Enzimas: Cinética Enzimática y Modelo de Michaelis-Menten
1.
2. Las enzimas son proteínas que catalizan las reacciones
químicas en los seres vivos, es decir aumentando su
velocidad.
La sustancia sobre la que actúa la enzima se llama sustrato.
El sustrato se une a una región concreta de la enzima,
denominada centro activo.
El centro activo comprende:
› Un sitio de unión, formado por los aminoácidos que están en
contacto directo con el sustrato.
› Un sitio catalítico, formado por los aminoácidos directamente
implicados en el mecanismo de la reacción.
Las enzimas son catalizadores específicos: cada enzima
cataliza un solo tipo de reacción y, casi siempre, utiliza un
único sustrato.
3. Los cofactores son iones inorgánicos (como, el Fe2+,
Mg2+, Mn2+, Zn2+ etc.) imprescindibles para la
actividad enzimática.
Cuando el cofactor es una molécula orgánica se
suele llamar coenzima.
Muchas de estas coenzimas se sintetizan a partir de
vitaminas. A menudo, las coenzimas actúan como
aceptores temporales de un fragmento del sustrato.
Cuando el ión inorgánico o la coenzima se
encuentran unidos covalentemente a la enzima se
denominan grupos prostéticos.
La forma activa de una enzima se llama holoenzima.
La parte proteica de una holoenzima se llama
apoenzima.
4. Clase 1: OXIDORREDUCTASAS. Catalizan las reacciones de
oxidorreducción, es decir, de transferencia de hidrógeno (H) o de
electrones (e-) de un sustrato a otro, según la reacción general:
AH2 + B ⇆ A + BH2
Ejemplos son la succinato deshidrogenasa o la citocromo c oxidasa.
Clase 2: TRANSFERASAS. Catalizan la transferencia de un grupo
químico (distinto del hidrógeno) de un sustrato a otro, según la
reacción:
A-B + C ⇆ A + C-B
Un ejemplo es la glucoquinasa, que cataliza la reacción: glucosa +
ATP ⇆ ADP + glucosa-6-fosfato
Clase 3: HIDROLASAS. Catalizan las reacciones de hidrólisis:
A-B + H2O ⇆ AH + B-OH
Un ejemplo es la lactasa, que cataliza la reacción: lactosa + agua
⇆ glucosa + galactosa
5. Clase 4: LIASAS. Catalizan reacciones de ruptura o unión química
de sustratos:
A-B ⇆ A + B
Un ejemplo es la acetacetato descarboxilasa, que cataliza la
reacción: ácido acetacético ⇆ CO2 + acetona
Clase 5: ISOMERASAS. Catalizan la interconversión de isómeros:
A ⇆ B
Un ejemplo es la fosfotriosa isomerasa que cataliza la reacción:
dihidroxiacetona-fosfato ⇆gliceraldehído-3-fosfato
Clase 6: LIGASAS. Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis
simultánea de un ATP o GTP:
A + B + XTP ⇆ A-B + XDP + Pi
Un ejemplo es la piruvato carboxilasa, que cataliza la reacción:
piruvato + CO2 + ATP ⇆ oxaloacetato + ADP + Pi
6. El comienzo de una reacción requiere un
aporte inicial de energía. Esta energía
inicial se llama energía de activación (Ea).
La enzima permite que:
› Los reactivos (sustratos) se unan a su centro
activo con una orientación óptima para que se
produzca la reacción.
› Se modifiquen las propiedades químicas del
sustrato unido al centro activo, debilitando los
enlaces existentes y facilitando la formación de
otros nuevos.
7. Hay dos modelos sobre la forma en que
el sustrato se une al centro activo de
una enzima:
› El modelo llave-cerradura supone que la
estructura del sustrato y la del centro activo
son complementarias, de la misma forma
que una llave encaja en una cerradura
› En otros casos, el centro activo adopta la
conformación idónea sólo en presencia del
sustrato. Este es el modelo del ajuste
inducido.
8. La actividad está modulada por cambios
en el pH o en la temperatura. Su velocidad
depende de las concentraciones de sus
sustratos y de sus cofactores.
Ciertas moléculas pueden inhibir la acción
catalítica de una enzima: son los
inhibidores.
› Competitivos
› No competitivos
› Acompetitivos
9.
10. 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 especificidad de la enzima.
Leonor Michaelis y Maud Menten
desarrollaron un modelo cinético y
propusieron una ecuación de velocidad
que rige la acción enzimática.
11. Para estudiar la cinética enzimática se mide el
efecto de la concentración inicial de sustrato sobre
la velocidad inicial de la reacción.
La relación entre la velocidad inicial (v0) y la
concentración de sustrato ([S]) está descrita por el
modelo cinético de Michaelis-Menten.
Propusieron que las reacciones catalizadas
enzimáticamente ocurren en dos etapas:
k1 k3
EL + S ⇆ ES → E + P
k2
12. El modelo de Michaelis-Menten, permite conocer la
velocidad a la que se lleva a cabo una reacción
mediante la siguiente ecuación:
V = Vmáx [S]
[S]KM
Esta ecuación quiere decir que:
Cuando la concentración del sustrato es mucho
menor que la KM, la velocidad es directamente
proporcional a la concentración de sustrato
V = [S] Vmáx
KM
Cuando la concentración de sustrato es mucho
mayor que la KM, la V= Vmáx, la velocidad es
máxima, independiente de la concentración de
sustrato
KM es una relación de
constantes de velocidad
para una determinada
reacción.
13. Cuando:
[S]=KM entonces V= Vmáx
2
Así, KM es aquella concentración de sustrato a la cual
la velocidad de la reacción se hace la mitad de su
valor máximo.
El valor de la KM para una
enzima depende de cada
sustrato particular y también
de las condiciones
ambientales tales como T°,
pH, y fuerza iónica.