Bioqúimica General

ENZIMOLOGÍA CLÍNICA

Diagnóstico enzimático · Biosensores · Biorreactores · Nanotecnología

Antecedentes históricos Clasificación enzimática Nomenclatura Procedimiento AST Microgeles & Nanopartículas

Antecedentes

Historia de la Enzimología Clínica

1908

Wohlgemuth — Primera medición de amilasa en orina como ayuda diagnóstica. Algunas de estas primeras observaciones aún son utilizadas hoy.

1920 – 1930

Kay, King, Bodansky y Roberts — Estudios sobre fosfatasa alcalina en enfermedades óseas y hepáticas. Las mediciones de actividad enzimática en suero tienen aquí su origen sistemático.

Poco después de 1930

Kutscher, Wolbergs y Gutman — Reconocen el valor diagnóstico de la fosfatasa ácida en el cáncer de próstata.

1943

Warburg y Christian — Observan el incremento de enzimas glicolíticas en el suero de ratas con tumores. Fase importante de la enzimología sérica.

1955 ★ Hito moderno

LaDue, Wroblewski y Karmen — Informan el ascenso transitorio en suero de glutámico oxalacético transaminasa (AST) luego de un infarto de miocardio. Marca el inicio de la etapa moderna de la enzimología diagnóstica.

Fuente: Valdovinos, M. (2024). Enzimología Clínica [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=2T_paDNC0mc

Introducción

¿Qué es la Enzimología Clínica?

"La enzimología es una rama especial dentro de la bioquímica clínica, en la cual se aplica la ciencia de las enzimas al diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Es uno de los campos más importantes de la química clínica contemporánea." — Valdovinos, M. (2024)

📊 Importancia en el laboratorio

Los ensayos enzimáticos superan el 20–25% del trabajo total de los hospitales. Entre 12 y 15 enzimas son evaluadas rutinariamente.

🧪 Definición de enzima

Catalizador biológico — proteína que acelera la velocidad de una reacción química específica en la célula. No se destruye durante la reacción y se reutiliza una y otra vez.

🧬 Proteína catalítica

Son macromoléculas con actividad catalítica sobre sustratos específicos. Esta propiedad es la base de los métodos de análisis enzimáticos.

⚡ Altamente específica

Una célula contiene miles de tipos distintos de moléculas enzimáticas — cada una específica para una reacción química particular.

♻️ Reutilizable

Una sola molécula puede catalizar millones de reacciones. No se consume en el proceso, lo que la distingue de los reactivos convencionales.

Fuente: Valdovinos, M. (2024). Enzimología Clínica [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=2T_paDNC0mc

Clasificación

División 1: Plasma Específicas vs. No Plasma Específicas

Plasma específicas

Características

Cumplen su función específicamente en el plasma. Son de síntesis hepática. Su valor clínico está dado por la disminución de su actividad en plasma.

Ejemplos

Colinesterasa Factores de coagulación Proteínas del sistema fibrinolítico

No plasma específicas

Características

Función a nivel intracelular o en el tracto gastrointestinal. En el plasma su función se desconoce aún, aunque se encuentran de vez en cuando. Se cree que su presencia es producto del turnover normal entre célula y circulación.

Valor clínico

Está dado por el aumento de su actividad en plasma. A través de sus variaciones se intenta conocer la localización y naturaleza de los cambios patológicos de los tejidos.

Ejemplos

AST Creatina fosfoquinasa (CPK) Aldolasa

Fuente: Valdovinos, M. (2024). Enzimología Clínica [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=2T_paDNC0mc

Clasificación

División 2: Exocitoenzimas y Endocitoenzimas

Exocitoenzimas

Provenientes de glándulas exócrinas (páncreas, próstata, mucosa gástrica)
No cumplen su función en circulación
Presentan un nivel de actividad dentro de un rango de referencia
Ejemplos: Amilasa Quimiotripsina Fosfatasa ácida prostática

Endocitoenzimas

Sintetizadas y actúan dentro de la célula. Muy importantes para la enzimología clínica. Se sub-dividen en dos grupos:

Ubicuas

Ampliamente distribuidas en todos los tejidos. La mayoría de las enzimas pertenece a este grupo.

Láctico deshidrogenasa (LDH)

Órgano específicas ★

Las más valiosas clínicamente. Actúan en procesos metabólicos altamente específicos. Incluyen las isoenzimas.

5'-Nucleotidasa

Fuente: Valdovinos, M. (2024). Enzimología Clínica [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=2T_paDNC0mc

Nomenclatura

Clasificación por Acción Catalítica — 6 Clases

#	Clase	Acción	Ejemplo
1	Oxidorreductasas	Transferencia de H⁺ o e⁻ de un sustrato a otro	Succinato deshidrogenasa · Citocromo c oxidasa
2	Hidrolasas	Reacciones de hidrólisis	Lactasa: Lactosa + H₂O → Glucosa + Galactosa
3	Transferasas	Transferencia de un grupo químico (≠ H) entre sustratos	Glucoquinasa: Glucosa + ATP → ADP + Glucosa-6-P
4	Liasas	Ruptura o soldadura de sustratos	Ácido acetoacético ⇌ CO₂ + Acetona (reversible)
5	Isomerasas	Interconversión de isómeros (cambios en la composición química)	Gliceraldehído-3-P ⇌ Dihidroxiacetona-P (fosfotriosa isomerasa)
6	Ligasas	Unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de ATP/GTP	Piruvato carboxilasa: Piruvato + CO₂ + ATP → Oxalacetato + ADP + Pᵢ

Fuente: Valdovinos, M. (2024). Enzimología Clínica [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=2T_paDNC0mc

Principios

Principios del Análisis Enzimático

Concepto clave

La concentración de la mayoría de las enzimas en circulación es muy baja en condiciones fisiológicas. Por ello, el estudio en laboratorio se basa en la demostración in vitro de su actividad catalítica, no de su masa directamente.

⚖️ Balance entrada/salida

El nivel de actividad en sangre = tasa de entrada desde las células − tasa de inactivación o remoción. La presencia basal refleja el turnover celular normal.

Las enzimas son eliminadas a través de los sistemas retículo-endotelial, biliar o renal.

📏 Medición por velocidad

La cantidad de enzima presente en un fluido biológico es difícil de determinar en términos absolutos. Se resuelve midiendo la velocidad de la reacción catalizada usando un sustrato específico.

Bajo condiciones óptimas: velocidad ∝ cantidad de enzima.

🔬 Métodos de determinación

Se puede determinar la actividad enzimática analizando en condiciones óptimas de reacción:

La aparición de algún producto
La desaparición del sustrato
La variación de un factor (cofactores, etc.)

Fuente: Valdovinos, M. (2024). Enzimología Clínica [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=2T_paDNC0mc

Aplicación Clínica

Procedimiento: AST (Aspartato Aminotransferasa)

¿Qué es el AST?

Enzima intracelular presente en niveles altos en músculo del corazón, células del hígado y músculo esquelético. Se emplea principalmente para diagnóstico y seguimiento junto con la alanina aminotransferasa (ALT) y la fosfatasa alcalina.

Extracción de muestra sanguínea

Con jeringa desechable o vacutainer. Almacenar en tubo rojo.

Centrifugación y separación de suero

Centrifugar el tubo rojo para separar el suero sanguíneo.

Calibración del espectrofotómetro

Calibrar a cero con agua destilada (recomendado sobre el uso de aire).

Mezcla de reactivos

1 mL del reactivo AST + 100 µL de suero/plasma sanguíneo en un tubo.

Incubación y lectura

Mezclar, incubar 1 minuto. Leer la absorbancia inicial. Continuar leyendo cada minuto durante 3 minutos → 3 resultados.

Cálculo del promedio y resultado final

Calcular el promedio del incremento de absorbancia por minuto. Aplicar la fórmula:

Fórmula (ΔAbs₁ + ΔAbs₂ + ΔAbs₃) / 3 min × 1750 = U/L de AST

Ejemplo del video: resultado = 15.05 U/L de AST

Nanotecnología

Biosensores, Biorreactores y Vehículos de Fármacos

Aplicación industrial y biomédica de enzimas inmovilizadas

Los sistemas gelificados (microgeles y nanogeles) permiten inmovilizar enzimas y principios activos para fabricar biosensores específicos, biorreactores reutilizables y sistemas de liberación controlada de fármacos.

🔬 Biosensores amperométricos

Enzimas redox inmovilizadas en microgeles actúan como el componente biológico. Ej: glucosa oxidasa → sensor de glucosa de alta especificidad.

También se usan propiedades de amortiguamiento de fluorescencia para fabricar sensores ópticos.

⚗️ Biorreactores

Las enzimas protegidas por la matriz polimérica preservan su actividad durante largos períodos de tiempo. El sistema puede ser recuperado y reutilizado.

Alta relación superficie/volumen en las partículas facilita el contacto con el sustrato.

💊 Vehículos de fármacos

Nanopartículas híbridas encapsulan principios activos hidrofóbicos (dispersados en PCL) para su dispensación controlada en medios acuosos o vía oral/sueros.

Fuente: Grupo MATNABIO, UCM. https://www.ucm.es/otri/complutransfer-biosensores-biorreactores-y-vehiculos-de-farmacos

Tecnología

Microgeles y Nanogeles — Inmovilización Enzimática

Método de emulsión concentrada

¿Cómo funciona?

Se prepara una emulsión con fase acuosa > 75% del volumen total. Las gotas dispersadas forman estructuras poliédricas separadas por una pequeña película de fase oleosa.

La polimerización ocurre dentro de las estructuras al añadir el agente iniciador
La enzima, disuelta previamente en fase acuosa, queda encapsulada
Alta relación superficie/volumen → mayor contacto con sustrato
Alto rendimiento de encapsulación enzimática
La matriz polimérica protege la enzima → larga vida útil
Permite recuperación y reutilización del sistema

Síntesis de microgeles monodispersos

Por polimerización radical en solución acuosa de N-isopropilacrilamida. Tamaño controlable entre 5 nm y 1000 µm.

Tamaño de poro y difusión

Control del tamaño de poro

Variando la concentración de entrecruzante se puede controlar el tamaño de poro de los materiales y la difusión de sustratos a través de la matriz polimérica.

Caracterización

Determinación de tamaño y estructura de partículas sintetizadas
Partículas orgánicas, inorgánicas e híbridas de baja polidispersidad
Amplia variedad de enzimas encapsulables con este método

Aplicaciones de uso externo e interno

Uso externo: biosensores, biorreactores, cremas y geles cosméticos. Uso interno: encapsulación de medicamentos para dispensación oral o en sueros.

Fuente: Grupo MATNABIO, UCM. https://www.ucm.es/otri/complutransfer-biosensores-biorreactores-y-vehiculos-de-farmacos

Nanotecnología

Nanopartículas Híbridas — Estructura Núcleo@Corteza

PEG + PCL (corteza polimérica)

Capa de sílice (SiO₂)

Fe₃O₄
Núcleo
magnético

Núcleo magnético (Fe₂O₃ / Fe₃O₄)

Capa de sílice funcionalizable

Corteza polimérica (PEG + PCL)

Ruta de síntesis

Síntesis del núcleo magnético

Fe₂O₃ / Fe₃O₄ recubierto de sílice mediante microemulsión inversa.

Funcionalización de la sílice

La capa de SiO₂ se funcionaliza, permitiendo la unión covalente de enzimas y principios activos, o el crecimiento de polímeros biocompatibles.

Unión de PEG y PCL

PEG (cubierta hidrofílica) permite la dispersión en medios acuosos. PCL transporta sustancias hidrofóbicas.

Recuperación magnética

El núcleo magnético permite recuperar el sistema aplicando un campo magnético externo.

Nanopartículas inorgánicas disponibles

Fe₂O₃/Fe₃O₄ magnéticas Au, Ag ópticas NaYF₄:Yb,Er upconversion SiO₂

Fuente: Grupo MATNABIO, UCM. https://www.ucm.es/otri/complutransfer-biosensores-biorreactores-y-vehiculos-de-farmacos

Ventajas

Ventajas del Sistema y Grupo MATNABIO — UCM

Reducción de costes de producción

Principios activos que aseguran alta biodisponibilidad con tiempos de caducidad largos
Bajo impacto ambiental — uso de productos biocompatibles y biodegradables
Recuperación y reutilización de sistemas basados en micro/nanopartículas magnéticas

Distribución y manejo

Facilidad de manejo y aplicación clínica o industrial
Almacenamiento sencillo de los sistemas
Repercusión positiva sobre un porcentaje elevado de la población
Solubilidad controlada en medios acuosos

Grupo MATNABIO — Universidad Complutense de Madrid

📍 Ubicación y trayectoria

Departamento de Química en Ciencias Farmacéuticas, Facultad de Farmacia, UCM. Más de 10 años trabajando en estructura, caracterización y propiedades de sistemas coloidales y polímeros de interés biomédico.

🔬 Capacidades técnicas

Síntesis de partículas orgánicas, inorgánicas e híbridas de baja polidispersidad. Tamaños entre 5 nm y 1000 µm. Métodos de síntesis y caracterización de nanopartículas híbridas con estructura núcleo@corteza.

Fuente: Grupo MATNABIO, UCM. https://www.ucm.es/otri/complutransfer-biosensores-biorreactores-y-vehiculos-de-farmacos

Conclusiones

1

La enzimología clínica desempeña un papel esencial en la medicina moderna al proporcionar una ventaja única para comprender la salud y las enfermedades a nivel molecular, incluyendo diagnóstico preciso y temprano, monitoreo del tratamiento y avance de la investigación médica.

2

Al medir la actividad catalítica de las enzimas — no su masa directamente — los profesionales de la salud obtienen información valiosa sobre el funcionamiento de órganos y tejidos, lo que permite tomar decisiones terapéuticas más informadas.

3

Las enzimas órgano específicas (isoenzimas) son las más valiosas clínicamente por su alta especificidad en procesos metabólicos, lo que permite localizar con precisión el tejido afectado.

4

Los microgeles y nanogeles, mediante el método de polimerización en emulsión concentrada, permiten inmovilizar enzimas con alto rendimiento, preservando su actividad por largos períodos y facilitando la reutilización del sistema.

5

Las nanopartículas híbridas núcleo@corteza combinan propiedades magnéticas u ópticas con la capacidad de transportar enzimas y principios activos, abriendo nuevas posibilidades en biosensores, biorreactores y sistemas de liberación controlada de fármacos.

Fuentes: Valdovinos, M. (2024). YouTube · Grupo MATNABIO, UCM

Bibliografía

Referencias Bibliográficas

Fuente audiovisual

Valdovinos, M. (2024). Enzimología Clínica [Video]. YouTube.

https://www.youtube.com/watch?v=2T_paDNC0mc

Artículo técnico institucional

Grupo MATNABIO (s.f.). Biosensores, Biorreactores y Vehículos de Fármacos a partir de Enzimas y Principios Activos Inmovilizados en Microgeles y Nanopartículas Híbridas. Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación (OTRI) — Universidad Complutense de Madrid.

https://www.ucm.es/otri/complutransfer-biosensores-biorreactores-y-vehiculos-de-farmacos

Sobre el Grupo MATNABIO

Materiales Nanoestructurados Bioactivos · Departamento de Química en Ciencias Farmacéuticas · Facultad de Farmacia · Universidad Complutense de Madrid. Grupo dedicado más de una década al estudio de sistemas coloidales y polímeros de interés biomédico, con desarrollo de métodos para obtención de partículas orgánicas, inorgánicas e híbridas de baja polidispersidad (5 nm – 1000 µm).