1) La cinética enzimática describe cómo las enzimas aceleran las reacciones químicas al estabilizar los estados de transición y reducir la energía de activación. 2) El modelo de Michaelis-Menten explica que la velocidad de una reacción depende de la concentración de sustrato y alcanza un máximo (Vmax) a altas concentraciones. 3) La constante de Michaelis (KM) representa la concentración de sustrato a la cual la velocidad es la mitad de Vmax.

1. Universidad San Sebastián
Facultad de Ciencias de la Salud
Tecnología Médica
Cinética Enzimática
TM. Paulina Fernández Garcés
Lunes 30 de Marzo

2. Relaciones Termodinámicas importantes:
1° Ley de la termodinámica: La energía total del universo y su entorno es
constante (la energía se conserva).
Esta ley no permite determinar si una reacción ocurre espontáneamente.
E = EB - EA = Q - W
Q: calor absorbido
EA: Energía al principio del proceso
EB: Energía al final del proceso
W: Trabajo realizado por el sistema.
También existe un grado de desorden en el sistema, o un grado de azar
denominado S o entropía y por lo tanto es necesario una segunda ley.

3. 2° Ley de la termodinámica: Un proceso ocurre espontáneamente si
aumenta la suma de las entropías del sistema y de su entorno.
( S sistema + S )>0
entorno para un proceso espontáneo.
Esta ley otorga un criterio de espontaneidad de la ecuación, pero se
requiere conocer además el cambio de las entropías del entorno y del
sistema.
Entonces, sabemos que:
3. Ocurre una reacción
4. El proceso es espontáneo o no
5. Y en función de eso saber cuanto varía su S (si aumenta o
disminuye)

4. Puesto que los cambios de entropía son difíciles de medir. Se utiliza una
función termodinámicamente distinta llamada “energía libre” o G (F en
la antigüedad)
G combina la primera y segunda ley de la termodinámica en la ecuación:
G= H-T S
S: Cambio de energía libre de un sistema que sufre una transformación a
presión (P) y temperatura (T) constantes.
H: Cambio de entalpía (contenido de calor)
S: Cambio de entropía del sistema
El cambio de entalpía (H) está dado por:
H= E+P V
Donde V es pequeño para casi todas las reacciones bioquímicas y por
lo tanto H es aproximadamente igual a E

5. G= E-T S G- E=T S
Por lo tanto, G dependerá tanto del cambio de energía interna, como
del cambio de entropía del sistema.
El cambio de G de una reacción, en contraste con E de una reacción
es importante para saber si ocurre espontáneamente.
Por eso:
2. Una reacción puede ocurrir espontáneamente si G es negativo.
3. Un sistema está en equilibrio y no tiene lugar un cambio si G es
cero.
4. Una reacción no puede ocurrir espontáneamente si G es positivo. Se
requiere un aporte de energía libre para permitir tal reacción.

6. G de una reacción depende sólo de la energía libre de los productos (el
estado final) menos la de los reactantes (estado inicial)
G es independiente del cambio (o mecanismo molecular) de la
transformación.
G no proporciona información sobre la velocidad de la reacción, ésta
depende de la energía libre de activación. ( G** )

7. Las enzimas aceleran las reacciones estabilizando
los estados de transición.
La transformación de sustrato (S) a producto (P) ocurre a través
de un estado de transición S+ que posee mayor G que S o P
+
S S+
+ P
Sustrato Estado de Producto
Transición
Especie molecular que dura menos
tiempo en la reacción debido a que
presenta mayor energía libre
Al ser las enzimas un catalizador no pueden alterar el equilibrio de una
reacción química. Sólo aceleran la consecución del equilibrio pero no
varían su posición.

9. Existe lo que se denomina “energía libre de activación” o G* que
*
es igual a la diferencia en energía libre entre el estado de
transición y el sustrato
*
G* = GS+ - GS
+
Las enzimas aceleran las reacciones disminuyendo la energía
libre de activación. La combinación del sustrato con la enzima
crea una nueva vía de reacción cuya energía del estado de
transición es menor en la reacción en ausencia de enzima.
* *
G* G*
G G
S S
P P
Progreso de la reacción (Sin enzima) Progreso de la reacción (Con enzima)

10. La primera etapa de la catálisis enzimática es la
formación del complejo [ES]
Esto ha sido demostrado, debido a que a concentraciones constantes
de enzima, la velocidad de reacción aumenta con la concentración del
sustrato, hasta alcanzar una velocidad máxima. Las reacciones no
catalizadas no muestran este efecto de saturación.
Velocidad máxima (Vmax).
A altas concentraciones de
Velocidad de reacción
sustrato, los centros
catalíticos están ocupados
por él y por lo tanto la
velocidad de la reacción
alcanza el máximo
[Sustrato]

11. Cinética Enzimática
Modelo de Michaelis-Menten

12. El modelo de Michaelis-Menten, permite conocer la velocidad a la que
se lleva a cabo una reacción mediante la siguiente ecuación:
KM es una relación de
V = Vmáx [S] constantes de velocidad
[S]KM para una determinada
reacción.
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

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.

14. Variando la concentración de sustrato se pueden
medir Vmáx y KM
La ecuación de Michaelis-Menten puede transformarse en otra que
representa gráficamente resulta en una línea recta. Esto se consigue
tomando los valores inversos de los miembros de la ecuación.
1 1 + KM X 1
=
V Vmáx Vmáx [S]
Esta ecuación puede ser graficada mediante la representación de
Lineweaver-Burk

16. 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.
Significados de la KM:
• Concentración del sustrato a la cual la mitad de los centros activos
están ocupados.
• KM se relaciona con la constante de velocidad de las etapas
individuales de la ecuación:
E+ P
k1 k3
S + E ES
k2

17. Número de Recambio (kcat)
(Velocidad del proceso catalítico)
El número de recambio constituye una medida directa de la producción
catalítica de producto en condiciones óptimas (enzima saturada).
También se puede interpretar como el número de moléculas de sustrato
recambiadas por moléculas de enzima por segundo.
Cuando relacionamos Kcat /KM obtenemos una medida adecuada de la
eficacia enzimática.

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