La anhidrasa carbónica es una proteína que ayuda a regular el equilibrio ácido-base y el pH en la sangre y otros tejidos animales. Es conocido principalmente por su papel en la transformación del dióxido de carbono en bicarbonato para ser transportado a los pulmones. Esta proteína está presente en la mayoría de los organismos, desde bacterias hasta plantas. También es de interés farmacéutico, con varios fármacos que inhiben su actividad.
El dióxido de carbono (CO2) se produce a partir de la respiración aeróbica y la descomposición de las grasas. Se elimina del cuerpo por exhalación de los pulmones. El dióxido de carbono producido en todo el cuerpo necesita ser transportado a través de la sangre para llegar a los pulmones. Se transporta en varias formas, principalmente como bicarbonato, HCO3-. El bicarbonato es CO2- con un grupo OH unido. Cuando el bicarbonato llega a los pulmones, se transforma de nuevo en dióxido de carbono, por lo que puede ser exhalado por el cuerpo.
La anhidrasa carbónica convierte el dióxido de carbono en bicarbonato en una reacción reversible, principalmente en los glóbulos rojos. Esta reacción puede ocurrir espontáneamente, pero la tasa es demasiado lenta para las necesidades del cuerpo. Al ser una enzima, la anhidrasa carbónica acelera dramáticamente la velocidad de reacción. Es una de las enzimas más rápidas conocidas. Esta reacción atrapa el bicarbonato en las células, ya que no puede difundirse dentro y fuera de las células como el dióxido de carbono.
La anhidrasa carbónica tiene una molécula de zinc en su sitio activo, y es parte de una clase de enzimas conocidas como metaloenzimas. Esta es parte de la razón por la cual los humanos requieren zinc en su dieta. El mecanismo de anhidrasa carbónica implica una molécula de agua que se une al átomo de zinc. Un grupo OH luego se une al átomo de carbono del CO2, dando como resultado un ion bicarbonato. Esto es seguido por el lanzamiento de H +, un protón.
Hay varias anhidrasas carbónicas diferentes que se encuentran en diferentes organismos. Hay cinco clases conocidas que parecen haber evolucionado independientemente. Una de las clases es la clase alfa que comprende al menos 14 formas de enzimas humanas. Sus propiedades varían según el compartimento celular o el tejido en el que se encuentran.
Muchas de las formas son extracelulares o unidas a la membrana. Esto puede ayudar a mejorar la difusión de dióxido de carbono y protones dentro de la célula. La anhidrasa carbónica puede alterar los gradientes de pH intracelular al aumentar el movimiento de protones. Esto puede ayudar a la célula a mantener un pH celular constante. El exceso de protones intracelulares puede interferir con muchas reacciones celulares.
El papel de la anhidrasa carbónica varía en diferentes tejidos. En el estómago, participa en la secreción de ácido estomacal, mientras que mantiene la saliva neutral. También influye en el contenido de agua de las células en los ojos y los riñones. Si las anhidrasas carbónicas en estos lugares están ausentes o no funcionan correctamente, esto puede conducir a la enfermedad. Por ejemplo, si se acumula demasiado líquido en el ojo, puede provocar glaucoma.
Varios inhibidores de la anhidrasa carbónica se usan comercialmente como medicamentos farmacéuticos, principalmente para controlar el glaucoma. El inhibidor más común utilizado es la acetazolamida. También se usa para tratar la epilepsia y el mal de altura, junto con varias otras afecciones.
En las plantas, el dióxido de carbono del aire se convierte en azúcar en presencia de la luz solar mediante el proceso de fotosíntesis. El exceso de dióxido de carbono se almacena en la planta como bicarbonato. Las plantas usan anhidrasa carbónica para convertir el bicarbonato nuevamente en dióxido de carbono, por lo que puede usarse en la fotosíntesis.