Enzimas bacterianas

Las bacterias son los microorganismos procariotas más abundantes del planeta. Existen gran cantidad de tipos diferentes de bacterias, que se pueden clasificar según su morfología, su forma de nutrición, etc.

A pesar de estas diferencias, también presentan múltiples características en común, como la ausencia de núcleo delimitado por una membrana o la realización del proceso de replicación. Algo que también comparten todos los tipos de bacterias es la presencia de proteínas de carácter enzimático, que les permiten llevar a cabo distintos procesos: nutrición, replicación, etc. Dependiendo del tipo de nutrición que realicen, las bacterias tienen unas enzimas u otras, y éstas serán las responsables de llevar a cabo los procesos metabólicos.

Bacterias fotosintéticas. Este grupo de bacterias, entre las que se encuentran las cianobacterias, utiliza la luz como fuente para la obtención de energía química. Las dos enzimas fundamentales en el proceso de fotosíntesis son la NADP-reductasa, que transfiere electrones al NADP, y la ATP-sintetasa, que sintetiza moléculas de adenosín trifosfato (ATP), el compuesto energético por excelencia. En la fase oscura de la fotosíntesis destaca la ribulosa-difosfato carboxilasa oxidasa, que une CO2 a un compuesto azucarado, metabolito del ciclo de Calvin.

Bacterias quimioautótrofas. Obtienen la energía de reacciones químicas y utilizan el CO2 como fuente de carbono. En este grupo se pueden encontrar diversos tipos de bacterias: las nitrificantes o las oxidadoras de azufre y de hierro, que realizan sus reacciones metabólicas por la acción de las oxidasas, y que son capaces de incorporar oxígeno a distintos elementos, oxidándolos; y las bacterias oxidadoras del hidrógeno, que utilizan una hidrogenasa que también provoca la oxidación de compuestos.

Bacterias quimioheterótrofas. Son el grupo más numeroso. Obtienen energía a partir de procesos de oxidación-reducción de moléculas orgánicas. La inmensa mayoría realizan la fermentación (proceso metabólico en ausencia de oxígeno). Entre las enzimas implicadas en la fermentación alcohólica, se encuentran las descarboxilasas, que liberan moléculas de CO2, como la piruvato descarboxilasa; o las deshidrogenasas, como la alcohol-deshidrogenasa, que cataliza reacciones de reducción.

Tolerancia al oxígeno

Además de por su tipo de nutrición, las bacterias pueden clasificarse en dos grandes grupos dependiendo de su tolerancia al oxígeno: las denominadas aerobias pueden vivir y crecer en presencia de cantidades normales de oxígeno, mientras que las anaerobias se desarrollan en su ausencia. La razón de esta diferencia es la presencia o no en ellas de ciertas enzimas, como la catalasa, la peroxidasa y la superóxido dismutasa, capaces de destruir las formas tóxicas que se pueden formar a partir del oxígeno. Las bacterias aerobias cuentan con estas enzimas, mientras que las anaerobias carecen de ellas.

Mecanismos de replicación, transcripción y traducción

Las bacterias también realizan otro tipo de funciones imprescindibles para su supervivencia. Este es el caso de los mecanismos de replicación, transcripción y traducción de los ácidos nucleicos, gracias a los cuales las bacterias transmiten su información genética a los nuevos microorganismos. Para llevar a cabo estos procesos, las bacterias cuentan con unas series de enzimas que, al contrario que las enzimas metabólicas, presentan estructura y función comunes a todos los tipos bacterianos:

Replicación. El proceso de replicación, en el que el ADN bacteriano se duplica, es catalizado por las ADN polimerasas, capaces de fabricar una cadena de ADN a partir de una espiral, o hebra, que toman como modelo estructural En las bacterias existen tres tipos diferentes de ADN polimerasas: la I, la II y la III. Las de tipo III se encargan de sintetizar cadenas hijas a partir otras que actúan como molde; las de tipo I rellenan los huecos que pueden quedar sin ADN en la síntesis de la cadena retardada; por último, las de tipo II tienen una función todavía desconocida. Otras enzimas que participan en el proceso son: la primasa, capaz de sintetizar un fragmento de ARN para el comienzo de la síntesis de la cadena retardada; la ADN ligasa, que une los fragmentos de ADN adyacentes de la hebra retardada; o las helicasas, capaces de ir desenrollando la doble hélice de ADN para que las demás enzimas puedan “situarse” y realizar su función.

Transcripción. Durante este proceso, se genera una molécula de ARN a partir de una cadena de ADN. La enzima que cataliza esta síntesis es la ARN polimerasa, la cual, al contrario que en organismos más complejos, es única para transcribir todos los genes de una bacteria.

Traducción. Es el mecanismo por el que el ARN se convierte en una proteína, y en él se utilizan unas enzimas denominadas aminoacil-ARNt sintetasas. En la bacteria Escherichia coli, por ejemplo, existen veinte sintetasas, una para cada aminoácido.

Las enzimas bacterianas y los diagnósticos clínicos

Las enzimas bacterianas desempeñan por otra parte una función esencial para su tipificación y detección, de gran utilidad en el establecimiento de diagnósticos clínicos. Existen determinadas enzimas que son características de géneros bacterianos concretos. En virtud de ello, las bacterias son sometidas a diversas pruebas bioquímicas con las que se puede medir la presencia o ausencia de estas enzimas, y así diferenciar unos agentes infecciosos de otros.

Cabe citar entre estas enzimas la catalasa, propia de géneros como Staphylococcus, Bacillus y Lysteria y ausente en las bacterias del género Streptococcus; la oxidasa, presente en Pseudomonas, Legionella y Neisseria y ausente en la familia de las Enterobacteriaceae; o la lactasa, propia de E. coli, Enterobacter y Klebsiella y no de Salmonella o Shigella.