Cinética enzimática

La producción en masa o fabricación en serie fue un proceso revolucionario en la producción industrial de principios del siglo XX, cuya base es la cadena de montaje o línea de ensamblado; una forma de organización de la producción que delega a cada trabajador una función específica y especializada en máquinas también muy especializadas.

La sinergia entre hombre y máquina daba a luz por primera vez en la historia de la industria, a millares de productos por día. La eficiencia había nacido en la industria y pronto se desarrollaría a niveles hasta entonces inimaginables.

Coca cola es un buen ejemplo de este estilo de producción, compañía que hace ver el difícil proceso de abastecimiento de bebidas para el mundo entero como un juego de niños. En una de sus fábricas, cuenta con una máquina de envasado que le permite llenar unas 28 latas por segundo, alcanzando la sorprendente cantidad de 100 mil latas por hora.

Yo vivo en la ciudad de Chihuahua, una población que ronda los 820 mil habitantes. Con esta máquina embotelladora, se podría llenar todas las latas de refresco necesarias para abastecer a toda la población en tan sólo ¡8 horas!

Ahora bien, mucho antes de que el hombre desarrollara esta tecnología de fabricación en masa, la naturaleza se nos había adelantado en ello, a través de sofisticadas y especializadas máquinas moleculares que son capaces de transformar una sustancia química en otra a velocidades vertiginosas.
Estas sorprendentes moléculas reciben el nombre de enzimas.

Resulta que nuestras células requieren generar millones de reacciones químicas para su adecuado funcionamiento pero no pueden esperar a que estas reacciones sucedan por sí solas, pues en la mayoría de los casos, se trata de reacciones químicas que se llevarían a cabo por sí mismas en muchísimo tiempo, incluso años y la célula, no dispone de ese tiempo. Requiere de una máquina capaz de producir reacciones químicas en serie con una alta eficiencia y muchísima rapidez y para ello, la célula se valdrá de las enzimas, unas proteínas enormes especialistas en provocar dichas reacciones.

Esta velocidad de reacción de las enzimas, llamada número de recambio enzimático, ha sido ampliamente estudiada y hoy, hablaremos de algunas enzimas y sus velocidades de recambio.
Para comenzar, vayamos hasta el interior de una célula humana. Quiero que las visitemos porque ellas siempre se están multiplicando para reemplazar a las células viejas por células nuevas a fin de mantener nuestro organismo en óptimas condiciones. En su interior, en el núcleo de la célula, está presente una enzima llamada ADN polimerasa, ella es la encargada de copiar el ADN de una célula para que esta pueda dividirse. Para que pueda comprender la sorprendente velocidad de reacción de la polimerasa en cuestión, usted primero debe saber que el ADN humano, tiene poco más de 3,000 millones de pares de unidades que lo conforman (adenina, timina, guanina y citosina).

La célula humana, antes de dividirse en dos, duplicará su ADN en aproximadamente 7 horas, y para ello empleará una serie de ADN polimerasas que trabajaran en equipo para alcanzar la meta. Son como un conjunto de carpinteros que construyen una escalera de mano, uniendo peldaño por peldaño, hasta completar 3,000 millones de cada uno de ellos.

Las polimerasas son esos carpinteros. Su función es pegar a cada uno de estos peldaños con su peldaño complementario (une una molécula de adenina con una molécula de timina, y una molécula de guanina con una molécula de citosina y viceversa), y lo hace uniendo estas moléculas mediante una reacción química a razón de unos 150 nucleótidos o peldaños por segundo…

Ahora, vayamos al sistema nervioso para conocer a la siguiente enzima. En el cerebro, la información entre neuronas se lleva a cabo a través de sustancias químicas que viajan de neurona a neurona. Una de estas sustancias químicas que su cerebro produce para enviar mensajes intercelulares, es la acetilcolina. Un neurotransmisor que una vez que es liberado, se une a su receptor en otra célula y le entrega un mensaje. Una vez cumplida su función, debe ser degradado de inmediato para dejar libre el receptor para recibir el siguiente impulso nervioso o señal química. Todo esto debe suceder en fracciones de segundo y para ello, un ejército de enzimas acetilcolinesterasas está listo para degradar la acetilcolina, rompiéndola para que no siga activando al receptor celular. Todo esto, a un ritmo 140 mil reacciones químicas por segundo. Sí, cada acetilcolinesterasa, degradará la acetilcolina una vez que esta haya cumplido su función. La enzima anterior, genera 750 reacciones químicas por segundo, pero esta enzima alcanza las ¡140 mil reacciones por segundo! ¿Puede imaginarlo?

En tercer lugar, mencionaremos a la anhidrasa carbónica, una enzima que fabrica ácido carbónico (como el gas que usan en las gaseosas), uniendo químicamente dióxido de carbono con agua. Esta enzima es capaz de tomar, 400 mil moléculas de CO2 y unirlas, una por una, a 400 mil moléculas de agua en tan solo 1 segundo. Así es, 400 mil reacciones químicas por segundo.

Y finalmente, les presentaré a la campeona de todas las enzimas, acompáñenme a mi laboratorio para mostrarle un sonido. Pasen por favor… Permítanme poner un poco de peróxido de hidrógeno (agua oxigenada, H2O2) y agregarle una enzima llamada Catalasa… Escuche con atención: Lo que usted escucha es el oxígeno que escapa al liberarse mientras la catalasa lo transforma en agua y oxígeno a una velocidad de 40 millones de moléculas por segundo.

Ahora bien, si la catalasa fuera una máquina de embotellado de coca cola, llenaría las 120 millones de latas requeridas (1 para cada mexicano) en 3 segundos y surtiría al mundo entero en 3 minutos de 7,300 millones de latas con refresco para todos los humanos del planeta.

Mi país, México, ostenta el nada honroso record mundial de ser el primer lugar en consumo per cápita de Coca Cola, con un promedio de 650 latas (355 ml) por persona al año. En un país de 120 millones de habitantes, donde la mitad de la población suele consumirla, los mexicanos consumimos en conjunto unas 39,000 millones de latas al año. Cantidad, que de ser producida con una sola máquina embotelladora, trabajando sin parar las 24 horas del día, le tomaría poco más de 44 años para embotellarlas. Pero si la catalasa fuera esa máquina, lo haría en tan sólo 15 minutos.

Así pues, lo que el ser humano puede hacer con su tecnología, se ve ampliamente superado por la naturaleza extrema en el interior de la célula. Lo que a la embotelladora le tomaría 44 años, a la catalasa sólo tardaría 15 minutos.

A mí esto me parece naturaleza extrema, ¿A usted también le parece?