enzima
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El grado de especificidad de las enzimas es muy alto, pueden distinguir incluso entre diferentes tipos de isómeros. Se cree que la especificidad de la enzima es debido a la forma particular de una pequeña parte conocida como sitio activo, la cual se fija a la contraparte complementaria en el sustrato.
Regreso al incio de enzimas
5.4 Factores que afectan la actividad enzimática.-
Concentración del sustrato.- A mayor concentración del sustrato, a una concentración fija de la enzima se obtiene la velocidad máxima. Después de que se alcanza esta velocidad, un aumento en la concentración del sustrato no tiene efecto en la velocidad de la reacción.
Concentración de la enzima.- Siempre y cuando haya sustrato disponible, un aumento en la concentración de la enzima aumenta la velocidad enzimática hacia cierto límite.
Temperatura.- Un incremento de 10°C duplica la velocidad de reacción, hasta ciertos límites. El calor es un factor que desnaturaliza las proteínas por lo tanto si la temperatura se eleva demasiada, la enzima pierde su actividad.
pH.- El pH óptimo de la actividad enzimática es 7, excepto las enzimas del estómago cuyo pH óptimo es ácido.
Presencia de cofactores.- Muchas enzimas dependen de los cofactores, sean activadores o coenzimas para funcionar adecuadamente. Para las enzimas que tienen cofactores, la concentración del cofactor debe ser igual o mayor que la concentración de la enzima para obtener una actividad catalítica máxima.
Lectura 4.1Lea el texto titulado "Enzimas de fuerza industrial" y realice un cuadro sinóptico que muestre los usos de las enzimas indicados en la lectura. Envíe su trabajo al correo electrónico del profesor.
Actividad 4.4: Resuelva la actividad 4.4 siguiendo el vínculo.
Regreso al incio de enzimas
Mapa conceptual de bioquímica
Zárraga, J.C.; Velázquez, I.; Rodríguez, A.; Castells, Y. Química. México, McGraw-Hill, 2003.
6. POLÍMEROS SINTÉTICOS
Objetivo: Identificar los polímeros sintéticos más importantes, su proceso de formación y sus aplicaciones más importantes.
6.1 Definición 6.2.2 Polímeros de condensación 6.2 Clasificación de los polímeros Actividad IV-5 6.2.1 Polímeros de adición Lectura: Nylon
6.1 Definición
Los polímeros son sustancias formadas a partir de miles de moléculas pequeñas llamadas “monómeros”, las cuales se unen para formar moléculas de gran tamaño. Los monómeros reaccionan entre sí para formar esas grandes moléculas, cuyas masas moleculares son muy elevadas.
Regreso inicio polímeros
6.2 Clasificación de los polímeros
Polímeros
Naturales: Se encuentran en la naturaleza. Ejemplos: Celulosa, almidón,proteína, ácidos nucleicos, etc.
Sintéticos: Generalmente derivados del petróleo. Se elaboran artificialmente. Ejemplos: Polietileno, nylon, teflón, etc.
De adición
De condensación
La celulosa es un polímero natural que se utiliza en la fabricación de dispensadores de papel para uso hospitalario, industrial y otros.
www.pavimentosonline.com/ sumigran/celulosa_in...
La reacción para formar polímeros se llama polimerización. Existen dos formas para la obtención de polímeros: Adición y condensación.
En la adición los monómeros se unen unos a otros de tal forma que el polímero formado contiene todos los átomos que contenían los monómeros..
En la condensación el polímero no contiene todos los átomos del monómero, una parte de la molécula de éste forma otros compuestos pequeños, generalmente agua.
Regreso inicio polímeros
6.2.1 POLÍMEROS DE ADICIÓN
En algunos casos, se forman a partir de monómeros que son alquenos, los cuales se unen por el rompimiento del doble enlace yla formación de dos nuevos enlaces sencillos. El más sencillo de los polímeros sintéticos es el polietileno.
Monómero Polímero Algunos usos
Etileno
Polietileno
Bolsas de plástico que se usan para empacar frutas y verduras, bolsas para prendas destinadas a lavado en seco, botellas, juguetes, aislantes eléctricos.
Propileno Poliprepileno
Alfombras para interiores y exteriores, botellas, maletas.
Cloruro de vinilo Cloruro de polivinilo
(PVC)
Envolturas y botellas de plástico transparentes. Losetas para piso, cortinas de baño, plomería, imitación de cuero.
Tetrafluoroetileno Teflón
Materiales resistentes al calor y a los agentes químicos.Recubrimiento antiadherente para utensilios de cocina, aislantes eléctricos
Estireno Poliestireno
Muebles de imitación madera, aislantes de espuma plástica, vasos desechables para bebidas calientes.
Uno de los muchos usos del polietileno es la fabricación de bolsas de plástico
para empaque.
www.rubarsa.com/english/ plasticosingles.htm
El teflón es utilizado como recubrimiento antiadherente en
sartenes , entre otros usos.
www.hispanodetulsa.com/ news.php?nid=689
Los vasos desechables de poliestierno son utilizados para conservar bebidas
calientes.
www.officenet.com.ar/ dept.asp?dept_id=483
Regreso inicio polímeros
6.2.2 POLÍMEROS DE CONDENSACIÓN
Nylon.-
El monómero de un tipo de nylon es un ácido carboxílico con un grupo amino en el sexto átomo de carbono, el ácido 6-aminohexanoico, cuya estructura se muestra a continuación:
El polímero formado a partir de este monómero es el nylon 6. Este tipo de polímero es una poliamida ya que los enlaces que mantienen unidos a los monómeros son enlaces de amida.Casi todo el nylon se convierte en fibras, que se utilizan para elaborar telas muy parecidas a la seda y a la lana.
El nylon se utiliza en la fabricación de diversas prendas con una calidad similar a la seda, pero a un costo menor, como
es el caso de éstos calcetines.
www.f3online.de/bti-f3-shop/ ProductDetailActi...
Dacrón.-
Es un poliéster fabricado por condensación del etilenglicol con ácido tereftálico.
Se utiliza para fabricar fibras que se utilizan en la elaboración de prendas de “lava y usar”. Muchas telas sintéticas se elaboran a partir de este poliéster.
Muchas telas sintéticas se elaboran a partir de dacrón.
www.metallographic.com/ pp.htm
Baquelita.-
La baquelita fue el primer polímero sintético. Es un polímero de fenol formaldehído. Este tipo de resinas son termofijas, o sea que una vez moldeadas no pueden fundirse nuevamente. Se utilizan para unir astillas de madera en paneles de madera aglomerada.
Con la baquelita se fabrican diversos materiales.
www.vetriengineers.com/ english/plasticcompone...
Policarbonatos.-
Estos polímeros son translúcidos como el vidrio, pero duros. Estás características permiten que se utilicen en la fabricación de ventanas a prueba de balas y cascos de protección.
Cacos de protección de policarbonatos.
www.tatoo.ws/outdoors/ photo/cascos/half_dome.jpg
LecturaLea el texto titulado "Nylon" y escriba un comentario acerca del tema. Envíelo por correo electrónico a su profesor.
Regreso inicio polímeros
Actividad 4.5: Resuelva la actividad IV-5 siguiendo el vínculo.
Dos notables propiedades de las enzimas las habilitan para funcionar como catalizadores bajo las apacibles condiciones presentes en las células: su enrome poder catalítico y su alto grado de especificad. El inmenso poder catalítico hace que las velocidades de las reacciones catalizadas enzimaticamente sean 10 veces mayores de que las reacciones no catalizadas no correspondientes en condiciones similares
La especificad exquisita de las enzimas su habilidad para actuar selectivamente en un sustrato o un numero selecto de sustratos químicamente similares
No sorprende que las reacciones catalizadas por enzimas de los aminoácidos tengan lugar mucho mas rápidamente de lo que hacen la de los aminoácidos a pesar de que ambos esteroionomeros de un aminoácido dado son los mismos tamaños y poseen el mismo grupo R.
Se han clasificado en la base de datos mas de 3.700 enzimas cada una con las cuales cataliza una reaccion química única o un conjunto de reacciones estrechamente relacionadas.
1.3.2 MODO DE ACCION
Una enzima por si misma no puede llenar acabo de una reaccion, sin función es modificar la velocidad de reaccion entendiéndose como tal la cantidad del producto formada por una unidad de tiempo. Tal variación se debe a la disminución de energía de activación en una reaccion química.
La energía de activación es la energía necesaria para convertir los reactivos activos en formas moleculares inestables denominadas especies en estado de transición que pueden ser mayor energía libre que los reactivos y los productos
Su modote acción se refieren a que tienen proteínas que tienen uno o mas lugares denominados sitios activos a los cuales se une al sustrato es decir la sustancia sobre la que actúa la enzima. El sustrato es modificado químicamente y convertido en uno o más productos.
Como esta reaccion es generalmente reversible puede ser expresada de la siguiente manera:
Fuente: http://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz2.htm
Donde ES es un complejo enzima sustrato intermediario. Las enzimas aceleran la reaccion hasta que se alcanza un equilibrio y pueden ser tan eficaces como para que la velocidad de reaccion sea de 10 a 18 mayor veces mas rápida que en ausencia de un catalizador
Una características de las enzimas es su especificad de manera que cada enzima particular actúa solo sobre un determinado sustrato. Las enzimas suelen ser tan especificas que son encapaces de actuar sobre sustancias estrechamente relacionadas.
1.4 NOMENCLATURA DE LAS ENZIMAS
Como la función de las enzimas es catalizar reacciones específicas es conveniente denominar las enzimas de acuerdo con estos reacciones determinadas.
El método general se basa en la adición del sufijo – asa el nombre del sustrato es un lípido atacado por la enzima lipasa. No obstante aun se utilizan nombres como el de la tripsina y pepsina atribuidos a ciertas enzimas que se propusieran una nomenclatura mas adecuadas
Una comisión sobre nzimas a ideado a una enzima completo aunque complejo para la clasificación y nomenclatura de las enzimas estos se clasifican en 6 grupos principales de acuerdo con el tipo de reacción que catalizan los grupos son los siguientes:
- Oxido reductasa: Estas enzimas que catalizan las reacciones de oxidación- reducción, incluyen oxidasas, peroxidasas
Transferasa: Enzima que catalizan la transferencia de un grupo químico de una molécula a otra ejemplo: transaminasas
Hidrolasas: Este es un gran grupo de enzimas que catalizan la Hidrólisis de diversos sustratos : peptidazas
Liasas: En este grupo se incluyen las enzimas que catalizan la eliminación de grupos sustratos
Isomerazas: Enzimas que catalizan diferentes tipos de reacciones de isomerazion
Ligazas: La función de esta enzimas es la de unir dos moléculas mediante enlaces
1.5 CLASIFICACION DE LAS ENZIMAS
- Oxido reductasa: Estas enzimas que catalizan las reacciones de oxidación- reducción, incluyen oxidasas, peroxidasas
Transferasa: Enzima que catalizan la transferencia de un grupo químico de una molécula a otra ejemplo: transaminasas
Hidrolasas: Este es un gran grupo de enzimas que catalizan la Hidrólisis de diversos sustratos : peptidazas
Liasas: En este grupo se incluyen las enzimas que catalizan la eliminación de grupos sustratos
Isomerazas: Enzimas que catalizan diferentes tipos de reacciones de isomerazion
Ligazas: La función de esta enzimas es la de unir dos moléculas mediante enlaces
CAPITULO II
Propiedades y especificidad de las enzimas
2.1 PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
Como sucede con todos los catalizadores, las enzimas tienen las siguientes propiedades:
-No sufren cambios irreversibles durante a reacción por lo que cada molécula de enzima puede participar de manera repetida en reacciones individuales
-No tienen efecto en la termodinámica de la reacción esto quiere decir que las enzimas no aportan energía para una reacción química por o que no determina si una reacción es favorable( exorgonica) o desfavorable (endorgonica) desde el punto de vista termodinámico.
-Las enzimas son catalizadores muy eficientes
-Son altamente específicos para sus sustratos y para cada uno de su reacción
-pueden estar sujetos a regulación en su actividad: Regulación alosterica
-Son eficiente en pequeñas cantidades, las enzimas no sufre cambios al catalizar las reacciones químicas de manera que una pequeña cantidad de enzima puede catalizar repetidas veces una reaccion
-Aceleran las reacciones químicas su sufrir modificaciones.
No alteran las concentraciones de equilibrio de la reaccion solo que esta al alcance , mas rápidamente cambiando el mecanismo de reaccion
-Modifican el carácter exotérmico o endotérmico de la reaccion.
2.2 ESPECIFIDAD ENZIMATICA
Una de las características mas importantes de las enzimas es su alta especificad sobre la reaccion que catalizan. Cada enzima cataliza un solo tipo de reaccion y casi siempre actúa sobre un único sustrato o un grupo reducido de ellos. Esta especificad se debe a la complementariedad que debe existir entre el sustrato y el centro activo de la enzima.
En 1984, Emil fisher propuso la hipótesis de la llave y la cerradura para explicar la especificad enzimatica. Según esta hipótesis la especificad entre la enzima y el sustrato es como la que existe entre una llave y una cerradura. Se pensaba que el centro activo tenia una forma tridimensional determinada y el sustrato seria complementario a el y encajaría perfectamente.
Otra teoría fue la de Daniel Koshland propuso la Hipótesis del ajuste inducido o se la mano y el guante que es la que se acepta en la actualidad. Dice que la especificad radica en los aminoácidos de union del centro activo, que son los encargados de establecer enlaces débiles con el sustrato. Realizada la fijación la enzima posee libertad para cambiar su forma y amoldarse al sustrato de tal manera que el centro activo quede correctamente situado. Esta teoría afirma que no hay una adaptación predeterminada como ocurre en el modelo de la llave – cerradura, sino una adaptación inducida por los aminoácidos de union
La especificad se estable a dos niveles:
2.2.1 Especifidad de acción: es decir una enzima solo puede realizar un determinado tipo de reaccion: Hidrólisis, Oxido – Reducción
2.2.2 Especifidad de sustrato: Esto significa que cada enzima solo puede actuar sobre un sustrato o sobre un reducido de sustratos
Absoluta: La enzima actúa sobre un único sustrato
De grupo: La enzima actúa sobre un grupo de sustratos
2.3 EL SITIO ACTIVO
Es el lugar de unión entre el sustrato a una enzima y donde se da la reaccion de catálisis se denomina centro activo. En el centro activo encontramos restos de aminoácidos con sustituyentes funcionales para la catálisis de un sustrato. Al haber pero muchísimas variedades de reacciones que pueden ser catalizadas, no hay suficientes combinaciones de restos de aminoácidos para hacer catálisis específica para una de estas combinaciones, por tanto nuestras células utilizan las llamadas Coenzimas. Las Coenzimas acostumbran a sr complejas moléculas orgánicas que sufren modificaciones durante la reaccion enzimatica para ayudar a la modificación final del sustrato.
También puede servir como donadoras o aceptadoras de hidriones y electrones o pueden transferir grupos funcionales, Tras la catálisis la coenzima vuelve a su estado original.
Si la coenzima se queda unida de forma temporal a la enzima es llamada cosustrato. Siesta anclada a la enzima la lamamos Grupo prostético.
Los centros activos de las enzimas pueden ser desnaturalizados, es decir, inactivada su especificad de unión por la modificación de las proteínas de la unión con el sustrato.
La desnaturalización puede darse por una variación alta de temperatura o de PH del ambiente donde se encuentre.
2.4 EL COMPLEJO ENZIMA – SUSTRATO
Las enzimas dirigen las transformaciones químicas y energéticas que tienen lugar en cada célula. Pero para realizar estas funciones básicas y vitales para nuestra vida deben tener una capacidad de interaccionar de forma especifica y reversible con ligandos, que viene dad por su conformación espacial en el lugar de la union. Para que la enzima modifique el ligando(sustrato a partir de ese momento) este debe encajar en el lugar de la union de la enzima. Por esto decimos que hay una complementariedad geométrica entre la enzima y sustrato. Los lugares de union acostumbran a estar en unas hendiduras de la superficie de de la enzima formando como un bolsillo en el cual entra el sustrato. De esta manera la superficie de interacción entre el sustrato y enzima es mayor y las posibilidades de conferir especificad con el sustrato aumenta.
La especificad de la union es tan alta que la enzima es capaz de distinguir entre sustratos esteroisomeros, por lo que decimos que las enzimas presentan electroespecifidad.
La electroespecifidad puede servir en casos concretos para separar rutas de formación y degradación de productos, que se realizan de forma simultanea.
Este hecho se debe a que las enzimas son moléculas asimétricas. La union se mantiene gracias a las fuerzas de enlaces no covalentes entre átomos del sustrato y la enzima, como los enlaces de van der. walls , enlace por puente de hidrogeno o puentes salinos durante la catálisis pero la union es temporal por tanto cuando la reaccion enzimatica finalizan se separan la enzima y el producto.
2.4.1 Enlace Llave – cerradura: El sustrato encaja perfectamente en e centro activo gracias a una complementariedades moleculares y electroestáticas con la enzima de manera tal que este no cambia su forma(El sustrato seria la llave y el centro activo o la enzima seria la cerradura)
FUENTE: http://es.wikipedia.org/wiki/Complejo_enzima-sustrato
2.4.2 Enlace inducido: El sustrato NO encaja perfectamente en e centro activo cambia su formación espacial provocando un ambiente favorable a la unión y reaccion con el sustrato de manera que se une a este para proceder con la catálisis. En este caso no encontramos la misma especificad como en el enlace de tipo llave- cerradura, por lo que la enzima pude reaccionar con varios sustratos de conformaciones parecidas.
FUENTE:http://es.wikipedia.org/wiki/Complejo_enzima-sustrato
CAPITULO III
Factores enzimáticos
3.1 FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD ENZIMATICA
3.1.1Temperatura: Las enzimas son inactivadas por e calor a temperaturas de 50ªC-60ªC inactivan rápidamente la mayor parte de las enzimas. Esta inactivaron es irreversible, pues al enfriar no se obtiene actividad otra vez. Esto explica que casi todo los organismos resulten muertos a una exposición a temperatura elevada: Sus enzimas se inactivan y resultan incapaces de reanudar su metabolismo.
Las Enzimas no son inactivadas por la congelación; las reacciones que producen tienen a lugar muy lentamente a temperaturas bajas, o se detienen, pero la actividad catalítica reaparece si la temperatura vuelve a su estado normal
3.1.2 Acidez: Las enzimas son sensibles a los cambios de PH o sea de acidez o alcalinidad en el medio.
La mayor parte de enzimas intracelulares tienen PH óptimos cerca de la neutralidad, por lo que no actúan en medios ácidos ni alcalinos, los ácidos y bases enérgicos las inactivan irreversiblemente.
3.1.3Concentración de Enzima, substrato y Cofactor: Si el PH y la temperatura de un sistema enzimático se mantiene constante pero hay exceso de substrato, la intensidad de la reaccion es directamente proporcional a la cantidad de enzima presente.
3.1.4Venenos Enzimáticos: Algunas enzimas resultan muy sensibles a ciertos venenos como el acido cianuro fluoruro lewisita etc. Resultan inactivadas aun frente a concentraciones bajas de estos venenos
Aun las enzimas pueden actuar como venenos si se encuentran en lugar in adecuado. Varios tipos de venenos que viene de los animales como la de la serpiente abeja y escorpión deben su poder letal a las enzimas que destruyen glóbulos rojos y otros tejidos.
3.1.5 PH: Los cambios de PH alteraran considerablemente la naturaleza iónica de los enzimas se sabe poco de las variaciones del PH en las enzimas.
http://www.ehu.es/biomoleculas/enzimas/enz2.htm
3.2 INHIBIDORES ENZIMATICOS
Son moléculas que se unen a enzimas y disminuyen su actividad puesto que el Bloqueo de una enzima puede matar a un organismo patógeno o corregir un desequilibrio metálico. Sin embargo no todas las moléculas que se unen a las enzimas sin inhibidores, los activadores enzimáticos se unen a las enzimas y se incrementan su actividad.
La union de un inhibidor puede impedir la entrada del sustrato al sitio activo de la enzima y obstaculizar que la enzima catalice su reaccion correspondiente.
La union del inhibidor puede ser reversible e irreversible. Normalmente los inhibidores irreversibles reaccionan con la enzima de forma covalente y no clasifican su estructura química a nivel de residuos esenciales de los aminoácidos necesarios para la actividad enzimatica.
En cambio los reversibles se unen a la enzima de forma no covalente donde da lugar a diferentes tipos de inhibición dependiendo si el inhibidor se una a la enzima, al complejo: enzima – sustrato o ambos
-se unen a las enzimas mediantes interacciones no covalentes= puentes de hidrogeno, enlaces iónicos
- Los inhibidores y el sitio activo se combinan para producir una union fuerte y especifica. Al contrario que ocurre con el sustrato y los inhibidores irreversibles no experimentan reacciones químicas cuando se une a la enzima y pueden ser eliminados fácilmente por dilución o por diálisis.
3.2.1TIPOS DE INHIBIDORES
3.2.1.1 Inhibidor Reversible:
3.2.1.1.1 Inhibición Competitiva: El sustrato y el inhibidor no se pueden unir a la misma enzima al mismo tiempo, esto ocurre cuando el inhibidor tiene afinidad por el sitio activo de una enzima en el que se una el sustrato. El sustrato y el inhibidor compiten por el acceso al sitio activo de la enzima.
Este tipo de inhibidor se puede superar con concentraciones suficientes altas del sustrato, es decir dejando afuera el inhibidor.
FUENTE: http://es.wikipedia.org/wiki/Complejo_enzima-sustrato
3.2.1.1.2 Inhibición Mixta: El sustrato en el inhibidor afecta la unión del sustito y viceversa; este tipo de inhibidor se puede reducir pero no se puede superar al aumentar la concentraciones del sustrato aunque si se dan las cosas que se unan el sitio activo.
Aunque es posible que los inhibidores de tipo mixta se unen al sitio activo (efecto alosterico)
Donde el inhibidor se une a otro sitio activo que no es el sitio activo de la enzima todo esto es un sitio alosterico cambia con la formación da la afinidad del sustrato por el sitito activo reducido.
3.2.1.1.3Inhibición No Competitiva: Es una forma de una inhibición mixta donde la unión del inhibidor con la enzima reduce su actividad pero no acepta la unión del sustrato. El grado de inhibición depende de su concentración.
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Complejo_enzima-sustrato
3.2.1.2 Inhibidor Irreversible:
La inhibición irreversible es diferente de la in activación enzimático reversible. Los inhibidores irreversibles son generalmente específicos para un tipo de enzima y no inactivan todas las proteínas.
No funcionan destruyendo la estructura proteinica, sino alterando específicamente la estructura tridimensional del sitio activo inhabilitándola.
Los inhibidores irreversibles dan lugar a una inhibición dependiente del tiempo y por ello su potencia no puede ser caracterizada mediante la determinación del valor. Esto se debe a la cantidad de enzima activa a la concentracion dada de inhibidor irreversible será diferente dependiendo del tiempo de preincubación del inhibidor con la enzima.
Conclusiones
- La célula puede compararse con un minúsculo laboratorio, en el cual tiene la síntesis y la degradación de un gran numero de sustancias. Estos procesos son efectuados por enzimas a la temperatura normal del organismo ya que a temperaturas sobre lo normal se produce la desnaturalización y la in activación de las enzimas y con PH normal para efectuar sus procesos.
- Las enzimas son los catalizadores biológicos. que es una sustancia que acelera las reacciones químicas si modificarse lo que significa que puede ser utilizado una y otra vez.
- Las enzimas son proteínas que tienen uno o más lugares llamados sitios activos a los cuales se les unen el sustrato, es decir, la sustancia sobre la que actúa la enzima. El sustrato es modificado químicamente y convertido uno o mas productos
E + S = [ES] = E+P
Donde [ES] es un complejo enzima - sustrato intermediario. Las enzimas aceleran la reacción hasta que se alcanza un equilibrio y puedan ser eficientes como para
que la velocidad de reacciones sea de 10 a 10 veces mas rápida que en ausencia de un catalizador.
- Una característica muy importante de la actividad enzimático es su especificad de manera que cada enzima particular actúa sobre un determinado sustrato.
- Las enzimas suelen ser tan específicas que son incapaces de actuar sobre las sustancias estrechamente relacionadas.
- Las enzimas vienen a ser las proteínas catalíticas que aceleran la velocidad de las reacciones celulares al bajar la energía de activación y estabilizar las intermediaciones del estado de transición.
- El sitio activo de la enzima comprende dos partes adicionales una región de unión de sustrato y la otra catalítica.
- En el centro activo encontramos restos de aminoácidos constituyentes funcionales para la catálisis del sustrato, estos utilizan las llamadas coenzimas que son moléculas orgánicas que sufren modificaciones durante la reacción enzimático para ayudar a la modificación final del sustrato.
Reacción modelo.
Michaelis y Menten propusieron un modelo simple para explicar la mayoría de las reacciones catalizadas por enzimas. En este modelo la enzima se combina reversiblemente con su substrato para formar el complejo enzima-sustrato (ES) que subsecuentemente se rompe para formar el producto, hecho que regenera a la enzima. El modelo para una molécula de sustrato se muestra a continuación:
(1)
en donde: S es el substrato
E es la enzima
ES es el complejo enzima substrato o complejo de Michaelis y Menten
k1,k-1 y k2 son las constantes de velocidad de la reacción.
Ecuación de Michaelis-Menten
PEk
ESk
kSE
2
1
1
Ecuación de Michaelis y Menten
Consideraciones necesarias para derivar la ecuación de Michaelis-Menten
Conclusiones importantes sobre la cinética de Michaelis-Menten.
Gráfico de Lineweaver-Burke
Cinética de Michaelis-MentenDe Wikipedia, la enciclopedia libre
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La cinética de Michaelis-Menten describe la velocidad de reacción de muchas reacciones enzimáticas. Recibe este nombre en honor a Leonor Michaelis y Maude Menten. Este modelo sólo es válido cuando la concentración del sustrato es mayor que la concentración de la enzima, y para condiciones de estado estacionario, es decir, cuando la concentración del complejo enzima-sustrato es constante.
Índice [ocultar]
1 Determinación de constantes 2 Velocidad de reacción 3 Constante de Michaelis 4 Ecuación 5 Fuentes
Determinación de constantes [editar]
Para determinar la velocidad máxima de una reacción enzimática, la concentración de sustrato ([S]) se aumenta hasta alcanzar una velocidad constante de formación de producto. Esa es la velocidad máxima (Vmax) de la enzima. En ese caso, los sitios activos de la enzima están saturados con sustrato.
Diagrama de velocidad de reacción y constante de Michaelis-Menten.
Velocidad de reacción [editar]
La velocidad V indica el número de moléculas del sustrato que se convierten en producto por segundo. Con concentraciones crecientes de sustrato[S], la enzima va acercándose asintóticamente a su velocidad máxima Vmax, pero nunca la alcanza. Por esta razón, no hay
un valor de [S] determinado para la Vmax. De todas formas, se puede definir un parámetro característico de la enzima empleando la concentración de sustrato a la cual se alcanza la mitad de la velocidad máxima (Vmax/2).
Constante de Michaelis [editar]
Como se acaba de mencionar, aunque es imposible medir exactamente la concentración de sustrato que da Vmax, las enzimas pueden caracterizarse mediante la concentración de sustrato a la cual la velocidad de reacción es la mitad de la velocidad máxima. Esta concentración de sustrato se conoce como constante de Michaelis-Menten (KM).
Para enzimas que exhiben una cinética de Michaelis-Menten simple esta constante representa la constante de disociación del complejo enzima-sustrato (ES) (o la inversa de la afinidad entre enzima y sustrato). Valores bajos indican que el complejo ES está unido muy fuertemente y raramente se disocia sin que el sustrato reaccione para dar producto.
En estos casos se obtendrá una KM diferente según el sustrato específico sobre el que actúe la enzima (como sucede en el caso de enzimas que actúan sobre sustratos análogos) y según las condiciones de reacción en que se realicen las mediciones.
Nota: KM solo se puede usar para determinar la afinidad de una enzima por un sustrato k2 es limitante de la velocidad, por ejemplo, k2 << k1 y KM se convierte en k-1/k1. Generalmente, k2
>> k1 o bien k2 and k1 son comparables.
Nelson, DL., Cox, MM. (2000) Lehninger Principles of Biochemistry, 3rd Ed., Worth Publishers, USA
Ecuación [editar]
La derivación de Michaelis y Menten está descrita por Briggs y Haldane. Se obtiene de la siguiente manera:
Se supone que la reacción enzimática es irreversible, y que el producto no se liga con la enzima después de la reacción.
Siguiendo la aproximación del estado estacionario, que señala que la concentración del complejo enzima-sustrato (ES) es pequeña y se mantiene casi constante a lo largo de la reacción enzimática:
Se define:
Entonces:
(1)
La velocidad de reacción es:
(2)
La concentración total de la enzima:
Por lo tanto:
(3)
Sustituyendo (3) en (1) da:
Reordenando:
(4)
Sustituyendo (4) en (2) :
Esta ecuación se puede analizar experimentalmente con un diagrama de Lineweaver-Burke o un diagrama de Eadie-Hofstee.
E0 es el total de enzima. No es práctico medir la cantidad de complejo enzima-sustrato durante la reacción, por lo que debe escribirse ésta en términos de cantidad total o inicial de enzima, que es una cantidad conocida.
d[P]/dt o V0 es la velocidad de formación del producto. k2[E0] o Vmax es la velocidad máxima. k2 se denomina con frecuencia kcat.
Cabe observar que [S] es grande comparada con Km, [S]/(Km + [S]) tiende a 1. La velocidad de formación de producto es igual a k2[E0] en ese caso.
Cuando [S] es igual a Km, [S]/(Km + [S]) vale 0.5. En ese caso, la velocidad de formación de producto es la mitad de la máxima (1/2 Vmax). Representando gráficamente V0 frente a [S] se puede fácilmente determinar Vmax y Km. Esto requiere una serie de experimentos a E0 constante y diferentes concentraciones de sustrato [S].
Los estudios sistemáticos del efecto de la concentración inical del sustrato sobre la actividad enzimática comenzaron a realizarse a finales del siglo XIX. Ya en 1882 se introdujo el concepto del complejo enzima-sustrato como intermediario del proceso de catálisis enzimática. En 1913, Leonor Michaelis (foto de la izquierda) y Maud Menten (foto de la derecha) desarrollaron esta teoría y propusieron una ecuación de velocidad que explica el comportamiento cinético de los enzimas.
Para explicar la relación oservada entre la velocidad inicial (v0) y la concentración inicial de sustrato ([S]0) Michaelis y Menten propusieron que las reacciones catalizadas enzimáticamente ocurren en dos etapas: En la primera etapa se forma el complejo enzima-sustrato y en la segunda, el complejo enzima-sustrato da lugar a la formación del producto, liberando el enzima libre:
En este esquema, k1, k2 y k3 son las constantes cinéticas individuales de cada proceso y también reciben el nombre de constantes microscópicas de velocidad. Según esto, podemos afirmar que:
v1 = k1 [E] [S] v2 = k2 [ES] v3 = k3 [ES]
Se puede distinguir entre enzima libre (E) y enzima unido al sustrato (ES), de forma que la concentración total de enzima, [ET], (que es constante a lo largo de la reacción) es:
[ET] = [E] + [ES]
Como [E] = [ET] - [ES], resulta que: v1= k1[S] [ET] - k1 [S] [ES]
Este modelo cinético adopta la hipótesis del estado estacionario, según la cual la concentración del complejo enzima-sustrato es pequeña y constante a lo largo de la reacción (Figura de la derecha). Por tanto, la velocidad de formación del complejo enzima-sustrato (v1) es igual a la de su disociación (v2+ v3):
v1 = v2 + v3
Además, como [ES] es constante, la velocidad de formación de los productos es constante:
v = v3 = k3 [ES] = constante.
Como v1=v2+v3, podemos decir que:
k1[S] [ET] - k1 [S] [ES] = k2 [ES] + k3 [ES]
Despejando [ES], queda que: , siendo , en donde la expresión (k2+k3)/k1 se ha sustituído por KM, o constante de Michaelis-Menten. Este enlace nos aporta una explicación sobre las razones que hacen de la KM un parámetro cinético importante.
Por lo tanto, en el estado estacionario, la velocidad de formación del producto es:
v = v3 = k3 [ES] =
Para cualquier reacción enzimática, [ET], k3 y KM son constantes. Vamos a considerar dos casos
extremos:
A concentraciones de sustrato pequeñas ([S] << KM) v = (k3 [ET]/KM) [S]. Como los términos entre paréntesis son constantes, pueden englobarse en una nueva constante, kobs, de forma que la expresión queda reducida a: v = kobs [S], con lo cual la reacción es un proceso cinético de primer orden.
A concentraciones de sustrato elevadas ([S] >> KM), v = k3 [ET]. La velocidad de reacción es independiente de la concentración del sustrato, y por tanto, la reacción es un proceso cinético de orden cero. Además, tanto k3 como [ET] son constantes, y nos permite definir un nuevo parámetro, la velocidad máxima de la reacción (Vmax): Vmax = k3 [ET], que es la velocidad que se alcanzaría cuando todo el enzima disponible se encuantra unido al sustrato.
Si introducimos el parámetro Vmax en la ecuación general de la velocidad, (la fórmula recuadrada anteriormente), obtenemos la expresión más conocida de la ecuación de Michaelis-Menten:
CINÉTICA ENZIMÁTICALos principios generales de las reacciones químicas se aplican también a las reacciones enzimáticas. Por este motivo, antes de empezar con la cinética química, se van a repasar algunos conceptos básicos de cinética química.
A continuación, se describirán los siguientes conceptos:
Cinética enzimática Modelo cinético de Michaelis-Menten Cálculo de la K M y la Vmax de un enzima Actividad enzimática
CONCEPTOS BÁSICOS DE CINÉTICA QUÍMICA
En una reacción de orden cero, la velocidad de formación del producto es independiente de la concentración de sustrato: v = k
En una reacción de primer orden la velocidad de formación de los productos es directamente proporcional a la concentración del sustrato: v = k [A]. Así, en la reacción:
sacarosa + agua glucosa + fructosa
La velocidad de hidrólisis de la sacarosa es, en todo momento, proporcional a la concentración de sacarosa. Dicho matemáticamente, donde [A] es la concentración de sacarosa a cada tiempo (t) y k es la constante de proporcionalidad. Se dice que ésta es una reacción de primer orden.
Una reacción de segundo orden es aquella en la que la velocidad de formación del producto depende
de la concentración de dos sustratos (como en una reacción de condensación): v = k [A1] [A2]
del cuadrado de la concentración de un único sustrato (reacción de dimerización): v = k [A]2
En la tabla siguiente se resumen los distintos tipos de reacción, y la forma de calcular sus parámetros cinéticos.
ORDEN CERO PRIMER ORDEN SEGUNDO ORDEN
Expresión diferencial de la velocidad
Ecuación integrada de la velocidad
[A] = -kt + [A]0 Ln[A] = -kt + Ln[A]0
Vida media (t1/2)
Representación que da lugar a una recta
[A] vs t Ln[A] vs t 1/[A] vs t
Signo de la pendiente negativo negativo positivo
Significado de la pendiente
-k -k k
Significado de la ordenada en el origen
[A]0 Ln[A]0
[A]0 es b eb 1/b
CINÉTICA ENZIMÁTICA
La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas. Estos estudios proporcionan información directa acerca del mecanismo de la reacción catalítica y de la especifidad del enzima. La velocidad de una reacción catalizada por un enzima puede medirse con relativa facilidad, ya que en muchos casos no es necesario purificar o aislar el enzima. La
medida se realiza siempre en las condiciones óptimas de pH, temperatura, presencia de cofactores, etc, y se utilizan concentraciones saturantes de sustrato. En estas condiciones, la velocidad de reacción
observada es la velocidad máxima (Vmax). La velocidad puede determinarse bien midiendo la aparición de los productos o la desaparición de los reactivos.
Al seguir la velocidad de aparición de producto (o de desaparición del sustrato) en función del tiempo se obtiene la llamada curva de avance de la reacción, o simplemente, la cinética de la reacción. A medida que la reacción transcurre, la velocidad de acumulación del producto va disminuyendo porque se va consumiendo el sustrato de la reacción (Figura de la derecha). Para evitar esta complicación se procede a medir la velocidad inicial de la reacción (v0). La velocidad inicial de la reacción es igual a la pendiente de la curva de avance a tiempo cero (Figura de la derecha). De esta forma, la medida de v0 se realiza antes de que se consuma el 10% del total del sustrato, de forma que pueda considerarse la [S] como esencialmente constante a lo largo del experimento. Además, en estas condiciones no es necesario considerar la reacción inversa, ya que la cantidad de producto formada es tan pequeña que la reacción inversa apenas ocurre. De esta forma se simplifican enormemente las ecuaciones de velocidad.
Para estudiar la cinética enzimática se mide el efecto de la concentración inicial de sustrato sobre la velocidad inicial de la reacción, manteniendo la cantidad de enzima constante. Si representamos v0 frente a [S]0 obtenemos una gráfica como la de la Figura de la derecha. Cuando [S]0 es pequeña, la velocidad inicial es directamente proporcional a la concentración de sustrato, y por tanto, la reacción es de primer orden. A altas [S]0, el enzima se encuentra saturada por el sustrato, y la velocidad ya no depende de [S]0. En este punto, la reacción es de orden cero y la velocidad es máxima (Vmax).
MODELO CINÉTICO DE MICHAELIS-MENTEN
Los estudios sistemáticos del efecto de la concentración inical del sustrato sobre la actividad enzimática comenzaron a realizarse a finales del siglo XIX. Ya en 1882 se introdujo el concepto del complejo enzima-sustrato como intermediario del proceso de catálisis enzimática. En 1913, Leonor Michaelis (foto de la izquierda) y Maud Menten (foto de la derecha) desarrollaron esta teoría y propusieron una ecuación de velocidad que explica el comportamiento cinético de los enzimas.
Para explicar la relación oservada entre la velocidad inicial (v0) y la concentración inicial de sustrato ([S]0) Michaelis y Menten propusieron que las reacciones catalizadas enzimáticamente ocurren en dos etapas: En la primera etapa se forma el complejo enzima-sustrato y en la segunda, el complejo enzima-sustrato da lugar a la formación del producto, liberando el enzima libre:
En este esquema, k1, k2 y k3 son las constantes cinéticas individuales de cada proceso y también reciben el nombre de constantes microscópicas de velocidad. Según esto, podemos afirmar que:
v1 = k1 [E] [S] v2 = k2 [ES] v3 = k3 [ES]
Se puede distinguir entre enzima libre (E) y enzima unido al sustrato (ES), de forma que la concentración total de enzima, [ET], (que es constante a lo largo de la reacción) es:
[ET] = [E] + [ES]
Como [E] = [ET] - [ES], resulta que: v1= k1[S] [ET] - k1 [S] [ES]
Este modelo cinético adopta la hipótesis del estado estacionario, según la cual la concentración del complejo enzima-sustrato es pequeña y constante a lo largo de la reacción (Figura de la derecha). Por tanto, la velocidad de formación del complejo enzima-sustrato (v1) es igual a la de su disociación (v2+ v3):
v1 = v2 + v3
Además, como [ES] es constante, la velocidad de formación de los productos es constante:
v = v3 = k3 [ES] = constante.Como v1=v2+v3, podemos decir que:
k1[S] [ET] - k1 [S] [ES] = k2 [ES] + k3 [ES]
Despejando [ES], queda que:
, siendo
, en donde la expresión (k2+k3)/k1 se ha sustituído por KM, o constante de Michaelis-Menten. Este enlace nos aporta una explicación sobre las razones que hacen de la KM un parámetro cinético importante.
Por lo tanto, en el estado estacionario, la velocidad de formación del producto es:
v = v3 = k3 [ES] =
Para cualquier reacción enzimática, [ET], k3 y KM son constantes. Vamos a considerar dos casos extremos:
A concentraciones de sustrato pequeñas ([S] << KM) v = (k3 [ET]/KM) [S]. Como los términos entre paréntesis son constantes, pueden englobarse en una nueva constante, kobs, de forma que la expresión queda reducida a: v = kobs [S], con lo cual la reacción es un proceso cinético de primer orden.
A concentraciones de sustrato elevadas ([S] >> KM), v = k3 [ET]. La velocidad de reacción es
independiente de la concentración del sustrato, y por tanto, la reacción es un proceso cinético de orden cero. Además, tanto k3 como [ET] son constantes, y nos permite definir un nuevo parámetro, la velocidad máxima de la reacción (Vmax): Vmax = k3 [ET], que es la velocidad que se alcanzaría cuando todo el enzima disponible se encuantra unido al sustrato.
Si introducimos el parámetro Vmax en la ecuación general de la velocidad, (la fórmula recuadrada anteriormente), obtenemos la expresión más conocida de la ecuación de Michaelis-Menten:
Hay enzimas que no obedecen la ecuación de Michaelis-Menten. Se dice que su cinética no es Michaeliana. Esto ocurre con los enzimas alostéricos, cuya gráfica v frente a [S] no es una hipérbola, sino una sigmoide (Figura de la derecha). En la cinética sigmoidea, pequeñas variaciones en la [S] en una zona crítica (cercana a la KM) se traduce en grandes variaciones en la velocidad de reacción.
CÁLCULO DE LA KM Y DE LA Vmax DE UN ENZIMA
La representación gráfica de la ecuación de Michaelis-Menten (v0 frente a
[S]0) es una hipérbola (Figura de la izquierda). La Vmax corresponde al valor máximo al que tiende la curva experimental, y la KM corresponde a la concentración de sustrato a la cual la velocidad de la reacción es la mitad de la Vmax.
Para determinar gráficamente los valores de KM y Vmax
es más sencillo utilizar la representación doble recíproca (1/v0 frente a 1/[S]0), ya que es una línea recta. Esta representación doble recíproca recibe el nombre de representación de Lineweaver-Burk (Figura de la derecha). Es una recta en la cual:
La pendiente es KM/Vmax La abscisa en el origen (1/v0 = 0) es -1/KM La ordenada en el origen (1/[S]0 = 0) es 1/Vmax
De esta forma, a partir de los datos experimentales se puede calcular gráficamente, los valores de KM y Vmax
de un enzima para diversos sustratos.
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Se define la unidad de actividad enzimática (U) como la cantidad de enzima que cataliza la conversión de 1 µmol de sustrato en un minuto. La actividad específica es el número de unidades de enzima por miligramo de proteína (U/mg prot) o por mililitro de disolución (U/ml).
Recientemente, el Sistema Internacional de unidades (SI) ha definido la unidad de actividad enzimática como la cantidad de enzima que transforma 1 mol de sustrato por segundo. Esta unidad se llama katal (kat). Como 1 mol son 106 µmoles y 1 minuto son 60 segundos, resulta que 1 katal equivale a 60 x 106 U. Esta unidad es muy grande, de forma que se utilizan frecuentemente los submúltiplos como el microkatal (µkat, 10-6 kat) o el nanokatal (nkat, 10-9 kat).
Cuando se conoce el peso molecular del enzima puro y el número de centros activos por molécula de enzima, las medidas de actividad enzimática permiten calcular el número de recambio del enzima, o sea, el número de reacciones elementales que realiza el enzima por cada centro activo y por unidad de tiempo.
MOTIVOS QUE HACEN DE KM UN PARÁMETRO CINÉTICO IMPORTANTE
CINETICA ENZIMATICA
Dada la reación: A ----> B , donde A es el sustrato (reactante) y B el producto, la velocidad (o la tasa de rapidez), u, es la cantidad de B formado o la cantidad de A consumido por unidad de tiempo. Así:
La relación matemática entre la tasa de rapidez y la concentración de reactantes e la ley de rapidez. Para esta reacción la ley de rapidez es:
donde n es el orden de la reacción, determinado experimentalmente y k es la constante de rapidez.
Reacción de Cero Orden: la rapidez es independiente de la concentración del reactante: v= k[A]°
Una reacción enzimática es de cero orden cuando la enzima está saturada del sustrato. En este caso, la formación del producto procede a una rapidez lineal con respecto al tiempo. La adición de más sustrato no aumenta la rapidez de la reacción.
Reacción de Primer Orden: la rapidez depende de la concentración del reactante elevado a la primeta potencia:
v=k[A]1
El paso determinante de la reacción es unimolecular (no se requieren colisiones moleculares; sólo una molécula es necesaria para alcanzar el estado de transición). La rapidez es directamenete proporcional a la [A]. La unidad de k es 1/seg. Una gráfica de v vs [A] da una línea recta cuya pendiente es igual a k.
A mayor disponibilidad de A mayor la rapidez de la reacción.
Un analisis de la rapidez de una reacción de un sólo sustrato y catalizada por una enzima genera resusltados muy diferentes a los esperados. A baja [A] la es proporcional a la [A]: la reacción tiene una cinética de primer orden. Sin embargo v no aumenta proporcionalmente según [A] aumenta: en su lugar, comienza a nivelarse.
Cuando [A] es lo suficientemente alta, u es virtualmente indepentiente de [A] y tiende a un límite máximo. El valor de u en ese límite se indica como Vmax. Como la rapidez ya no es dependiente de [A| a esas altas concentraciones, se dice que la enzima está saturada del sustrato y la reacción sigue una cinética de cero orden.
El factor más común que afecta la rapidez de una reacción es el cambio en concentración de reactantes ya que esto afecta el equilibrio. Para los procesos enzimáticos hay dos posibilidades:
(a) Cambios en la concentración de la enzima.Para la reacción:
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donde:S=sustratoE= enzimaES=complejo enzima/sustratoP= producto; yk1 y k2 = constantes de rapidez de cada reacción,
la velocidad inicial, v, (velocidad medida cuando apenas ha reaccionado el sustrato) es proporcional a la concentración de enzima [E]: v ∝ [E] .
Sin embargo, según procede la reacción, esta proporcionalidad no es tan notable. Veamos: si consideramos la reacción como:
entonces v1 = k1[S][E] y v2= k2[E][P].
Como la reacción está en equilibrio entonces v1 = v2 , por lo que:
Como [ E ] se cancela, entonces:
Por lo tanto, la [ E ] no afecta la Keq, lo que equivale a decir que la enzima afecta la rapidez de la reacción pero no las constantes de rapidez, cuya proporción es la Keq. La constante de equilibrio será la misma con o sin catálisis enzimática.
(b) Cambios en la concentración del sustrato: con otras condiciones constante, si la [ S ] aumenta entonces la velocidad inicial,v, aumenta hasta un valor máximo, Vmax, y no más allá. Este máximo se alcanza cuando la enzima se satura del sustrato. Para la reacción:
(k1/k2 representan las constante de rapidez de la reacción directa e inversa, respectivamente)
Se asume que:
(a) k2 es insignificante cuando se compara con k1
(b) la rapidez de formación de ES es igual a la rapidez de su degradación por el transcurso de la reacción. Esto se conoce como la presunción del estado invariable. Por lo tanto, la expresión de rapidez para la reacción de ES será:
v = / t = k3[ ES ]
Ahora bien:
(a) si la rapidez de formación de ES es = k1[ S ][ E ]; y
(b) si la rapidez de disociación de ES es = (k2 + k3)[ ES ], entonces, por la presunción del estado invariable:
k1[S][E] = (k2 + k3)[ES] por lo que:
La expresión
se conoce como la constante de Michaelis-Menten (km), cuya dimensión es moles/litro (Molaridad).
Usando otras consideraciones, se logra derivar la ecuación conocida la Ecuación de Michaelis-Menten:
donde v = velocidad (rapidez) inicial y Vmax = velocidad (rapidez) máxima que la reacción puede alcanzar.
Si km = [S], entonces
y
Si se grafica v vs [S] tenemos que:
Km es la concentración de S, [ S ], a la que la enzima está a la mitad de su velocidad máxima (punto 'b' en la gráfica).
Desde el origen hasta el punto 'c' de la gráfica, la enzima presente no está totalmente combinada con el sustrato. En los puntos 'a' y 'b', aumentando o disminuyendo [ S ] aumenta o disminuye [ ES ], por lo que v dependerá de [S] (reacción de primer orden).
En el punto 'c', toda la enzima está esencialmente combinada con el sustrato (saturada), por lo que cualquier aumento en [S] no altera la rapidez de reacción: no hay enzima libre para reaccionar (reacción de orden cero).
La ecuación de Michaelis-Menten describe el comportamiento de muchas enzimas según [ S ] varía. A esos efectos:
(a) Si Km es la [ S ] que produce la mitad de la Vmax, entonces en ese punto la enzima esta "media" saturada. Km se puede calcular experimentalmente de la gráfica de v vs [ S ].
(b) Si [ S ] es mucho menor que Km (punto 'a' en la gráfica), entonces la ecuación de Michaelis-Menten será:
lo que implica que cuando la concentración del sustrato es considerablemente menor que la requerida para obtener la mitad de la Vmax (el valor de Km), entonces la velocidad v dependerá de [ S ] (reacción de primer orden).
(c) Si [ S ] es mucho mayor que Km (punto 'c' en la gráfica) entonces la ecuación de Michaelis-Menten será:
lo que implica que la velocidad medida es realmente la velocidad máxima posible (enzima saturada; reacción de cero orden).
Importancia de la constante de Michaelis-Menten, Km:
-es una constante que es característica de cada enzima y su sustrato bajo condiciones específicas.
-puede reflejar la afinidad de la enzima por su sustrato (a menor valor de Km mayor la afinidad de la enzima para la formación del complejo ES).
-permite interpretar el mecanismo de la reacción enzimática. Como regla general, si [ S ]>100(Km), entonces v = Vmax y la cinética es de cero orden; si [ S ]< 0.01(Km), la cinética es de primer orden.
- permite calcular cuanto sustrato usar.
Muy pocas enzimas dan curvas de saturación que permitan la evaluación de Vmax y Kmde la gráfica de v vs [ S ].
En este caso se recurre a las gráficas de Lineweaver-Burk, que parte de una ecuación del tipo y = mx+b , que es la gráfica de una línea recta. Esta ecuación surge del recíproco de la ecuación de Michaelis-Menten:
-la pendiente m es Km/Vmax;
-el intercepto en "y" es 1/Vmax
-el intercepto en "x" es -1/Km
Km se puede calcular de la pendiente o del intercepto en "y" o del negativo del intercepto en "x".
La ecuación de Lineweaver-Burk permite evaluar la reacciones enzimáticas con inhibidores.
Otra forma de medir eficiencia catalítica es por el número de vuelco o de recambio (turnover number), kcat :
kcat = Vmax/[ Etotal ]
donde [ Etotal ] es la concentración total de la enzima= [ E ] + [ ES ], donde [ E ] es la concentración de la enzima libre y [ ES ] es la concentración de la enzima en el complejo enzima sustrato.
kcat es una medida de la máxima actividad enzimática; se asume que la enzima esta totalmente saturada con el sustrato, por lo que la reacción procede a la máxima rapidez.
Se han encontrado muchas enzimas que no dan cinética de saturación hiperbólica o clásica de Michaelis-Menten. Para estas enzimas, una gráfica de v en función de [S] da una curva sigmoidal.
Curva de saturación sigmoidal.
Parece que la reacción sigmoidea se debe a la presencia de focos de enlaces múltiples en la enzima, situados probablemente en subunidades diferentes. La interacción de un sustrato en un foco ocasiona un cambio en la configuración de la estructura terciaria de la proteína, que puede dar como resultado un cambio en la afinidad de un foco libre para los sustratos (Alosterismo o efecto alostérico: un efector o modulador se une de forma no-covalente a una proteína y afecta -positiva o negativamente- su actividad).
La constante de Michaelis-Menten (KM) es un parámetro cinético importante pór múltiples razones:
KM es la concentración de sustrato para la cual la velocidad de reacción es la mitad de la velocidad máxima. En efecto, si KM = [S], la ecuación de Michaelis-Menten se reduce a: v = Vmax/2.
El valor de KM da idea de la afinidad del enzima por el sustrato: A menor KM, mayor afinidad del enzima por el sustrato, y a mayor KM, menor afinidad. Este hecho tiene fácil explicación si tenemos en cuenta que KM se define como
Hay enzimas que no obedecen la ecuación de Michaelis-Menten. Se dice que su cinética no es Michaeliana. Esto ocurre con los enzimas alostéricos, cuya gráfica v frente a [S] no es una hipérbola, sino una sigmoide (Figura de la derecha). En la cinética sigmoidea, pequeñas variaciones en la [S] en una zona crítica (cercana a la KM) se traduce en grandes variaciones en la velocidad de reacción.