En biología, uno de los factores que define a un ser vivo de un objeto inanimado es la capacidad del organismo para llevar a cabo reacciones químicas que son cruciales para su supervivencia. Incluso los organismos unicelulares son capaces de cientos de reacciones químicas dentro de sus paredes celulares. Imagínese la infinita cantidad de reacciones que lleva a cabo un organismo grande como un ser humano. Ninguna de estas reacciones es posible sin enzimas.
Las enzimas son catalizadores o auxiliares biológicos. Las enzimas consisten en varios tipos de proteínas que funcionan para impulsar la reacción química requerida para una acción o nutriente específico. Las enzimas pueden iniciar una reacción o acelerarla. Los productos químicos que se transforman con la ayuda de enzimas se denominan sustratos. En ausencia de enzimas, estos productos químicos se denominan reactivos.
Para ilustrar la velocidad y eficiencia de las enzimas, los sustratos se pueden transformar en productos utilizables a razón de diez veces por segundo. Teniendo en cuenta que se estima que hay 75,000 enzimas diferentes en el cuerpo humano, estas reacciones químicas se realizan a un ritmo asombroso. Por otro lado, en ausencia de enzimas, los reactivos pueden tardar cientos de años en convertirse en un producto utilizable, si es que pueden hacerlo. Es por eso que las enzimas son cruciales para el sustento de la vida en la tierra.
Generalmente, las enzimas actúan sobre los sustratos de una de estas tres formas: orientación del sustrato, estrés físico y cambios en la reactividad del sustrato. La orientación del sustrato ocurre cuando una enzima hace que las moléculas de sustrato se alineen entre sí y formen un enlace. Cuando una enzima usa estrés físico sobre un sustrato, en efecto agarra el sustrato y fuerza a la molécula a romperse. Una enzima que provoca cambios en la reactividad del sustrato altera la ubicación de los electrones de la molécula, lo que influye en la capacidad de la molécula para unirse con otras moléculas.
Las enzimas tienen sitios activos donde entran en contacto con sustratos particulares. Las propiedades catalíticas de las enzimas son un proceso cíclico. Una vez que un sustrato ha entrado en contacto con el sitio activo de una enzima, la enzima lo modifica para formar el producto final. Una vez que se completa el proceso, la enzima libera el producto y está lista para comenzar el proceso con nuevos sustratos. Las enzimas nunca se desperdician y siempre se reciclan.
La ausencia de enzimas es responsable de muchas enfermedades. En los seres humanos, una enfermedad trágica llamada fenilcetonuria (PKU), que causa retraso mental severo e incluso la muerte en los bebés, es el resultado de la ausencia de un tipo de enzima. La enfermedad de Tay-Sachs es un resultado igualmente trágico de una deficiencia enzimática. Causa retraso, parálisis y, a menudo, la muerte en la primera infancia si no se trata.
Nuestra capacidad para alterar las enzimas inhibiendo sus capacidades de funcionamiento ha dado como resultado cientos de medicamentos que salvan vidas. Un ejemplo es la penicilina, un antibiótico bien conocido que puede curar la sífilis, la neumonía y otras enfermedades. La penicilina actúa uniéndose a los sitios activos de las enzimas de las bacterias que causan la enfermedad y, en última instancia, destruye la capacidad de las bacterias para sobrevivir y reproducirse.