¿Qué son las “enzimas promiscuas”?

Por Francisco J. Plou (CSIC)*

Las enzimas son catalizadores biológicos, o biocatalizadores, responsables de regular y acelerar de forma sustancial la velocidad de las reacciones químicas en los seres vivos. Trabajos de los químicos estadounidenses Sumner y Northrop (ambos compartieron Premio Nobel de Química en 1946, junto con Stanley) permitieron determinar que las enzimas eran proteínas. Por tanto, al igual que estas últimas, las enzimas están formadas por aminoácidos y juegan un papel crucial en casi todos los procesos biológicos. El potencial químico de un ser vivo queda definido por su información genética, y las enzimas son las entidades biológicas que convierten dicha información en acción. Dicho de otro modo, las enzimas son proteínas que incrementan la velocidad de una reacción química sin consumirse y recuperándose sin cambios esenciales. Así, las enzimas son muy eficaces y específicas, ya que cada una está especializada en procesar una reacción concreta.

En esta imagen de microscopía electrónica de barrido se pueden observar tres enzimas distintas formando complejos cristalinos con fosfato de cobre. Los complejos de proteína y sal crecen formando estructuras semejantes a algunas flores. / David Talens Perales (IATA-CSIC). FOTCIENCIA16

En esta imagen de microscopía electrónica de barrido se pueden observar tres enzimas distintas formando complejos cristalinos con fosfato de cobre. Los complejos de proteína y sal crecen creando estructuras semejantes a algunas flores. / David Talens Perales (IATA-CSIC). FOTCIENCIA16

En los últimos años, un nuevo concepto, que se contrapone a esta especificidad de las enzimas, ha adquirido un notable protagonismo: la promiscuidad. Este término nos puede evocar a relaciones poco estables o “de flor en flor” entre personas, pero también se ha he­cho un hueco en el ámbito de la bioquímica, si bien suele utilizarse en su lugar el concepto más académico de “amplia especificidad”. En el metabolis­mo cada enzima se ha especializado, a través de la evolución, en una determinada reacción química, para lo que es necesa­rio que la enzima reconozca un sustrato muy concreto. Este es el caso de la glucosa oxidasa, una enzima que solo reconoce a la glucosa y se muestra indiferente con azúcares muy similares como la galactosa o la fructosa. Por ello tiene múltiples aplicaciones en biotecnología, entre las que destaca el poder cuantificar la glucosa libre en los fluidos biológicos (sangre y orina), base de los biosensores de las personas diabéticas. Sin embargo, cada año se publican nuevos artículos en los que se reseña cómo una enzima es capaz de aceptar sustratos alternativos al original (lo que se denomina “promiscuidad de sustrato”) o, lo que resulta mucho más rompedor, catali­zar otro tipo de transformaciones químicas (lo que se conoce como “promiscuidad catalítica”). La mayoría de enzimas, entonces, son promiscuas.

¿De dónde proviene esta propiedad? Se cree que las enzimas actuales han evolucionado a partir de enzimas ancestrales que mostraban una gran promiscuidad, esto es, las primeras enzimas eran generalistas y realizaban por tanto funciones muy diversas. Así, las células no podían gastar energía en producir enzimas especializadas y preferían en­zimas multifunción, como esos sacacorchos que, además de permitirnos abrir una botella de vino, incluyen una pequeña navaja y un sinfín de accesorios. Pero con el tiempo fue nece­sario dotar a las enzimas de mayor actividad catalítica y espe­cificidad, como laboriosa “mano de obra” cada vez más especializada y eficaz. Parece ser una consecuencia evidente de la divergencia evolutiva.

Estos conceptos chocan de frente con los descritos en uno de los libros más vendidos sobre estas cuestiones en los últimos años, La enzi­ma prodigiosa, del médico Hiromi Shinya. El autor señala, con poca base científica, que en nuestro organismo “hay una enzima madre, una enzima prototipo, sin especialización. Hasta que esta enzima madre se convierte en una enzima específica como respuesta a una necesidad particular, tiene el potencial de convertirse en cual­quier enzima”.

La Mata Hari de las enzimas

Pero sigamos con nuestras enzimas promiscuas. Desde el punto de vista aplicado, la promiscuidad de sustrato presenta connotaciones de gran interés. Por un lado, para ciertos usos es deseable que las enzimas sean poco es­pecíficas. Nos referimos, por ejemplo, a su empleo en deter­gentes, donde una lipasa debe atacar cuantos más tipos de manchas de grasa, mejor, o a su utilización en descontaminación, en la que una oxidorreductasa es preferible que oxide el mayor número posible de compuestos recalcitrantes.

En cuanto a la promiscuidad catalítica, que implica que una misma enzima es funcional en reacciones que pertenecen a varias de las seis clases descritas en el cuadro de la imagen (tabla 1), es notorio el caso de la lipasa B de la levadura Candida an­tarctica. Esta enzima, a la que podríamos denominar la Mata Hari de la enzimología, se ha convertido en uno de los bio­catalizadores con mayores aplicaciones industriales. Por citar algunas: cataliza reaccio­nes diversas que incluyen la hidrólisis e interesterificación de grasas, la obtención de poliésteres, la síntesis de amidas, reso­luciones racémicas, condensaciones aldólicas, epoxidaciones y la reacción de Mannich, que se usa por ejemplo para sintetizar fármacos, entre otras cosas. Como señalan algunos científicos, “es el momento de investigar nuevas re­acciones para viejas enzimas”. Con ello aumentarán las posibilidades catalizadoras de las enzimas.

 

* Francisco J. Plou es investigador en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC y autor del libro ‘Las enzimas’ (Editorial CSIC  Los Libros de la Catarata).

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