ⓘ Promiscuidad enzimática. La promiscuidad enzimática es una propiedad que la mayoría de las enzimas posee, ya que resulta esencial para la evolución de nuevas fu ..

                                     

ⓘ Promiscuidad enzimática

La promiscuidad enzimática es una propiedad que la mayoría de las enzimas posee, ya que resulta esencial para la evolución de nuevas funciones enzimáticas.

Las enzimas son catalizadores remarcablemente específicos, pero con frecuencia poseen otras actividades que pueden ser cuantitativamente muy pequeñas y por lo tanto encontrarse en condiciones naturales bajo selección neutra. A estas actividades secundarias se las llama actividades promiscuas.

A pesar de que en condiciones ordinarias estas actividades promiscuas pueden ser fisiológicamente irrelevantes, bajo nuevas presiones selectivas estas actividades pueden conferir una ventaja adaptativa, la cual eventualmente puede iniciar la evolución de esta actividad promiscua para convertirse en la nueva actividad principal de la enzima. ​

                                     

1. Introducción

Las enzimas han evolucionado para catalizar una reacción química en particular con un determinado sustrato de modo de obtener una alta eficiencia catalítica k cat /K M, cf. ver cinética de Michaelis–Menten. Pero además de esta actividad principal, las enzimas poseen otras actividades que por lo general son varios órdenes de magnitud más pequeñas, que no resultaron como producto de una selección evolutiva y que por lo tanto no toman parte en la fisiología normal del organismo. ​ Este fenómeno permite adquirir nuevas funciones ya que estas actividades promiscuas pueden conferir una ventaja adaptativa bajo nuevas presiones selectivas, lo que puede conducir la duplicación del gen y su selección como nueva actividad principal de la enzima.

                                     

2. Evolución enzimática

Duplicación y divergencia

Existen varios modelos teóricos para predecir el orden de los eventos de duplicación y especialización, pero el proceso real es bastante más enredado y difuso. ​

                                     

3. Metabolismo primordial

En 1976 Roy Jensen teorizó que las enzimas primordiales deberían haber sido altamente promiscuas para establecer redes metabólicas ensambladas en forma de almazuela o patchwork de ahí su nombre el modelo de patchwork. Esta versatilidad catalítica primordial se perdió posteriormente en favor de enzimas ortólogas altamente especializadas. ​

                                     

4. Distribución

La promiscuidad enzimática, sin embargo, no es solo una característica primordial; de hecho es una propiedad muy extendida en los genomas modernos.

Se han llevado a cabo una serie de experimentos para evaluar la distribución de actividades enzimáticas promiscuas en E. coli.

En E. coli se evaluaron 104 cepas cada una knockout para un único gen. En esta bacteria 21 de las 104 cepas knockout evaluadas (de la colección Keion ​

                                     

5. Homología

Las enzimas homólogas son a veces conocidas por mostrar un cierto grado de promiscuidad hacia las reacciones principales de otras homólogas. ​

                                     

6. Grados de promiscuidad

Las enzimas se encuentran generalmente en un estado de compromiso no sólo entre estabilidad y eficiencia catalítica, sino también entre especificidad y evolutibilidad, estos dos últimos dictan cuando una enzima es generalista altamente evolucionable debido a una gran promiscuidad, pero con una actividad principal baja, o especialista una alta actividad principal, pero pobre evolutibilidad debida a su baja promiscuidad. ​



                                     

7. Biocatálisis

Para llevar a cabo reacciones de biocatálisis, se buscan muchas reacciones que no se encuentran presentes en la naturaleza. Para conseguir esto, se hace uso de enzimas que tienen una pequeña actividad promiscua hacia la actividad buscada, y se las obliga a evolucionar por medio de evolución dirigida o diseño racional. ​

                                     

8. Drogas y promiscuidad

Pese a que la promiscuidad se estudia principalmente en términos de cinética enzimática, la fijación de drogas y la subsecuente reacción puede considerarse una actividad promiscua toda vez que la enzima catalice una reacción frente a un sustrato que no había evolucionado para catalizar. ​