Esta es una gran pregunta, y pasé un tiempo pensando en la mejor manera de responder a su pregunta. La respuesta corta es que la vida de la enzima está determinada por su secuencia y estructura, que dicta su estabilidad y, en última instancia, su actividad. Los ingenieros pueden mejorar la estabilidad y actividad de las enzimas al agregar o sustraer aminoácidos, agregar aminoácidos no naturales a la secuencia o etiquetar la enzima con proteínas o polímeros que mejoran su estabilidad o vida media. Sin embargo, con el fin de mejorar la comprensión, describiré cómo la actividad de una enzima se ve afectada por los mecanismos endógenos en un ambiente ejemplar: el estómago.
Las enzimas pueden catalizar más de una reacción en su vida, y esta propiedad es importante tanto para la biología básica como para el uso biotecnológico de enzimas (por ejemplo, enzimas utilizadas para descomponer la biomasa en componentes útiles [1]). Sin embargo, como mencionaste, las enzimas pierden actividad con el tiempo, y muchos mecanismos diferentes pueden reducir la actividad de las enzimas con el tiempo. Por ejemplo, el agotamiento del sustrato puede reducir la actividad (es decir, la velocidad de producción del producto). Además, las proteínas exhiben una estructura terciaria que puede ser alterada por ambientes fuera del rango fisiológico. Por ejemplo, la pepsina es una enzima liberada por las células principales en el estómago, y su actividad es óptima a pH ácido. Fuera del rango natural de pH en el estómago (pH ~ 1.5-3.5), la actividad de la pepsina se reduce, pero esta reducción en la actividad es reversible (lo que significa que el cambio de estructura puede revertirse al devolver el pH a 1.5-3.5 [ 2]). Sin embargo, la actividad de la pepsina se reduce irreversiblemente por el pH por encima de 8. Por lo tanto, la vida útil de la enzima se regula a través de cambios en el medio ambiente (pH, temperatura fuera del rango fisiológico). Los inhibidores enzimáticos secretados por células también pueden afectar la actividad de las enzimas uniéndose reversiblemente al sitio activo de la enzima. Por ejemplo, la peptistatina es un pequeño péptido liberado por las células que se une reversiblemente a la pepsina para reducir temporalmente su actividad [3-4]. Un mecanismo adicional de control de enzimas es la retroalimentación de los productos de degradación. Por ejemplo, la descomposición de sustratos particulares genera productos que pueden retroalimentar y servir como inhibidores de la enzima [5]. Finalmente, la actividad de la enzima se puede reducir mediante la recaptación de la enzima por las células, ya que se ha demostrado que las células epiteliales de la laringe captan pepsina a través de endocitosis [6].
A largo plazo, las células también pueden regular su secreción de enzimas en respuesta a los cambios en el microambiente celular. Las proteínas se pueden regular a nivel transcripcional (ADN a ARN) a través de cambios en la unión de proteínas particulares a la región no codificante del ADN corriente arriba del gen que codifica la enzima. Las células también pueden regular la actividad de la proteína en el nivel de traducción a través de la expresión de micro ARN complementario al ARN que codifica la enzima. Finalmente, la liberación de enzimas digestivas de las células está regulada por el almacenamiento en vesículas intracelulares, que pueden ser dirigidas a la liberación en la membrana celular tras la estimulación de la célula con ligandos particulares ( p . Ej. Péptido liberador de gastrina, péptido intestinal vasoactivo, acetilcolina, CCK) . Por lo tanto, en un ambiente con una gran cantidad de energía, nutrientes y aminoácidos, no hay un suministro limitado de enzimas: las células pueden producir, empaquetar y liberar enzimas en el momento adecuado.
Para volver a su pregunta original, las enzimas pueden catalizar la hidrólisis de más de una molécula de sustrato, y con el tiempo, esta actividad se reduce por mecanismos endógenos (cambios en el pH o la temperatura, liberación de inhibidores, reabsorción por parte de las células). Sin embargo, la vida útil de la enzima está totalmente dictada por su secuencia y estructura, y esta es la razón por la cual los ingenieros a menudo optimizarán la actividad enzimática al cambiar la secuencia (y, por lo tanto, la estructura).
¡Espero que esto ayude!
Referencias
[1] http: //www.biotechnologyforbiofu…
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Pe…
[3] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pub…
[4] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pub…
[5] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pub…
[6] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubm…
[7] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/book…
