Cinética enzimática 1: efecto de la concentración del sustrato sobre la actividad enzimática.

Practica No 11.

Cinética enzimática 1: efecto de la concentración del sustrato sobre la actividad enzimática.

Daniel Jacinto Cruz

141496

MC. Priscilla Morales

Resumen.-

Existen diversos factores que alteran la velocidad de las reacciones catalizadas enzimáticamente, entre esos factores se encuentra el pH y temperatura del medio, la concentración de la enzima y la concentración de sustrato, donde este último punto es de vital importancia siendo incluso un gran elemento de estudio para diversos autores entre ellos Leonor Michaelis y Maud  Menten los cuales establecieron su Kmla cual es  y su formula para determinar la Vo de una reacción [pic 1][pic 2]

Palabras Clave.- Concentración de sustrato, actividad enzimática, velocidad de reacción.

1. objetivos.-  

Estudiar el comportamiento de la actividad enzimática de acuerdo a los parámetros de [S]  determinando los valores de:

a) Vmax (velocidad máxima de la reacción).

b) 1/2 Vmax

c) Km (Constante de Michaelis).

d) [S] óptima (Concentración óptima de sustrato).

1. introducción

La acción enzimática inicia cuando se forma el complejo enzima-sustrato (ES), para esto es necesario que el sustrato se vincule al centro activo de la enzima, dicho sitio activo es una parte muy pequeña de la enzima, el cual está formado por aminoácidos que pertenecen a la cadena proteica de la enzima, sin embargo estos aa’s no están continuos en la serie de la cadena, sino que ellos están dispersos en diferentes áreas de la cadena primaria de la enzima, donde por efectos de la estructura terciaria estos aa’s queden unidos en una cavidad de la enzima denominada centro activo, donde este centro solo puede tener ciertas interacciones con otras moléculas muy específicas para cada enzima, es decir la enzima solo podrá catalizar a cierto sustrato o sustratos, ya que posee especificidad por ciertas moléculas.[1]

Las enzimas cuentan con dos modelos principales para la formación del complejo ES; el primer tipo es conocido como Modelo  de la llave y la cerradura, donde la enzima es la cerradura y el sustrato la llave, este modelo dice que solo la llave correcta entra en un cerrojo, solo el sustrato correcto podrá entrar a la enzima y tener una actividad con ella.

[pic 3]

Figura 1.- Modela de la llave y la cerradura. Donde la llave es el sustrato  y la cerradura la enzima.

Este modelo el cual fue propuesto por Fisher es de mucha ayuda para poder entender la especificidad de las enzimas, sin embargo cuenta con ciertas limitantes, una de ellas es que no explica porque ocurre la catalización enzimática, y otra limitante es que este modelo propone que las enzimas son rígidas, sin embargo no es así, ya que las enzimas son flexibles.

Esto nos lleva a la siguiente propuesta el Modelo de ajuste inducido propuesto por Koshland, el cual dice que el sustrato necesita entrar a la enzima como una llave, pero al entrar, el sustrato o la enzima o ambos sufren una modificación, donde dicho cambio estructural comenzara con el proceso de la reacción, este modelo arroja que una enzima está diseñada para trabajar en el sustrato en su estado de transición.[2]

[pic 4]

Figura 2.- Modelo de ajuste inducido. Donde se muestra un cambio estructural en la enzima para formar el complejo ES.

Una vez que se tiene el complejo ES se realiza la catálisis en la reacción. Como se muestra en la Figura 3, una reacción catalizada por una enzima requerirá una menor energía de activación que en una  reacción  sin enzima, y por lo consiguiente la reacción se llevara a cabo a una mayor velocidad.[1]

[pic 5]

Grafica 1.- Mecanismo catálisis. Una reacción que posea una enzima necesitara menos energía de activación que una sin enzima, y por ende es más favorable la reacción siga hacia adelante ya que necesita menos energía para llevarse a cabo.

El estudio que se encarga de determinar la velocidad a la que ocurre la reacción y ver qué factores afectan dicha velocidad como la temperatura, el pH del medio, la concentración de la enzima ([E])  y la concentración del sustrato([S]), es conocida como Cinética enzimática, la cual al estudiar al estudiar la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas, brinda información acerca del mecanismo de la reacción catalítica.

Como se mencionó anteriormente la [E] afecta la velocidad en una reacción catalizada enzimáticamente, donde un aumento en la concentración de enzima provoca un aumento en la velocidad, y por lo tanto en un mismo tiempo pero a mayor [E] habrá un aumento proporcional en la velocidad de reacción y de obtención de producto.[2]

[pic 6]

Grafica 2.- Relación de [E] y obtención de producto. Se observa que en un mismo tiempo pero a diferentes [E] el producto aumenta proporcionalmente conforme la [E] aumenta.

Otro factor muy importante a analizar con respecto a los cambios en las velocidades de las reacciones catalizadas enzimáticamente es la [S], el estudio del efecto que tiene la [S] en la velocidad de reacción es complicado ya que la [S] se irá modificando en el transcurso de la reacción ya que el S se transformara en producto S→P.

No obstante se puede determinar la Vo, cuando la [S] es mucho mayor a la [E], para ello es necesario saber que en los primeros instantes de una reacción los cambios en [S] son tan pequeños que se consideran despreciables por lo que [S] permanece constante. Bajo estas circunstancias se puede determinar la velocidad inicial (Vo) de una reacción, donde Vo este en función de [S].

Para estudiar el efecto de [S] se presentara la figura 5 a continuación:

[pic 7]

Grafica 3.- Cinética enzimática. Se puede observar una hipérbole rectangular en la Vo creada por los efectos de la [S] en la reacción.

En base al grafico se deduce que a baja [S] la Vo aumenta casi de manera lineal con los incrementos en la [S], a altas [S] los incrementos en Vo son menores conforme se incrementa la [S] hasta llegar al punto donde el incremento en Vo es despreciable cuando la [S] aumenta, en este punto se dice que se llegó a la saturación de la enzima. La formación del complejo ES es un factor determinante para la velocidad y un paso necesario para llevar a cabo la catálisis enzimática.[2]

Es por eso que Leonor Michaelis y Maud Menten proponen que la enzima se combina con el sustrato para dar lugar al complejo ES, en un paso reversible relativamente rápido, y después se descompone en un segundo paso más lento dando  la enzima libre y al producto de la reacción, donde al ser el segundo paso más lento se le considera la velocidad global de la reacción.

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