Cinética Enzimática

Cinética Enzimática

Es el estudio de las velocidades de las reacciones catalizadas por enzimas.

Una enzima actúa sólo en condiciones suaves a un pH alrededor de 7, a temperatura de 37ºC y a una presión de una atmósfera.

El incremento que ejercen sobre la velocidad es enorme, va de 106 a 1012 veces con respecto a la reacción en ausencia del catalizador.

Las enzimas poseen un alto grado de especificidad; solamente catalizan la reacción en la que participa un sustrato o un grupo de sustratos con ciertas características químicas y geométricas comunes.

En este tipo de reacciones hay aumento de la velocidad cuando la concentración del sustrato aumenta.

Orden de Reacción.

Orden cero: Se refiere a aquellas en las que la velocidad de reacción es independiente de la concentración de reactantes.

Primer orden: es donde la velocidad de la reacción es proporcional a la concentración de solamente de uno de los reactantes elevada a la primera potencia.

Segundo orden: son aquellas en donde la velocidad de reacción es proporcional a la concentración de un reactivo elevada al cuadrado o a los dos reactantes.

Para una reacción catalizada por una enzima se tienen diferentes órdenes de reacción, dependiendo de la concentración del sustrato.

Teoría Cinética de Michaelis-Menten

En 1919 estos investigadores estudiaron la cinética de la actividad enzimática de la invertasa en la reacción:

Sacarosa fructosa + glucosa

Midieron velocidad inicial en dos diferentes experimentos:

Vo

Concentración enzima

{S} = cte

Vo α {E}

1. Manteniendo constante la concentración inicial del sustrato y variando la concentración de la enzima. Encontrando que la velocidad es directamente proporcional a la concentración de la enzima.

V inicial en relación a la concentración de enzima.

2. Manteniendo constante la concentración de la enzima y variando la concentración del sustrato.

Se observa una transición de una fase dependiente del sustrato a una fase independiente.

Esta conclusión es la base de su teoría

Enzimas exhiben el efecto de saturación.

Primer orden

Orden cero

V inicial en relación a la concentración de sustrato

Modelo propuesto por Michaelis –Menten:

La enzima E se combina con S forma el complejo ES (vel k1), este tiene dos destinos posibles, puede disociarse hasta E y S (vel k-1) o, puede formar un producto P (vel k+2). Este paso es más lento y limita la reacción global.

E SES ES E

P

La velocidad total de la reacción está dada por v=k2{ES}

A bajas {S} la mayor {E} estará libre y por tanto la velocidad total está dada por v=k {S} y el equilibrio tenderá a la formación de ES.

La velocidad máxima de la reacción se da cuando toda la enzima está como ES y la {E} es extremadamente pequeña. La enzima se ha saturado de modo que el aumento en la {S} no tiene efecto, v=k{S}0

Cuando el complejo ES se descompone queda la enzima libre para catalizar nuevamente.

La saturación es una característica distintiva de cada enzima y equivale a la meseta observada en la gráfica.

Ecuación de Michaelis-Menten

Ecuación que describe la velocidad de una reacción catalizada por una enzima. Es una relación cuantitativa entre la {S} y la velocidad inicial máxima, relacionada a través de una constante.

:

Vmáx = Vmáx{S} Vmáx (Km+{S})=Vmáx{S} 2 Km + {S} 2

Km+{S}=2{S}; Km={S}

Constante de Michaelis-Menten

El valor de Km para una enzima depende del sustrato particular y también de las condiciones ambientales tales como la temperatura y la fuerza iónica.

La constante de Michaelis Km tiene dos significados:

•La Km es la concentración de sustrato a la cual la mitad de los centros activos están repletos. Una vez conocida Km, la fracción de centros llenos, a cualquier concentración puede calcularse.

•Km es la medida del complejo enzima-sustrato (ES): una Km alta indica una ligazón débil, una Km baja indica ligadura fuerte.

Gráfica de los dobles recíprocos.

Ecuación de

Lineweaver-Burk

•Permite una determinación más precisa Vmáx.•Distingue entre ciertos tipos demecanismos de reacción.•Sirve para analizar la inhibiciónEnzimática.

Inhibición Enzimática

Un inhibidor es una molécula que interactúa con la enzima y disminuye su actividad catalítica.

La inhibición puede ser: Irreversible Reversible

Irreversible: Se produce un complejo {EI} no disociable. E + I EI se da a una velocidad definida por k Ej: Enz-SH + ICH2CO NH2 Enz-SCH2CONH2 + HI

Reversible: Competitiva, no competitiva acompetitiva.

Inhibición Competitiva

La característica más importante es que el sustrato y el inhibidor son mutuamente excluyentes (no hay complejo IES).

Inhibidor con estructura similar o diferente a la del sustrato.(Induce cambio conformacional en la enzima). Disminuye la facilidad de acceso del sustrato original .

El Inhibidor se combina reversiblemente con la enzima. La concentración del complejo ES será menor que sin

inhibidor. La vmax no cambia en tanto que Km aumenta.

s

I

Inhibición Competitiva

Inhibición no Competitiva

Se combina con la enzima en un lugar que no es el catalítico. En este tipo de inhibición además de formarse el complejo

binario enzima-inhibidor (EI) y enzima-sustrato (ES), se forma el complejo ternario entre enzima, inhibidor y sustrato (EIS).

El inhibidor no competitivo tiene una estructura diferente a la del sustrato y concentraciones saturantes de este último no revierte la inhibición.

La Km permanece igual y disminuye la Vmáx

Inhibición no competitiva

Inhibición acompetitiva

En este tipo de inhibición, el inhibidor no interactúa con la enzima libre, pero si con el complejo ES.

Se encuentra con frecuencia en las reacciones en las que participan varios sustratos; el inhibidor crea su sitio en la enzima que participa en el complejo ES.

El inhibidor acompetitivo no afecta la pendiente de las rectas pero aumenta la intersección en las ordenadas (disminuyendo la vel max) y aumenta la intersección en las abscisas (disminuyendo la Km). S

I

S

Inhibición acompetitiva

-Dibuja las gráficas de Lineweaver-Burk correspondientes.-¿Cuáles son los valores de Vmax y Km en ausencia del inhibidor?-¿Cuáles son los valores de Vmax y Km en presencia del inhibidor?-¿De qué tipo de inhibidor se trata?

Tabla I .- Datos de la enzima

Concentración de Sustrato (M)

Velocidad (M / min.)

Sin inhibidor Con inhibidor

3 10.4 2.1

5 14.5 2.9

10 22.5 4.5

30 33.8 6.8

90 40.5 8.1

Gráfica de Michaelis-Menten

Efecto de la concentracion del sustratosobre la velocidad de reaccion

Concentracion de sustrato

Vel

oci

da

de

reac

cio

n

Sin inhibidor

Con inhibidor

V max.

1/2 Vmax.

Grafica de Lineweaver-Burk

1/[s]

1/V Con inhibidor

Sin inhibidor

Pendiente= KM Vmax

-1 KM

= 0.1411

-1 Vmax

= 0.0288

-1 Vmax

= .1479