cinetica enzimatica

1. Enzimología
CINÉTICA ENZIMÁTICA

2. CINÉTICA
 Los experimentos de cinética examinan la relación que existe entre
la cantidad de producto (P) Formado en la unidad de tiempo, Δ[P]/Δt
(donde Δ es el símbolo universal de cambio), de acuerdo a las
condiciones experimentales bajo las cuales se realiza la reacción.
 La base de la mayoría de las determinaciones cinéticas es la
observación de como la velocidad (v), de una reacción varía
directamente con la concentración de cada una de las sustancias
que actúan como reactivos para producir el producto.
 Esta observación es expresada por medio de una ecuación de
velocidad.
 Por ejemplo, la ecuación de velocidad para la conversión, no
enzimática, de un sustrato (S) a un producto por una reacción de
isomerización sería:

3. Constante de Velocidad
• La ecuación anterior refleja el hecho de que la
velocidad de la reacción depende de la
concentración de sustrato [S]
• El símbolo k es llamada constante de velocidad e
indica la relación proporcional entre [S] y la
cantidad de producto producido por unidad de
tiempo, es decir indica la relación que existe entre
la [S] y la velocidad de la reacción.
• Cada reacción, bajo determinadas condiciones,
presenta una constante de velocidad característica.
• Las unidades en que se expresa la constante de
velocidad (k) serán s-1

4.  Virtualmente todas las reacciones químicas, incluyendo las
catalizadas por enzimas, se desarrollan contra una barrera
energética que separa los reactivos de los productos.
 Esta barrera, llamada Energía Libre de Activación, esta
constituida por la diferencia entre la energía de los
reactivos y un intermediario de alta-energía cuya
formación es requerida para la transformación de reactivos
a productos. Por ejemplo en la reacción:
A ↔ T* → B
 La conversión del reactivo A al producto B requiere
suficiente energía para que el reactivo A adquiera una
conformación intermedia de alta energía que precede a su
conversión en producto y que se ha denominado Estado
Activado o Estado de Transición T*
Estado de Transición

5. Energía Libre de Activación
El punto máximo en esta figura expresa
el valor de la Energía Libre de Activación,
es decir, la diferencia en energía libre
entre el(los) reactivo(s) y el estado de
transición en donde se ha formado el
intermediario de alta energía necesario
durante la conversión de reactivos a
productos.
El alto valor de esta energía libre de
transición, para la formación de este
estado de alta energía, es lo que propicia
que las reacciones químicas no
catalizadas sean frecuentemente
demasiado lentas.

6. Velocidad de la Reacción
 Para que puedan reaccionar, las moléculas deben
contener suficiente energía para sobrepasar la barrera
que impone el alcanzar el estado de transición.
 En ausencia de un catalizador, en nuestro caso en
ausencia de una enzima, la cantidad de moléculas en una
población de reactivos que pueden poseer esta energía
es muy pequeña y la capacidad de formar producto es
igualmente demasiado pequeña.
 Por lo tanto la velocidad de la reacción esta determinada
por el número de moléculas con energía suficiente para
alcanzar el estado de transición.
 En general, mientras menor sea la energía de activación
y más moléculas puedan alcanzarla, la velocidad de la
reacción será mayor. De esto depende el enorme valor
que tienen las enzimas en los sistemas biológicos.

7.  Las enzimas permiten que las reacciones se realicen a la
velocidad adecuada dentro de las condiciones que
prevalecen dentro de la célula, estableciendo una vía de
reacción alternativa con una energía de activación
bastante más pequeña que la requerida en la vía no
catalizada de reacción.
 Las enzimas no cambian las energías libres de los
reactivos ni de los productos, ni tampoco cambian el
punto de equilibrio de la reacción.
 Las enzimas aceleran notablemente la velocidad con la
cual dicho equilibrio de reacción será alcanzado.

8. CINÉTICA
• La cinética se refiere al estudio de la velocidad de
cambio de reactivos a productos durante una reacción
química
• La velocidad se refiere al cambio en la concentración
de reactivos o productos por unidad de tiempo
• La tasa de cambio (rate) se refiere al cambio total en
las concentraciones por unidad de tiempo
• Velocidad inicial es el cambio en la concentración de
reactivos o productos inmediatamente después de que
la reacción se inicia, es decir cuando la reacción es
lineal.

9. La derivación de la primera ecuación de velocidad para una reacción catalizada por
enzimas fue derivada en 1903 por Henri y se basó en los siguientes supuestos:
E + S ES E + P
1. La enzima es un catalizador (propuesto por Berzelius en 1835-1837).
2. La enzima y el sustrato reaccionan rápidamente para formar un complejo enzima-
sustrato (propuesto en 1902 por Brown)
3. Sólo 1 sustrato y un complejo enzima-sustrato están involucrados, y el complejo ES se
rompe directamente para formar E libre y producto.
4. La enzima, el sustrato y el complejo enzima-sustrato están en equilibrio, esto es la
velocidad a la cual ES se disocia a E + S es mucho más rápida que la velocidad a la cual ES
se rompe para formar E + P.
5. La [S] es mucho mayor que la [E], de modo que la formación del complejo ES no altera
la [S]. Los paréntesis cuadrados [] indican concentraciones.
6. La velocidad de la reacción está limitada por el rompimiento del complejo ES para
formar E libre y P (etapa limitante).
7. La velocidad es medida durante tiempos muy cortos, de modo que la velocidad de la
reacción reversa es insignificante

10. Otras condiciones para la cinética de
tipo Michaelis-Menten
Para que la cinética enzimática responda a lo
propuesto por Michaelis-Menten, algunas
condiciones secundarias, pero importantes,
deben ser mantenidas durante la reacción:
La Temperatura, la fuerza iónica, el pH, y otras
constantes físicas que puedan afectar la velocidad
de la reacción deben permanecer constantes
Cada molécula de enzima debe actuar en una
molécula de sustrato en cada ocasión
La enzima debe permanecer sin ninguna
modificación, ni en su estructura, ni en su
concentración, durante todo el tiempo que dure la
determinación de la reacción.

13. ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN
 La ecuación de Michaelis-Menten describe como varía la velocidad
de las reacciones catalizadas por enzimas de acuerdo a la
concentración de sustrato:
 Para utilizar la ecuación de Michaelis-Menten deben asumirse
diferentes cosas:
 Las concentraciones relativas de E y S: La concentración de sustrato
([S]) es mucho mayor que la concentración de enzima ([E]), de manera
que la proporción de sustrato fijo a la enzima es siempre relativamente
pequeña.
 La reacción esta en equilibrio: [ES] no cambia durante el tiempo (la
reacción se asume en equilibrio de flujos), es decir, la velocidad de
formación de ES es igual a la velocidad de su transformación en E + S y
en E + P).
 Velocidad Inicial: Deben usarse velocidades iniciales (vo). Esto significa
que la velocidad de la reacción debe determinarse tan pronto como el
sustrato y la enzima son mezclados. En dicho tiempo, la concentración
de productos es despreciable y, por lo tanto, la reacción inversa de
productos a sustratos puede ser ignorada.

14.  Las enzimas aumentan las velocidades de las
reacciones químicas sin ser alteradas en el proceso de
conversión de reactivos a productos
 Esta conducta define, precisamente, a un catalizador
 Las enzimas aumentan las velocidades de reacción
disminuyendo la cantidad de energía requerida para
formar un complejo reactivo, activado, competente
para formar productos
 Esto ocurre por medio de la formación de un complejo
entre la enzima y el sustrato (ES)

15. La velocidad a la cual ocurre la reacción (1) es consecuencia de lo
siguiente:
El número posible de choques entre S y E, que es directamente
proporcional al producto de sus concentraciones [S][E]
El número de choques por un tiempo determinado capaces de
producir reacción, el cual será proporcional al número de choques
posibles
Así pues, la velocidad de la reacción será proporcional a [S][E]:
Velocidad1 (v1) = k1 [S][E]
En donde k1 es la constante de velocidad

16. La velocidad a la cual ocurre la inversa de la reacción (1) puede
deducirse del siguiente modo:
Una determinada cantidad de E liberará cierta cantidad de S
durante el tiempo en que la reacción progresa
La velocidad de la reacción inversa será entonces directamente
proporcional a ES
Velocidad2 (v2) = k2 [ES]
En donde k2 es la constante de velocidad

17. La velocidad a la cual ocurre la reacción (2) puede deducirse del
siguiente modo:
Una determinada cantidad de E1 producirá cierta cantidad de P
durante un tiempo definido de la reacción
La velocidad de producción de P será entonces directamente
proporcional a [E1]
Velocidad3 (v3) = k3 [ES]
En donde k2 es la constante de velocidad

18. Cinética de Michaelis-Menten (1)
• Para explicar la relación observada 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
la 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]
Los paréntesis cuadrados [] indican concentraciones

19.  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. Por tanto, la
velocidad de formación del complejo enzima-sustrato (v1) es igual
a la de su disociación (v2+ v3):
v1 = v 2 + v 3
 Además, como [ES] es constante, la velocidad de formación de los
productos es constante:
v = v3 = k3 [ES] = constante.

20. Cinética de Michaelis-Menten (3)
 Como v1=v2+v3, podemos decir que:
k1[S] [ET] - k1 [S] [ES] = k2 [ES] + k3 [ES]
 Despejando [ES], queda que:
En donde:
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:

21. Cinética de Michaelis-Menten (4)
 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 toda la enzima disponible
se encuentra unida al sustrato.

22. Cinética de Michaelis-Menten (5)
 Si introducimos el parámetro Vmax = k3 [ET] en la
ecuación general de la velocidad,
 obtenemos la expresión más conocida de la
ecuación de Michaelis-Menten:

23.  A valores bajos de [S], la velocidad inicial, Vi, aumenta
casi linealmente al aumentar [S].
 Pero según [S] aumenta, el incremento en Vi
disminuye (formando una hipérbola rectangular).
 La asímptota de esta curva representa la velocidad
máxima de la reacción, designada Vmax
 La concentración de sustrato que produce una Vi que
sea igual a la mitad de Vmax se designa como
constante de Michaelis-Menten, Km (llamada así por
los investigadores que desarrollaron este estudio de la
cinética enzimática).

24. La mayoría de las enzimas muestran cinética
del tipo de Michaelis-Menten, en la cual la
gráfica de la velocidad inicial (vo) contra la
concentración de sustrato ([S]), es de tipo
hiperbólico.

25. Orden de Reacción
Orden de Reacción: Se refiere al número de moléculas de reactivo
que deben estar presentes para producir un producto.
Un S unimolecular S → P es una reacción de primer orden.
Un 2S bimolecular 2S → P es una reacción de segundo orden.
Un bimolecular S1 + S2 → P es de segundo orden: de primer orden
en S1 y de primer orden en S2.
• El orden de la reacción esta dado por los exponentes de las
concentraciones de reactivos en la ley de velocidad.
– v = k[A]n
• n=0, orden cero (no depende de [A]
• n=1, primer orden
• n=2, segundo orden
– v = k[A]2[B]
• Segundo orden en A, primer orden en B, reacción de
tercer orden

26. Significado de Km
• Km es una constante
• Km es una constante derivada a partir de
constantes de velocidad: (k-1 + k2)/k1
• Km es, siendo verdaderas las condiciones
supuestas ciertas por Michaelis-Menten, una
estimación de la constante de disociacion del
complejo ES para dar E + S, a partir de (k-1/k1)
• Km pequeña significa ES en unión fuerte;
• Km alta significa ES en unión débil

27. CINÉTICA DE TIPO MICHAELIS-MENTEN
 Características de Km: la constante de Michaelis es
característica de cada enzima y su sustrato particular, y
refleja la afinidad de la enzima por dicho sustrato.
 La Km es numéricamente igual a la concentración de
sustrato a la cual se alcanza la mitad de la velocidad
máxima de la enzima, ½Vmax.
 La Km no depende de la concentración de la enzima.
 Una Km numéricamente pequeña, refleja una gran afinidad por el
sustrato, ya que bajas concentraciones de sustrato son
suficientes para saturar al 50% de la enzima – es decir, para
alcanzar la mitad de la velocidad máxima, ½Vmax.
 Una Km numéricamente grande, refleja una baja afinidad de la
enzima por su sustrato, ya que son necesarias grandes
concentraciones de sustrato para saturar el 50% de la enzima.

28. • Vmax es una constante
• Vmax es la velocidad máxima teórica de la reacción
– pero, en realidad, nunca se alcanza
• Para alcanzar la velocidad máxima se requiere que
[S] >> [E] y que TODAS las moléculas de enzima
estén unidas al sustrato.
• Vmax se alcanza asintóticamente a medida que la
concentración de sustrato aumenta

29. Gráfica de Dobles Recíprocos o de
Lineweaver-Burk
 En la práctica la determinación de la constante de
Michaelis-Menten (Km) y de la velocidad máxima a partir
de una gráfica hiperbólica no nos proporciona un valor
suficientemente preciso.
 Por esta razón, Lineweaver y Burk decidieron cambiar la
ecuación de Michaelis-Menten tomando los valores
recíprocos de la V y la [S] generando una gráfica de dobles
recíprocos.
 Esto proporciona una gráfica lineal del recíproco de la
velocidad contra el recíproco de la concentración de
sustrato, que nos proporciona los valores exactos de la Km
en el intercepto de la línea en el eje de las abscisas y el valor
exacto de la velocidad máxima (Vmax) en el intercepto del
eje de las ordenadas

30. La Ecuación de Michaelis-Menten
Puede ser simplemente transformada tomando los inversos de ambos
miembros, lo cual nos proporcionará:
Separando los componentes del numerador en el segundo miembro de
esta ecuación, nos da:
Que se simplifica fácilmente para dar finalmente:

32. Ecuación de Dobles Recíprocos o de
Lineweaver-Burk

34. Otras transformaciones gráficas de la
ecuación de Michaelis-Menten
 Gráfico de Eadie-Hofstee
v Los valores obtenidos son mas precisos,
v=V −K
max m [S] porque no incluye el error intrínseco en
el uso de valores recíprocos
Vmax
Inclinação = =-Km
pendiente
v
Vmax
Km
v
[S]

35.  Gráfico de Hanes-Woolf
[S] K 1
= m + [S]
v V V
max max
[S]
v 1
Inclinação =
pendiente
Vmax
Km
Vmax
-Km [S]

36. Gráfico de Eisenthal/Cornish-Bowden
No requiere de cálculos
Vmax
Vm
v0(3)
v0(2)
v0(1)
K
KM
m
-[S]3 -[S]2 -[S]1

37.  Hay enzimas que no obedecen
la ecuación de Michaelis-
Menten.
 Se dice que su cinética no es
Michaeliana.
 Esto ocurre con las llamadas
enzimas alostéricas, cuya
gráfica v contra [S] no es una
hipérbola, sino una sigmoide
(en forma de s)
 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.

38. Efecto del pH
 Las enzimas, al ser proteínas, poseen propiedades que son
muy sensibles al pH.
 De hecho, la mayoría de las proteínas sólo son activas en un
estrecho intervalo de pH, típicamente entre 5 y 9.
 Esto es el resultado de los efectos del pH sobre una
combinación de factores:
 (1) la fijación del sustrato a la enzima, frecuentemente utilizando
enlaces electrostáticos que dependen de la ionización de los
participantes.
 (2) la actividad catalítica de la enzima, dependiente del estado de
ionización de los aminoácidos importantes localizados en el sitio
activo de la enzima, así como de su estructura terciaría y
cuaternaria
 (3) la ionización del sustrato y
 (4) la variación de la estructura proteica misma (normalmente,
sólo significativa a pH extremos).

39. La actividad enzimática
varía con el pH El pH óptimo es aquel al cual la
enzima manifiesta su mayor actividad y
frecuentemente refleja el pH al cual la
enzima funciona dentro del organismo.
El pH de mayor actividad varía para
diferentes enzimas.
Por ejemplo, la pepsina, una enzima
digestiva del estómago, muestra su pH
óptimo a pH <2, mientras que otras
enzimas, diseñadas para funcionar a
pH neutro, serían desnaturalizadas si
se someten a condiciones tan
drásticamente ácidas
 Es necesario recalcar, sin embargo, que el término "pH óptimo" no tiene una
significación físico-química bien definida. Es mejor, en general, referirse a un
rango de pH favorable para una reacción dada. Este rango depende no sólo de
la naturaleza de la enzima particular, sino también del substrato y de la
concentración de éste, de la estabilidad de la enzima, de la temperatura y de
la extensión del periodo de reacción.

40. Los segmentos de la izquierda y de la
derecha de la curva de campana
obtenida, en donde la actividad
enzimática es menor que en el pH
óptimo, representan las curvas de
titulación de los cadenas laterales de
los residuos de aminoácidos que
forman parte del sitio activo de la
enzima.
El punto de inflexión a pH 4.2 refleja
el pKa del residuo 25, cisteína, y el de
pH 8.2 el pKa de la His-159.
La enzima sólo es activa cuando estos
grupos se encuentran como un par
iónico tiolato - imidazolium.

41. Efecto del pH
 Como ocurre con las proteínas, las enzimas poseen un punto
isoeléctrico al cual su carga libre neta es cero. El pH del punto
isoeléctrico, como regla, no es igual al pH al cual se observa actividad
máxima.
 El pH óptimo de las enzimas varia ampliamente; la pepsina, que
existe en el medio ácido del estómago, tiene un pH óptimo de
alrededor de 1,5, mientras que la arginasa tiene un pH óptimo de 9,7.
 Sin embargo, la gran mayoría de las enzimas tienen un óptimo entre
pH 4 y 8, muchas de ellas alrededor del pH fisiológico del organismo,
~7.3 - 7.4. Algunas enzimas muestran una amplia tolerancia a los
cambios del pH, pero otras trabajan bien sólo en un rango estrecho.
 Cualquier enzima que se someta a valores extremos de pH, se
desnaturaliza. Esta sensibilidad de las enzimas a la alteración del pH
es una de las razones por la que la regulación del pH del organismo es
controlada celosamente y explica por qué las desviaciones de la
normalidad pueden implicar graves consecuencias.

42. pH Óptimo
 Es necesario recalcar, sin embargo, que el término "pH óptimo" no tiene
una significación físico-química bien definida. Es mejor, en general,
referirse a un rango de pH favorable para una reacción dada. Este rango
depende no sólo de la naturaleza de la enzima particular, sino también
del substrato y de la concentración de éste, de la estabilidad de la
enzima, de la temperatura y de la extensión del periodo de reacción.

43. Efecto de la temperatura
sobre las enzimas
 Puesto que la estructura proteica es la que determina la actividad
enzimática, cualquier causa que perturbe esta estructura puede
llevar a una pérdida de actividad.
 Aunque el rango general de temperaturas adecuadas para las
reacciones enzimáticas es muy estrecho, los cambios ligeros
suelen tener una considerable influencia.
 Al aumentar la temperatura, la velocidad de reacción aumenta y,
para casi todas las enzimas, un incremento de 10°C duplica e
incluso triplica la velocidad de reacción.
 Por otro lado, sin embargo, ese mismo aumento de temperatura
acelera también la inactivación de la enzima por
desnaturalización térmica. Para muchas enzimas la región de
inactivación térmica está muy próxima de la temperatura óptima.
 La velocidad de inactivación térmica depende también del pH,
fuerza iónica y del estado físico de la enzima

44.  Todas las reacciones químicas son afectadas por la temperatura. A mayor temperatura,
mayor velocidad de reacción. La velocidad de reacción aumenta porque hay más
moléculas con suficiente energía para llegar al estado de transición.
 Las velocidades de las reacciones catalizadas por enzimas también aumentan con la
temperatura . Pero, las enzimas son proteínas y se desnaturalizan a temperaturas altas
 Cada enzima posee una temperatura óptima a la cual opera con mayor eficiencia
 Puesto que las enzimas son proteínas, su temperatura óptima depende también del pH
y de la fuerza iónica.
Si la temperatura de operación se
eleva más allá de la temperatura
óptima, la actividad de muchas
enzimas desciende bruscamente.
Las temperaturas óptimas de
muchas enzimas se encuentran
cercanas a la temperatura normal
del organismo de donde proceden.
Por ejemplo, la temperatura
óptima de la mayoría de las
enzimas en el hombre es cercana a
37°C.

45. Estabilidad Térmica
 El aumento de temperatura
acelera también la
inactivación de la enzima
por desnaturalización
térmica.
 Para muchas enzimas la
región de inactivación
térmica está muy próxima
de la temperatura óptima.
 La velocidad de inactivación
térmica depende de la
enzima, pero también del
pH, fuerza iónica y del
estado físico de la enzima

46. Efecto de la Ionización
 Las velocidades iniciales de muchas
reacciones enzimáticas en función del pH
muestran curvas en forma de campana. Estas
curvas reflejan la ionización de ciertos restos
de aminoácidos que han de encontrarse en un
estado de ionización determinado a fin de
que haya actividad enzimática.

47. Inhibidor:
Efector que hace disminuir la actividad enzimática, a través de
interacciones con el centro activo u otros centros específicos
(alostéricos).
Esta definición excluye todos aquellos agentes que inactivan a
la enzima a través de desnaturalización de la molécula enzimática
De esta forma, habrá dos tipos de inhibidores:
I. Isostéricos: ejercen su acción sobre el centro activo
II. Alostéricos: ejercen su acción sobre otra parte de la
molécula, causando un cambio conformacional con
repercusión negativa en la actividad enzimática.

48. Inhibidores Enzimáticos
 Los inhibidores enzimáticos son moléculas que se unen a
enzimas y disminuyen su actividad.
 La unión de un inhibidor puede impedir la entrada del
sustrato al sitio activo de la enzima y obstaculizar que la
enzima catalice su reacción correspondiente.
 La unión del inhibidor puede ser reversible o irreversible.
 Normalmente, los inhibidores irreversibles reaccionan con
la enzima de forma covalente y modifican su estructura
química a nivel de residuos esenciales de los aminoácidos
necesarios para la actividad enzimática.
 En cambio, los inhibidores reversibles se unen a la enzima
de forma no covalente, dando lugar a diferentes tipos de
inhibiciones, dependiendo de la manera como el inhibidor
se une a la enzima o al complejo enzima-sustrato.

49. Inhibidores Enzimáticos
 Los inhibidores enzimáticos usados dentro de la célula están
implicados en la regulación del metabolismo.
 Por ejemplo, las enzimas en una ruta metabólica pueden ser
inhibidas por los productos resultantes de sus respectivas rutas.
Este tipo de retroalimentación negativa retarda el flujo a través
de la ruta cuando los productos comienzan a acumularse y es una
manera importante de mantener la homeostasis en una célula.
 Otros inhibidores enzimáticos celulares son proteínas que se
unen específicamente e inhiben una enzima importante.
 Este mecanismo puede ayudar a controlar enzimas que pueden
ser dañinas para la célula, como las proteasas o nucleasas.
 Un buen ejemplo es el inhibidor de la ribonucleasa, que se une a
esta enzima en una de las interacciones proteína–proteína más
fuertes conocidas.

50. Inhibición Enzimática
 Competitiva
 El Inhibidor se fija en el sitio activo de la enzima. La inhibición es
reversible puesto que altas concentraciones de sustrato compiten
con el inhibidor. Depende de las afinidades relativas de la enzima
por su sustrato y por el inhibidor. La Km aumenta, la Vmax
permanece sin cambios
 No-competitiva
 El Inhibidor se fija en un sitio diferente al sitio activo de la enzima.
El complejo ESI (Enzima-Sustrato-Inhibidor) no puede formar
productos. Concentraciones altas de sustrato no son
competidoras. La Km no se modifica, la Vmax disminuye
 Un-competitiva o Anti-competitiva
 El inhibidor es capaz de fijarse únicamente una vez que el
complejo ES está ya formado y el cambio en la conformación de
la enzima le proporciona un sitio para su fijación. Tanto la Km
como la Vmax disminuyen

51. Inhibición Competitiva
S
E ES E+P
I
Se define una constante de
equilibrio de disociación del [E] [I]
Ki =
EI
inhibidor:
[EI]
Características:
- Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente exclusivas
- A muy altas concentraciones de substrato desaparece la inhibición
- Por lo general, el inhibidor competitivo es un análogo químico del
substrato.
- El inhibidor es tan específico como el substrato

52. Por tanto, en la inhibición competitiva,
1. El efecto cinético del inhibidor es el aumento aparente de la
Km que aparece multiplicada por el factor (1 + i/Ki)
2. La Vmax no aparece modificada; para concentraciones muy
altas del substrato, v = Vmax, igual que en ausencia de inhibidor
3. Cuanto más pequeño sea el valor de Ki mayor será la potencia
del inhibidor competitivo.
4. Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente exclusivas;
5. el complejo EI no es productivo

54. S
E ES E+P
I I Inhibición
S No Competitiva
EI ESI
El inhibidor no se fija en el sitio activo, y lo hace indistintamente a la enzima libre E y al
complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EI ni el complejo ESI son productivos

56. S
E ES E+P
I
Inhibición
Anticompetitiva
ESI
El inhibidor sólo puede fijarse al complejo ES;
el complejo ESI no es productivo

58. Inhibición por Sustrato
 La inhibición por sustrato y por producto es donde el sustrato o el
producto de una reacción enzimática inhiben la actividad
enzimática.
 Este tipo de inhibición puede seguir cualquier tipo de patrón de
inhibición y es frecuentemente de gran importancia en la
regulación del metabolismo celular.
 En la inhibición por sustrato hay una disminución progresiva de la
actividad a altas concentraciones de sustrato. Esto puede indicar
la existencia de dos sitios de unión entre sustrato y enzima.
Cuando hay poco sustrato, se ocupa el sitio de alta afinidad y
sigue la cinética normal. Sin embargo, a altas concentraciones, el
segundo sitio de inhibición se ocupa, inhibiendo a la enzima.
 La inhibición por parte del producto es a menudo una
característica reguladora en el metabolismo y puede ser una
forma de retroalimentación negativa.

59. Aplicaciones de los inhibidores
 Los inhibidores enzimáticos pueden ser encontrados en la
naturaleza, pero también son diseñados y producidos
como parte de la industria, la farmacología y la bioquímica.
 En el ser humano, los inhibidores enzimáticos son
utilizados principalmente como fármacos en el tratamiento
de diversas enfermedades.
 Los venenos naturales son a menudo inhibidores
enzimáticos que han evolucionado para defender a una
planta o animal contra sus depredadores. Estas toxinas
naturales incluyen algunos de los compuestos más
venenosos conocidos hasta hoy.
 Los inhibidores artificiales son a menudo utilizados como
insecticidas (como el Malathion), herbicidas (como el
Glifosato) o desinfectantes, (como el Triclosán).

60. Regulación Enzimática
 La regulación enzimática depende profundamente de cada
proceso, cada célula, cada momento del metabolismo, pero
en general pueden precisarse algunos mecanismos
generales de regulación
 Por control de la expresión genética para obtener más o
menos enzima activa
 La enzima existe en una forma inactiva (zimógeno) que
debe ser modificada, primariamente por hidrólisis
 La enzima debe ser covalentemente modificada para
aumentar o disminuir su actividad, la forma más común es
por fosforilación o desfosforilación
 Secuestración, la enzima no se encuentra en el sitio
adecuado para desempeñar su función
 Por regulación alostérica, tanto positiva como negativa.

61. Enzimas Reguladas
 En todos los organismos y, prácticamente, en todas las vías
metabólicas, el control rápido – en la escala de segundos o
menos – puede ser alcanzado mediante la modulación reversible
de la actividad de determinadas enzimas, llamadas enzimas
reguladas.
 En este concepto, se pueden definir las enzimas reguladas, como
aquellas cuya actividad puede ser modificada rápidamente por
varios tipos de efectores, permitiendo que la célula se adapte a
las exigencias cambiantes del metabolismo celular
 En la mayoría de los casos estas enzimas reguladas ocupan pasos
claves, o limitantes, en los senderos metabólicos.
 El mecanismo más sencillo es que las enzimas reguladas cambien
rápidamente en relación con la concentración de sus sustratos, o
de los productos que su actividad origina, activación por sustrato,
inhibición por producto.

62. Alosterismo
 El fenómeno conocido como alostería o alosterismo es
el responsable del control reversible de la actividad de
una gran variedad de las enzimas reguladas
 Muchas enzimas reguladas experimentan transiciones
alostéricas entre el estado (R) activo y el estado (T)
inactivo.
 Estas enzimas poseen un segundo sitio de fijación,
alejado del sitio activo. Este segundo sitio es llamado
sitio regulador, o sitio alostérico
 Un activador o inhibidor alostérico, también llamado en
general, efector alostérico, puede fijarse a este
segundo sitio y producir un cambio conformacional en
la enzima reguladora.
 Este cambio conformacional es transmitido al sitio
activo de la enzima y modifica su actividad.

63. Cofactor
Área de
fijación del
cofactor
Efector
Alostérico
Positivo Sitio
alostérico
Negativo
Efector
Alostérico
Negativo

64. enzimas alostéricas
 Las enzimas alostéricas son aquellas que, además del
centro activo mediante el cual interactúan con el sustrato,
poseen otro centro de unión llamado centro alostérico
mediante el cual interactúan con otra molécula
denominada efector o modulador (la palabra "alostérico"
hace referencia a la existencia de ese "otro lugar").
 La interacción del modulador con el centro alostérico es tan
específica como lo es la interacción del sustrato con el
centro activo y también está basada en la
complementariedad estructural.
 Las enzimas alostéricas presentan pesos moleculares en
general superiores a las de otras enzimas y en la mayor
parte de los casos son proteínas oligoméricas, es decir
están formados por varias subunidades (normalmente en
número par).

65. Efecto Alostérico
 De gran importancia en el fenómeno de la actividad enzimática es el
hecho de que, en las enzimas, pueden existir dos (o cuando menos dos)
sitios diferentes desde el punto de vista estéreo- específico y que,
además, estén en lugares distintos, muy alejados uno de otro.
 Uno de estos sitios es el centro activo, donde se fija el sustrato para dar
origen a los productos de la reacción y por lo tanto donde reside el
aspecto funcional de la proteína. El otro sitio se denomina sitio
alostérico y en él puede acomodarse de manera complementaria - pero
reversible - alguna sustancia llamada efector alostérico; al efectuarse
esta unión se produce una alteración discreta de la estructura de la
proteína, la transición alostérica, que modifica la actividad biológica de
la proteína, porque altera las propiedades del sitio activo.
 Es muy importante que el efector alostérico normal no tiene relación
química o metabólica alguna con el sustrato de dicha enzima y que su
acción tan específica se debe a que altera de tal modo la conformación
de la proteína que modifica su centro activo.

66. Moduladores Alostéricos
 Los moduladores alostéricos pueden ser de dos
tipos: unos estimulan la actividad de la enzima al
unirse al centro alostérico, reciben el nombre de
moduladores positivos o activadores; otros la
inhiben y se llaman moduladores negativos o
inhibidores.
 Los inhibidores alostéricos no responden a
ninguno de los modelos de inhibición enzimática
estudiados en el apartado anterior.
 Las enzimas alostéricas presentan siempre dos
formas, una activa y otra inactiva,
interconvertibles por efecto del modulador.

67. Moduladores Alostéricos
 Existen dos tipos de control alostérico: el control
heterotrópico que se da cuando el modulador es
una molécula diferente del sustrato, y el control
homotrópico que se da cuando el modulador es el
propio sustrato.
 En ambos casos el modulador puede ser positivo
o negativo. Las enzimas con control homotrópico
poseen dos o más centros de unión para el
sustrato; en ellos la interconversión entre las
formas activa e inactiva depende de cuántos sean
los centros de unión que estén ocupados por
moléculas de sustrato.

68. Enzimas Alostéricas
 Una enzima alostérica es una enzima cuya
actividad está regulada mediante un centro
alostérico, que es un sitio, distinto del centro
activo de la enzima, al que se une un
regulador (llamado regulador alostérico) de
manera reversible y no covalente. La unión de
este regulador modifica la estructura
tridimensional de la enzima y llega a afectar
la configuración del sitio activo, por lo que
aumenta o disminuye su actividad, según el
caso.

69. Alosterismo
 El alosterismo es una de las principales formas
de regulación en la célula debido a que puede
producir cambios rápidos y fácilmente
reversibles en la actividad de las enzimas (y, por
lo tanto, en el metabolismo) sin depender de que
el regulador tenga una estructura similar al
sustrato de la enzima (lo que puede ayudar a
coregular diferentes vías metabólicas).
 Muchos fármacos actúan uniéndose al sitio
alostérico de las enzimas, como los inhibidores
de la transcriptasa inversa no nucleósidos.

70. Reguladores alostéricos de algunas enzimas
INHIBIDORES ACTIVADORES
Glucogeno fosforilasa ATP, Glucosa AMP
Fosfofructoquinasa ATP, Citrato AMP, ADP, Fru2,6BiP
Piruvato quinasa ATP ADP
Isocitrato deshidrogenasa ATP ADP
α-cetoglutarato deshidrogenasa ATP ADP
Fructosa 1,6 Bifosfatasa AMP, Fru2,6BiP ATP
Glucogeno sintasa AMP ATP, Glucosa 6-P
AcetilCoA Carboxilasa AMP, PalmitoilCoA ATP, Citrato

72. La glucógeno fosforilasa posee, un
sistema de regulación alostérica que
responde inmediatamente a las
condiciones celulares en las que existe
una baja carga energética
AMP
 La glucosa y el ATP inhiben la ATP
glucógeno fosforilasa, desplazando
su equilibrio alostérico hacia el
estado tenso (T).
El AMP activa nuevamente la
enzima desplazando el equilibrio
hacia el estado relajado (R)