glicina, etc.

Coenzima B12: (5-adenosil-cobalamina) esta coenzima es un derivado de la vitamina B12. Hasta el momento se ha podido comprobar la participación de la coenzima B12 en cuatro reacciones enzimàticas: malonil-CoA mutasa, glutamato mutasa, diol deshidrgenasa y la conversión de homocisteìna en metionina.

Nucleòsidos trifosfatado: La estructura de estos compuestos se conoce como precursores de los ácidos nucleicos, de ellos sólo a los ribonucleótidos se les conocen funciones coenzimàticas:

• Adenosintrifosfato(ATP): El ATP participa en numerosas reacciones, sirve como fuente de energía, de elementos estructurales o ambas.
• Guanosintrifosfato(GTP): Su función es menos generalizada que en el ATP, pues actúa casi siempre sirviendo de fuente de energía como en la reacción de la fosfoenolpirùvico-carboxiquinasa. Actúa como coenzima de transferencia de derivados de monosacáridos en la síntesis de glicoproteìnas.
• Uridintrifosfato(UTP): Los nucleótidos de uridina intervienen como coenzimas que transfieren monosacáridos en forma de UDP-derivados, estos derivados se forman por la reacción entre el UTP con un monosacárido fosfatado.
• Citidintrifosfato(CTP): Actúa de forma similar al UTP, pero transfiere grupos al nivel de oxidación de alcohol; interviene fundamentalmente en la formación de fosfàtidos de glicerina y esfingolìpidos, su forma coenzimàtica se origina por reacción del CTP con un alcohol fosfatado, por ejemplo:

REGULACIÓN DE ACTIVIDAD ENZIMÀTICA:

Cuando un sistema o proceso es capaz de variar su comportamiento como respuesta a cambios que se produzcan en su entorno, de forma que la respuesta directa o indirectamente tiende a modificar el estímulo para volver a la situación inicial se dice que este sistema está regulado.

La regulación enzimàtica se refiere a la posibilidad que tienen las enzimas de variar la velocidad de las reacciones que aquellas catalizan al producirse determinados cambios en el medio; esa posibilidad viene dado por características estructurales de las enzimas y que son una vez màs manifestaciones del vínculo que existe entre la estructura y la función de las biomolèculas.

Los cambios de velocidad observados durante el proceso de adaptación son debido a cambios cuantitativos o cualitativos de los centros activos, y atendiendo a esto las formas básicas de la regulación enzimàtica se manifiestan por variación en la cantidad o la actividad de las enzimas.

COMPONENTES DE UN SISTEMA DE REGULACIÓN.

(S) Señal, que existe generalmente como la concentración de una sustancia específica cuya variación la convierte en estímulo (E), que es captado por el receptor (R).

El transductor (T) convierte al estímulo en una señal interna del sistema que bien puede trasmitirse al amplificador (A) que aumenta la intensidad de la señal o pasar de manera directa al efector (E) que da lugar a la aparición de la respuesta. Esta respuesta, tarde o temprano, modifica el estímulo inicial, cerrando el ciclo de regulación.

REGULACIÓN ALOSTÈRICA.

Cada vez es màs numerosa la cantidad de enzimas que al estudiarse el comportamiento de la velocidad de reacciones, por ellas catalizadas en función de la concentración de sustratos, se obtienen curvas diferentes a la hiperbólica de Michaellis y Menten, que en la mayoría de los casos tienen un aspecto sigmoidal (en forma de S alargada). Estas curvas se desplazan a lo largo del eje de las abcisas cuando se añade a la reacción algunas sustancias específicas como se muestra en la gráfica para la enzima Fosfofructoquinasa. Para la misma concentración de sustrato ( So) pueden obtenerse diferentes velocidades de reacción al variar la concentración de las sustancias añadidas, luego una característica esencial de estas enzimas es presentar una actividad variable. Las enzimas que así se comportan reciben el nombre de alostèrica.

La gráfica que se muestra a continuación representa la modificación de la actividad de una enzima alostèrica. La fosfofructoquinasa es una enzima alostèrica como se deduce del comportamiento de su velocidad al variar la concentración de sustrato. La presencia de ATP desplaza la curva hacia la derecha y por tanto actúa como un inhibidor. La concentración de ADP desplaza la curva hacia la izquierda, actuando como un activador.

Se han propuesto varios modelos para explicar las causas del comportamiento de las enzimas alostèricas, existiendo dos modelos principales: el simétrico o concertado y el secuencial.

Según el modelo simétrico o concertado las enzimas alostèricas existen en dos estados conformacionales interconvertibles, que se denominaron ( R ) relajado y (T) tenso.

Estas enzimas son oligomèricas, formadas por varias subunidades (estructura cuaternaria) y todas estas se encuentran en el mismo estado conformacional, de ahí el nombre de simétrico.

A la enzima puede unirse no solo el sustrato, sino algunas sustancias específicas (ligandos), pero la enzima presentará diferente afinidad para cada uno de ellos de acuerdo al estado conformacional en que se encuentre.

Si el sustrato puede unirse al estado R y no al T, entonces R representa la conformación activa, pues no puede haber transformación sin unión, lo que indica que en el estado R existe una conformación del centro activo que facilita la unión del sustrato, mientras que en el estado T la unión del sustrato al centro activo no es posible.

Además del centro activo, existen en las subunidades otros sitios de unión específicos para los ligandos, pero también cada sitio presenta una conformación adecuada para cada ligando solo en un de sus dos conformaciones, nunca en las dos. Estos sitios son muy específicos, en lo cual se parecen al centro activo pero en ellos no se producen la transformación del ligando; los ligandos se unen a estos sitios por fuerzas no covalentes y de forma muy reversible; cuando la concentración de un ligando aumenta en el medio se favorece su asociación, y al disminuir ocurre la disociación. La existencia de estos sitios es lo que determinó la denominación de alostèrico; por tanto las enzimas alostèricas son aquellas que presentan otros sitios diferentes al centro activo, que al igual que este son sitios de reconocimiento molecular.

Veamos un ejemplo: Una enzima con 3 ligandos, uno de los cuales es el sustrato (S), los demás son el ligando A que sólo puede unirse al estado R y el I que sólo lo hace al estado T.

En ausencia de los 3 ligandos la enzima existe en un equilibrio entre los dos estados conformacionales, caracterizados por una constante de equilibrio que recibe el nombre de constante alostèrica (L).

Al comenzar a añadir el sustrato, este se une a la forma R formando el complejo RS, equivalente al complejo ES ya estudiado, en este momento se produce una disminución de la concentración de R y disminuyendo la de T, mientras màs aumenta S, también R y con ello la velocidad de la reacción. El paso de T a R significa un aumento de la fracción de centros activos útiles y de ahí el efecto sobre la velocidad; esta situación explica por què la unión del sustrato a la enzima favorece la unión sucesiva de los sustratos, o sea, un efecto cooperativo que es homotròpico positivo.

Si añadimos al sistema la sustancia A esta se une a la forma R formando el complejo RA, que aumenta el desplazamiento del equilibrio hacia la conformación activa.

Como A y S se unen por sitios diferentes se darán las situaciones siguientes:

Se observa que existen 4 formas para el estado activo y sólo la forma R está en equilibrio con T, por lo que los incrementos de velocidad son considerables.

A las sustancias que como A se unen al estado activo y con ellos favorecen un incremento de la velocidad de reacción se les llama efectores positivos o activadores alostèricos.

Si en vez de A, al sistema en equilibrio se le añade el ligando I este se une al estado T , formando el complejo TI que provoca un desplazamiento del equilibrio en el sentido contrario al anterior, con lo cual la concentración del estado T aumenta y la del R disminuye, mientras mayor sea la concentración de I añadido, mayor será la fracción de enzimas en estado T, lo que provoca una disminución en la velocidad de reacción, pues es menor el número de centros activos con la formación favorable para la unión con el sustrato.

A las sustancias que como I se unen al estado inactivo y que provocan una disminución de la velocidad de la reacción se les conoce como efectores negativos o inhibidores alostèricos.

Modelo secuencial:

1. En este modelo existen dos estados conformacionales (R y T) posibles para cada una de las subunidades de la enzima.
2. La unión del sustrato cambia la conformación de la subunidad a la cual se une, pero la conformación del resto de las unidades no se altera apreciablemente.
3. La transconformaciòn ocurrida en subunidad que ha ligado al sustrato puede incrementar o disminuir la afinidad por el sustrato de las demás subunidades de la misma enzima.

En el modelo secuencial a diferencia del modelo simétrico la formas R y T no estàn en equilibrio y la unión del sustrato se produce de manera secuencial, pues sólo afecta la conformación de la subunidad a la cual se ha unido.

El modelo admite la formación de híbridos conformacionales. La velocidad global de la reacción dependera de la fracción de subunidades que estén en la conformación màs activa.

No obstante, independientemente del modelo que se aplique las enzimas alostèricas poseen características generales:

• Son proteínas oligomèricas de elevado peso molecular y estructura compleja.
• Existen en varios estados conformaciònales intercomvertibles y con un grado de afinidad diferente para cada uno de sus ligandos.
• Los ligandos se unen a la enzima en sitios específicos por fuerzas no covalentes y de forma reversible, afectando el estado conformacional de las enzimas.
• Los cambios conformacionales en una subunidad se comunican en menor o mayor grado al resto de las subunidades.
• La curva de la velocidad en función de concentración siempre presenta una forma diferente a la clásica curva hiperbólica de Michaellis-Menten.

Lo importante de este tipo de modificación es que los activadores e inhibidores son sustancias propias de la célula y su concentración varía como consecuencia de la propia actividad celular. En ocasiones el activador y el inhividor forman una pareja cuyas concentraciones varían de manera contraria, cuando aumenta la de uno de ellos, disminuye la del otro. Estas variaciones de concentración constituyen estímulos metabólicos que adaptan el funcionamiento de las enzimas a la condiciones celulares en constante cambio.

MODIFICACIÓN COVALENTE.

Existe otro grupo de enzimas que se regulan de forma diferente a las anteriores; estas enzimas existen en las células en dos formas que difieren en su composición, lo cual las distinguen de las alostèricas; esta situación da origen a estado conformacionales alternativos en dependencia de la composición.

La diferencia en la composición se debe a los grupos químicos de naturaleza no proteìnica que se unen a la enzima; lo que distingue a estas enzimas de las alostèricas es que dichos grupos estàn unidos a la enzima de forma covalente, de ahí el nombre del mecanismo, e implica una forma de la enzima modificada y otra no modificada; estas formas son interconvertibles pero, como se trata de la formación o ruptura de enlaces covalentes, se requiere de una pareja de enzimas para catalizar el paso de una forma a la otra. En los sistemas de modificación covalente no existe una forma general de describir los estados activos o inactivos, como en las enzimas alostèricas, pues en este caso cada pareja de formas enzimàticas tiene sus peculiaridades, en una determinada enzima la forma màs activa es la modificada, en otra es la no modificada.

Los sistemas de modificación covalente màs estudiados son los de fosforilaciòn-desfosforilaciòn, adenilaciòn-desadenilaciòn, acetilaciòn-desacetilaciòn, y el intercambio sulfihidrilo-disulfuro. Siendo los dos primeros los màs difundidos en la naturaleza.

Otros mecanismos de regulación menos difundidos en los seres vivos son los de la proteòlisis limitada, en el cual las enzimas se sintetizan como precursores inactivos y se activan por la ruptura de enlaces peptìdicos, la variación en el estado de agregación de las enzimas que existen como monòmeros y polìmeros de diferente actividad, por la interacción de la enzima con otra proteína no enzimàtica que generalmente la activa, por el cambio de localización celular, y por cambios en la especificidad de acción de sustrato o ambos.

ENZIMAS SÉRICAS MÁS IMPORTANTES EN EL DIAGNÓSTICO CLÍNICO.

Las enzimas son altamente específicas en su actividad y todas las células metabólicas contienen algunas o muchos de esos componentes esenciales. Ciertos tejidos contienen enzimas características que sólo penetran en la sangre cuando se destruyen o lesionan las células en las cuales estàn contenidas. Las presencia en la sangre de cantidades significativas de estas enzimas específicas indica el sitio probable de daño tisular.

Veamos los siguientes ejemplos:

* Aldolasa Enzima glucolìtica, que descompone la fructosa –1,6- difosfato, existiendo con mayor abundancia en el músculo cardíaco y esquelético, aunque todas las células contienen algo de ella y el hígado contiene una cantidad moderada.

* Amilasa Descompone el almidón en sus azúcares constitutivos. De actividad extracelular. Segregándose por las glándulas salivales y el páncreas a la saliva y al líquido pancreático.

Los aumentos de la amilasa sèrica indican generalmente enfermedad pancreática.

En la pancreatitis aguda su nivel puede alcanzar 600 unidades, en el transcurso de las 4 h de comienzo de la enfermedad sus niveles pueden elevarse hasta 2000 unidades. Descendiendo sus valores en el transcurso de 48 a 72 h, incluso persistiendo la inflamación.

La pancreatitis crónica produce elevaciones menos marcada, màs bien variables, y el carcinoma del páncreas no afecta por lo general dicha enzima.

Su elevación puede acompañar también al dolor abdominal agudo en ciertos casos de úlcera péptica perforada, empiema de la vesícula, obstrucción intestinal, embarazo ectòpico roto o peritonitis de cualquier causa. También en enfermedad de la glándula paròtida.

La amilasa se excreta por la orina, y si el nivel sèrico ya ha disminuido, el nivel urinario puede ser de utilidad diagnóstica.

* Creatinfosfoquinasa (CPK) Llamada también creatinquinasa (CK), cataliza la transferencia reversible de grupos fosfato entre la creatina y la fosfocreatina, así como entre el ADP y el ATP. Reside en mayor parte en el músculo esquelético, músculo cardíaco y tracto gastrointestinal, siendo el cerebro la única otra fuente importante.

La afectación aguda o progresiva del músculo esquelético da lugar a una elevación considerable de los niveles de CPK. Las distrofias musculares provocan elevaciones persistentes de hasta 50 a 100 veces el valor normal.

* Deshidrogenasa láctica(LDH) Enzima glucolìtica que cataliza la reacción reversible entre el piruvato y el lactato. Las determinaciones de LDH se realizan habitualmente en suero, pero pueden efectuarse también en muestras extraídas con cuidado del líquido cefalorraquídeo y de otros fluidos orgánicos libres de células.

S e elevan sus valores en el IMA, enfermedades inflamatorias del miocardio, en la hepatitis aguda donde aumenta la LDH total. La anemia perniciosa genera también valores alto de LDH. En el infarto pulmonar también se elevan sus valores.

*Lipasa Enzima hidrolìtica segregada por el páncreas en el duodeno, donde en conjunto con las sales biliares e iones calcio, descompones los ácidos grasos de los triglicéridos. Al igual que la amilasa se encuentra dentro de las células secretoras y aparece en el torrente circulatorio, después de una lesión del páncreas, único órgano que la produce, siendo la pancreatitis aguda la causa màs frecuente de lipasemia.

*Fosfatasa Enzima hidrolìtica, conociéndose dos tipos: La alcalina y la ácida.

En los adultos normales la fosfatasa alcalina circulante procede tanto del hueso como del hígado. Su incremento durante el embarazo refleja su producción placentaria. Estando elevada en enfermedades ósea, en el hiperparatiroidismo con implicación esquelética, en enfermedades hepatobiliares.

La fosfatasa ácida no tiene su función aún bien conocida, encontrándose principalmente en la glándula prostática del adulto y en los eritrocitos. Una fosfatasa ácida sèrica elevada sugiere casi siempre un carcinoma metastàsico, como puede verse en el 80 % de los casos de carcinoma prostático.

*Transaminasas Catalizan la transferencia reversible de grupos aminados entre diversos ácidos en el ciclo glucolìtico. En los tejidos humanos se han determinado dos, teniendo ambas al ácido glutámico como uno de los sustratos. Ellas son la transaminasa-glutamicooxalacètica (TGO) y la transaminasa-glutamicopirùvica (TGO).

La TGO se halla en concentraciones muy elevadas en el corazón y en el hígado y en cantidades moderadamente elevadas en el músculo esquelético, riñón y páncreas, teniendo estos tejidos también concentraciones aunque menos significativas de TGO. Siendo el hígado el que contiene las concentraciones màs elevadas de TGP, pero incluso tiene tres veces y media màs TGO que TGP.

En el IMA se elevan las concentraciones sèricas de TGO, también en las arritmias severas.

Cuando hay lesión de las células hepáticas los niveles sèricos de TGO y de TGP aumenta, en la mononucleosis infecciosa también hay aumento de las transaminasas, aunque menos marcada que la elevación de la LDH y algunas enfermedades musculares como la distrofia muscular progresiva y la dermatomiositis, que pueden aumentar la TGO y provocar modificaciones mínimas de la TGP.

MODIFICACIONES ENZIMÀTICAS EN EL INFARTO AGUDO DEL MIOCARDIO.

El infarto del miocardio origina diversas alteraciones humorales, como leucocitosis y aumento de la sedimentación globular (VSG). No obstante desde el punto de vista diagnóstico, sólo tiene importancia el aumento en la actividad sèrica de ciertas enzimas, liberadas al torrente circulatorio como consecuencia de la necrosis.

• Se han descrito màs de 20 tipos de enzimas que son liberadas a la sangre después de la necrosis celular miocárdica, mencionaremos y comentaremos las principales:

1. Creatín fosfoquinasa (CPK).

Comienza a elevarse a las 6 u 8 horas después de iniciado el dolor, existiendo un pico máximo a las 24 horas y declina a valores normales entre los 3 y 4 días. Reconociéndole tres isoenzimas denominadas MM, BB y MB, presente la primera en el músculo esquelético, la segunda en el cerebro y riñones y la tercera en el músculo cardíaco. Esta ultima izó enzima es considerada la màs útil de todas en el diagnóstico del IMA. Considerándose elevada con cifras mayores a 50 Uds. internacionales y cuando la fracción MB es mayor de 6 % de la CPK total.

La CPK total puede elevarse en:

• Enfermedad del músculo esquelético.
• Intoxicación alcohólica.
• Diabetes mellitus.
• Trauma cardíaco.
• Convulsiones.
• Inyecciones intramusculares repetidas.

1. Transaminasa Glutámico Oxalacètica (TGO) o Aspartato aminotransferasa (ASAT).

2. Comienza a elevarse entre las primeras 8 a 12 horas que siguen al comienzo del dolor, teniendo su pico máximo entre las 18 y 36 horas, cayendo a sus niveles normales entre 3 ò 5 días. Deben tenerse en cuenta los resultados positivos falsos en casos de enfermedades hepáticas primarias, congestión hepática, embolismo pulmonar y enfermedades del músculo esquelético, considerándosele elevada con valores mayores a 12 Uds. internacionales.

3. Deshidrogenasa láctica ( LDH).

Se eleva dentro de las 24 a 48 horas después del comienzo de los síntomas, alcanza su pico máximo entre los 3 y 6 días, retornando a sus valores normales entre los 8 y 14 días. Se le reconocen 5 isoenzimas que son enumeradas de acuerdo con la rapidez de migración en el trayecto electroforètico, siendo la 1 la màs rápida y la 5 la màs lenta. Esta división aumenta la exactitud en el diagnóstico, ya que la isoenzima 1 es la contenida principalmente en la células miocárdica. Se considera elevada con valores mayores de 250 Uds. internacionales.

Debe tenerse en cuenta resultados falsos positivos en:

-Sangre hemolisada.

-Anemia megaloblàstica.

-Leucosis.

-Enfermedades hepáticas.

-Infarto pulmonar.

Es importante recordar que estas enzimas no son específicas del corazón, puesto que se encuentran en otros tejidos, por consiguiente, un valor anormal de cualquiera de ellas puede deberse a un proceso distinto al infarto. Así pues para sustentar el diagnóstico de necrosis miocárdica se realizan determinaciones seriadas durante los primeros 3 a 4 días.

La determinación de las isoenzimas de la CPK y de la LDH facilita el diagnóstico y permite conocer si el aumento se debe específicamente a un IMA, ya que las isoenzimas CK-MB y la LDH1 son casi siempre exclusivas en el corazón.

Recientemente se ha demostrado que ciertos marcadores como la mioglobina pueden ser màs precoces o como las troponinas T e I, màs específica que las enzimas utilizadas clásicamente. Los valores máximos de esas enzimas presentan una correlación discreta con la extensión de la necrosis y se han utilizado con fines pronósticos. En los últimos años se han desarrollado técnicas para la determinación de la mioglobina y la miosina, aunque todavía no se ha generalizado su uso, es posible que permitan un diagnóstico màs precoz y tengan mayor especificidad que las enzimas clásicas.

PERFIL ENZIMÁTICO PARA LOS DISTINTOS MARCADORES.

TPI — Troponina I

TPT — Troponina T

El cuadro enzimático ordenado de acuerdo con su sensibilidad, que depende del tiempo que tarde en aparecer en la sangre, por ello la mioglobina se presenta en primer lugar, ya que por su bajo peso molecular es detectada a los 90 minutos de comenzar el IMA, por su corta vida media y su presencia también en el músculo esquelético, le hacen poco eficaz en la práctica clínica cotidiana.Le sigue la CK-MB que es una isoenzima de la CPK, que se encuentra selectivamente en el miocardio, aumenta su sensibilidad sobre la CPK y sus otras fracciones conocidas (CK-BB y CK-MM).

Las troponinas TPI y TPT son marcadores recién introducidos en la práctica médica, con alta afinidad por el miocardio, por lo que tiene una alta sensibilidad y especificidad.

La TGO presenta la dificultad de su presencia en el músculo esquelético así como en el hígado, pulmón, piel, etc, por lo que es la menos sensible desde ese punto de vista.

Finalmente la LDH, por lo tardío de su detección en la sangre y su larga permanencia en ella, no es recomendable para las primeras horas del IMA, es más útil en aquellos casos en que el paciente tiene varias horas de evolución, se caracteriza por presentarse 5 isoenzimas, LDH1,LDH2,LDH3,LDH4 y LDH5, de las cuales la 1 y 2 se hallan en el miocardio.

BIBLIOGRAFÍA.

1- Sobel BE. Infarto Agudo del Miocardio. Claude Bennett J, PlumFred. Cecil Tratado de Medicina Interna 20 ed. V1 La Habana: Ciencias Médicas, 1998. p344-351.

2- Widman FK. Enzimas séricas de importancia para el diagnóstico. En Widman FK Interpretación Clínica de pruebas de laboratorio. Barcelona: JIMS, 1981. p323-338.

3-Lehninger Albert L. Principios de Bioquímica. Ed. Omega, S.A./Barcelona, 1991. Cap9 Enzimas. p209-216.

4-Roca Goderich R, Smith Smith V, Paz Presilla E, Losada Gómez J, Serret Rodríguez B, Llamos Sierra N, et all. Temas de Medicina Interna V1. http://bvs.sld.cu/libros–texto/medicina-interna/capítulo 2031. html.

5-Hodnadel C David. Clinical enzymology. Tilton C Richard, Balow Albert, Hodnadel C David, Reis F Robert. Clinical Laboratory Medicine. Copyright 1992 by Mosby- Year Book, Inc. USA. P190-207.

Autor:

Lic. Bárbara Díaz Hernández

Lic. Maylin López González

MSc. Nubia Blanco Balbeito

Hospital Universitario "Mártires del 9 de Abril"

Sagua la Grande.

Villa Clara.

Material de apoyo.

Curso: 2004 2005