ENZIMAS

ENZIMAS
Las enzimas son proteínas que catalizan las reacciones químicas en los seres vivos.
Catalizadores son sustancias que, sin consumirse en una reacción, aumentan su
velocidad (Figura 1). Las enzimas no hacen factibles las reacciones imposibles sino
que, sencillamente, aceleran las que tendrían lugar de manera espontánea (aquéllas
con un ΔG<0). Gracias a ellas tienen lugar, en condiciones fisiológicas, reacciones
que, sin catalizador, requerirían condiciones extremas de presión, temperatura o de
pH.
Prácticamente todas las reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos están
catalizadas por enzimas. 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
(Figura 1). El centro activo comprende:
•
•
un sitio de unión, formado por los aminoácidos que están en contacto directo
con el sustrato (Figura 1)
un sitio catalítico, formado por los aminoácidos directamente implicados en
el mecanismo de la reacción (Figura 1)
Las enzimas son catalizadores específicos: cada enzima cataliza un solo tipo de
reacción y, casi siempre, utiliza un único sustrato.
PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
Las propiedades de las enzimas derivan del hecho de ser proteínas y actuar como
catalizadores. Como proteínas, poseen una conformación natural más estable y los
cambios en esta conformación suelen ir asociados a cambios en la actividad
catalítica.
Todas las enzimas poseen grupos químicos ionizables (carboxilos -COOH; amino NH2; hidroxilo -OH; tiol -SH; imidazol, etc.) tanto en sus extremos como en las
cadenas laterales de sus aminoácidos. En función del pH del medio, estos grupos
pueden tener carga eléctrica positiva, negativa o neutra. Como la conformación de las
proteínas depende, en parte, de sus cargas eléctricas, habrá un pH en el cual la
conformación será la más adecuada para la actividad catalítica. Este es el llamado pH
óptimo (Figura 2). Así, la pepsina gástrica tiene un pH óptimo de 2 y la tripsina
pancreática lo tiene a pH 7,8. La mayoría de las enzimas son muy sensibles a los
cambios de pH. Desviaciones de unas pocas décimas por encima o por debajo del pH
óptimo pueden afectar drásticamente la actividad enzimática. Por este motivo, los
seres vivos han desarrollado sistemas más o menos complejos para mantener estable
el pH intracelular.
Los aumentos de temperatura aceleran las reacciones químicas. Como regla general,
un incremento de 10 ºC en la temperatura duplica la velocidad de la reacción. Las
reacciones catalizadas por enzimas también siguen esta pauta. Sin embargo, al ser
proteínas, a partir de cierta temperatura, se empiezan a desnaturalizar. La temperatura
a la cual la actividad catalítica es máxima se llama temperatura óptima. Por encima
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de esta temperatura, el aumento de velocidad de la reacción debido a la temperatura
es contrarrestado por la pérdida de actividad catalítica debida a la desnaturalización
térmica, y la actividad enzimática decrece rápidamente hasta anularse (Figura 3).
A veces, para que una enzima funcione se requiere la presencia de otras sustancias
no proteicas que colaboran en la catálisis:
•
Los cofactores son iones inorgánicos (como, por ejemplo, el Fe++, Mg++,
Mn++, Zn++ etc.) imprescindibles para la actividad enzimática. Se calcula que
casi un tercio de las enzimas conocidas requieren, al menos, de un ión
metálico para su actividad (Figura 4).
•
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
(Figura 5).
•
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 (Figura 5), de forma que:
apoenzima + cofactor/coenzima/grupo prostético = holoenzima
Las enzimas son catalizadores específicos. Sin embargo hay distintos grados de
especificidad. Entre las enzimas poco específicas están las proteasas digestivas como
la quimotripsina, que rompe los enlaces amida de proteínas y péptidos. La lactasa es
una enzima muy específica, y sólo rompe el enlace β-glucosídico de la lactosa o de
compuestos muy similares. En general, una enzima no es absolutamente específica y
puede actuar sobre una serie más o menos variada de sustratos semejantes. La enzima
actúa con máxima eficacia sobre el sustrato natural y con menor eficacia sobre los
sustratos análogos. Así, para la sacarasa, la sacarosa es su sustrato natural, mientras
que la maltosa y la isomaltosa son sustratos análogos.
NOMENCLATURA Y CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS
Antiguamente, las enzimas recibían nombres particulares, asignados por su
descubridor. Al ir aumentando el número de enzimas conocidas, se hizo necesaria una
nomenclatura sistemática que informara sobre la acción específica de cada enzima y
los sustratos sobre los que actuaba. El nombre de una enzima consta actualmente de 3
partes: el sustrato preferente + acción típica + terminación "asa". Un ejemplo sería
la lactato deshidrogenasa, que convierte el lactato en piruvato. Como muchas enzimas
catalizan reacciones reversibles, no hay una manera única para fijar cuál de los dos
sentidos se utiliza para nombrar al enzima. Así, la glucosa fosfato isomerasa también
podría llamarse fructosa fosfato isomerasa.
Cuando la acción típica del enzima es la hidrólisis del sustrato, el segundo
componente del nombre se omite y por ejemplo, la lactosa hidrolasa se llama
simplemente lactasa. Además de los nombres sistemáticos, aún persisten otros
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consagrados por el uso. Así, la glucosa:ATP fosforiltransferasa se llama
habitualmente glucoquinasa.
Ante la necesidad de establecer una nomenclatura inequívoca para las enzimas, se
creó una Comisión Enzimática para establecer unas normas que permitan nombrar
las enzimas. Así, el nombre de cada enzima consiste en un código alfanumérico,
encabezado por las letras EC (de Enzyme Commission), seguido de cuatro números
separados por puntos.
El primer número corresponde a cada una de las seis grandes clases o grupos en
que se han dividido las enzimas, en función de su acción catalítica específica (Figura
6):
•
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
Ared + Box ⇆ Aox + Bred
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
•
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:
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ácido acetacético ⇆ CO2 + acetona
•
Clase 5: ISOMERASAS. Catalizan la interconversión de isómeros:
A ⇆ B
Un ejemplo es la fosfotriosa isomerasa que cataliza la reacción:
gliceraldehído-3-fosfato ⇆ dihidroxiacetona-fosfato
•
Clase 6: LIGASAS. Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis
simultánea de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc.):
A + B + XTP ⇆ A-B + XDP + Pi
Un ejemplo es la piruvato carboxilasa, que cataliza la reacción:
piruvato + CO2 + ATP ⇆ oxaloacetato + ADP + Pi
El segundo número hace referencia a las distintas subclases dentro de cada clase, y
el tercero y el cuarto se refieren a los grupos químicos específicos que intervienen
en la reacción. Por ejemplo, la ATP:glucosa fosfotransferasa se define como EC
2.7.1.1. El número 2 nos indica que es una transferasa, el 7 que es una
fosfotransferasa, el primer 1 indica que el aceptor es un grupo OH, y el segundo 1
indica que es la D-glucosa la que acepta el grupo fosfato.
MODO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS
En las reacciones espontáneas, los productos finales tienen menos energía libre de
Gibbs (ΔG) que los reactivos. En otras palabras, en las reacciones espontáneas se
libera energía de Gibbs (ΔG<0). Sin embargo, el comienzo de la reacción requiere un
aporte inicial de energía. Esta energía inicial que hay que suministrar a los reactivos
para que la reacción transcurra se llama energía de activación (Ea). Cuanto menor
sea la Ea, con más facilidad se producirá la reacción. La acción de los catalizadores
consiste, precisamente, en disminuir la Ea (Figura 7). Las enzimas son
catalizadores especialmente eficaces, ya que disminuyen la Ea aún más que los
catalizadores inorgánicos (Figura 7). Por ejemplo, el agua oxigenada (H2O2) se puede
descomponer según la reacción H2O2 Æ H2O + 1/2 O2 de tres formas: (1) sin
catalizador, (2) con un catalizador inorgánico (platino), o (3) con una enzima
específica (la catalasa). Las respectivas Ea para cada proceso son de 18, 12 y 6
Kcal/mol. Así, se puede calcular que el platino acelera la reacción 20.000 veces,
mientras que la catalasa la acelera 370.000 veces.
Para que una reacción química tenga lugar, las moléculas reactantes deben chocar con
una energía y una orientación adecuadas. La actuación del enzima permite que:
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•
•
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
Por ejemplo, la lisozima es una enzima capaz de romper la molécula de
peptidoglicano de la pared celular bacteriana. Su centro activo es una larga hendidura
capaz de acomodar a seis monómeros de azúcar de la moécula de peptidoglicano. La
unión del sustrato al centro activo de la lisozima debilita el enlace glucosídico más
cercano a los aminoácidos catalíticos, facilitando la adición de una molécula de agua
y la posterior hidrólisis de la molécula (Figura 8).
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. Este modelo es válido en muchos casos, pero no siempre es
correcto (Figura 9).
En otros casos, el centro activo adopta la conformación idónea sólo en
presencia del sustrato. Este es el modelo del ajuste inducido. Sería algo así
como un cascanueces, que se adapta al entorno de la nuez (Figura 9).
MODULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Una enzima no tiene por qué actuar siempre a la misma velocidad. Su 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. La presencia de los
productos finales también puede hacer que la reacción sea más lenta, o incluso
invertir su sentido.
Ciertas moléculas pueden inhibir la acción catalítica de una enzima: son los
inhibidores. Se pueden distinguir varios tipos de inhibidores, en función de su forma
de actuación:
•
•
•
Inhibidores competitivos: son moléculas con una estructura similar a la del
sustrato que se unen al centro activo de la enzima e impiden que ésta actúe
sobre el sustrato (Figura 10).
Inhibidores no competitivos: se unen a la enzima por un lugar distinto del
centro activo y esta unión provoca un cambio de conformación que modifica
el centro activo de forma que el sustrato ya no puede unirse (Figura 10).
Inhibidores incompetitivos. se unen al complejo enzima-sustrato e impiden
que se complete la reacción (Figura 10).
Hay enzimas que pueden adoptar 2 conformaciones interconvertibles llamadas R
(relajada) y T (tensa). R es la forma más activa (Figura 11). Las formas R y T se
encuentran en equilibrio R ⇆ T. Ciertas sustancias tienden a estabilizar la forma R.
Son los llamados moduladores positivos. El propio sustrato es a menudo un
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modulador positivo. Las moléculas que favorecen la forma R pero que actúan sobre
una región de la enzima distinta del centro activo son los activadores alostéricos.
Las sustancias que favorecen la forma T y disminuyen la actividad enzimática son
los moduladores negativos. Si estos moduladores actúan en lugares distintos del
centro activo se llaman inhibidores alostéricos (Figura 11).
Otras enzimas pasan de una forma menos activa a otra más activa uniéndose
covalentemente a un grupo químico de pequeño tamaño como el Pi o el AMP
(Figura 12). También se da el caso inverso, en el que una enzima muy activa se
desactiva al liberar algún grupo químico. En las enzimas de las vías degradativas del
metabolismo (catabolismo), la forma fosforilada es más activa que la no fosforilada,
mientras que en las vías biosintéticas (anabolismo) ocurre lo contrario.
Algunas enzimas no se sintetizan como tales, sino como proteínas precursoras sin
actividad enzimática. Estas proteínas se llaman proenzimas o zimógenos. Para
activarse, los zimógenos sufren un ataque hidrolítico que origina la liberación de uno
o varios péptidos (Figura 13). El resto de la molécula proteica adopta la conformación
y las propiedades de la enzima activa. Muchas enzimas digestivas se secretan en
forma de zimógenos y en el tubo digestivo se convierten en la forma activa. Si estas
enzimas se sintetizasen directamente en forma activa destruirían la célula que las
produce. Así, la tripsina pancreática (una proteasa) se sintetiza como tripsinógeno
(inactivo). Si por alguna razón se activa en el propio páncreas, la glándula sufre un
proceso de autodestrucción (pancreatitis aguda), a menudo mortal.
Algunas enzimas tienen distinta estructura molecular aunque su función biológica sea
la misma. Son las llamadas isozimas o isoenzimas. Estas diferencias de estructura se
traducen en ligeros cambios en sus propiedades, de forma que cada isozima se adapta
perfectamente a la función que debe realizar. Así, según el tipo de tejido, del
compartimento celular donde actúa o del momento concreto del desarrollo del
individuo, ciertas isoenzimas son más adecuadas que otras. Por ejemplo, la lactato
deshidrogenasa presenta isozimas distintas en músculo y corazón (Figura 14), la
malato deshidrogenasa del citoplasma es distinta de la de la mitocondria y algunos
enzimas de la glicolisis del feto son diferentes de las mismas enzimas en el adulto.
INTRODUCCIÓN A LA CINÉTICA ENZIMÁTICA
Los principios generales de las reacciones químicas se aplican también a las
reacciones enzimáticas. En una reacción química que tiene lugar sin variación del
volumen del sistema, la velocidad de reacción (v) es igual a la variación de la
concentración de los productos por unidad de tiempo (Figura 15). Así, en la reacción
sacarosa + agua ⇆ glucosa + fructosa,
la velocidad de hidrólisis de la sacarosa es, en todo momento, proporcional a la
concentración de sacarosa. Dicho matemáticamente,
v=
Enzimas
-d S
=kS
dt
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donde [S] es la concentración de sacarosa a cada tiempo (t) y k es la constante de
proporcionalidad. Se dice que ésta es una reacción de primer orden, ya que la
velocidad de formación de los productos es directamente proporcional a la
concentración del sustrato (Figura 15).
Una reacción de segundo orden es aquella en la que la velocidad de formación del
producto depende directamente de la concentración de dos sustratos (como en una
reacción de condensación) o bien del cuadrado de la concentración de un único
sustrato (como en una reacción de dimerización) (Figura 15):
v = k [S1] [S2] ó v = k [S]2
En una reacción de orden cero, la velocidad de formación del producto es
independiente de la concentración de sustrato (Figura 15):
v = k0
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 especifidad de la enzima. La velocidad de una reacción
catalizada por una enzima puede medirse con relativa facilidad, ya que en muchos
casos no es necesario purificar o aislar la enzima. La medida se realiza siempre en las
condiciones óptimas de pH, temperatura, presencia de cofactores, etc, y se utilizan
concentraciones saturantes de sustrato. En estas condiciones, la velocidad de reacción
observada es la velocidad máxima (Vmax). La velocidad puede determinarse bien
midiendo la aparición de los productos o la desaparición de los reactivos (Figura 16).
Al seguir la velocidad de aparición de producto (o de desaparición del sustrato) en
función del tiempo se obtiene la llamada curva de avance de la reacción, o
simplemente, la cinética de la reacción. A medida que la reacción transcurre, la
velocidad de acumulación del producto va disminuyendo porque se va consumiendo
el sustrato de la reacción. Para evitar esta complicación se procede a medir la
velocidad inicial de la reacción (v0). La velocidad inicial de la reacción es igual a la
pendiente de la curva de avance a tiempo cero (Figura 16). De esta forma, la medida
de v0 se realiza antes de que se consuma el 10% del total del sustrato, de forma que
pueda considerarse la [S] como esencialmente constante a lo largo del experimento.
Además, en estas condiciones no es necesario considerar la reacción inversa, ya que
la cantidad de producto formada es tan pequeña que la reacción inversa apenas
ocurre. De esta forma se simplifican enormemente las ecuaciones de velocidad.
Los estudios sistemáticos del efecto de la concentración del sustrato sobre la
actividad enzimática comenzaron a realizarse a finales del siglo XIX. Ya en 1882 se
introdujo el concepto del complejo enzima-sustrato como intermediario del proceso
de catálisis enzimática. En 1913, Leonor Michaelis y Maud Menten desarrollaron
esta teoría y propusieron una ecuación de velocidad que rige la acción enzimática.
Para estudiar la cinética enzimática se mide el efecto de la concentración inicial de
sustrato sobre la velocidad inicial de la reacción, manteniendo la cantidad de enzima
constante. Para cada una de las curvas de avance de reacción así obtenidas se calcula
la v0 (la pendiente de la curva de avance a tiempo cero). Posteriormente, se
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representa la velocidad inicial frente a la concentración inicial de sustrato (v0 frente
a [S]0). Se observa que cuando [S]0 es pequeña, la velocidad inicial es directamente
proporcional a la concentración de sustrato, y por tanto, la reacción es de primer
orden con respecto al sustrato(Figura 16). A altas [S]0, el enzima se encuentra
saturada por el sustrato, es decir, todos los centros activos están ocupados, y un
incremento en [S]0 no se traduce en un incremento de la velocidad(Figura 16). En
este punto, la reacción es de orden cero con respecto al sustrato, y la velocidad es
máxima (Vmax).
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 (Figura 17). En la
primera etapa se forma el complejo enzima-sustrato y en la segunda, el complejo se
convierte en producto, liberando el enzima libre:
k1
k3
EL + S ⇆ ES → E + P
k2
En este modelo, k1, k2 y k3 son la constantes cinéticas individuales de cada etapa o
constantes microscópicas de velocidad, de forma que: v1= k1 [EL] [S]; v2= k2 [ES]
y v3=k3 [ES]. Se puede distinguir entre enzima libre (EL) y enzima unida al sustrato
(ES), de forma que la concentración total de enzima, [ET], (que es constante a lo
largo de la reacción) es: [ET] = [EL] + [ES]. Como [EL] = [ET] - [ES], resulta que:
v1= k1[S] [ET] - k1 [S] [ES]
Este modelo cinético adopta la hipótesis del estado estacionario (Figura 17), según
la cual la velocidad de formación del complejo enzima-sustrato (k1) es comparable a
la de su disociación (k2+ k3). En estas condiciones, [ES] es pequeña y constante a lo
largo de la reacción, o dicho matemáticamente:
d ES
=0
dt
Como [ES] es constante, la velocidad de formación de los productos es uniforme
(v=v3=k3 [ES]=constante). Además, se cumple que v1=v2+v3 (o sea, que la
velocidad con que se forma ES es igual a la velocidad con que se destruye:
k1[S] [ET] - k1 [S] [ES] = k2 [ES] + k3 [ES]
Despejando [ES], queda que:
ES =
Enzimas
k1 ET S
ET S
=
k2 +k3 +k1 S k2 +k3
+ S
k1
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En el estado estacionario, la velocidad de formación del producto es:
v = v 3 = k 3 [ES] =
k 3 [E T ] ⋅ [S]
k2 + k3
+ [S]
k1
k2 +k3
La expresión k1 se sustituye por una nueva constante, KM, que se conoce como
la constante de Michaelis-Menten, de forma que la ecuación de la velocidad de la
reacción queda (Figura 17):
v=
k3 ET S
KM+ S
Para cualquier reacción enzimática, [ET], k3 y KM son constantes. Vamos a
considerar dos casos extremos (Figura 18).
En primer lugar, a bajas concentraciones de sustrato ([S] << KM) la ecuación de
velocidad se reduce a:
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 se comporta como una de primer orden cuando la [S] es
pequeña (Figura 18).
En segundo lugar, a altas concentraciones de sustrato ([S] >> KM), la ecuación se
reduce a:
v ≅ k3 ET ,
En estas condiciones (alta [S]), la velocidad de reacción es independiente de la
concentración del sustrato, y por tanto, la reacción es de orden cero con respecto al
sustrato (Figura 18). Además, tanto k3 como [ET] son constantes, de manera que
podemos definir la velocidad máxima de la reacción (Vmax) como:
Vmax = k3 [ET]
Se puede introducir la expresión de la velocidad máxima en la ecuación general de la
velocidad, de forma que:
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v = Vmax
S
KM+ S
que es la forma más conocida de la ecuación de Michaelis-Menten (Figura 18).
La constante de Michaelis-Menten (KM) es un parámetro cinético importante pór
múltiples razones:
1.- KM es la concentración de un sustrato para la cual la velocidad de reacción
es la mitad de la velocidad máxima. En efecto, si KM = [S], la ecuación de MichaelisMenten se reduce a:
V
v = max
2
2.- El valor de KM caracteriza la interacción de la enzima con un sustrato
dado. KM se puede determinar sin necesidad de purificar la enzima, y da idea de la
afinidad de la enzima por el sustrato. A menor KM, mayor afinidad de la enzima por
el sustrato, y a mayor KM, menor afinidad. Este hecho tiene fácil explicación si
k2 +k3
k1 , y por tanto, da idea de la
tenemos en cuenta que KM se define como
estabilidad del complejo ES. Las reacciones 2 y 3 destruyen el complejo ES,
mientras que la reacción 1 lo forma. Así, si KM es grande, el complejo ES es
inestable pues predomina la tendencia a destruirlo (poca afinidad hacia el sustrato), y
si KM es pequeña, el complejo ES es estable, ya que predomina la tendencia a
formarlo (gran afinidad hacia el sustrato).
3.-La KM del sustrato natural es menor que la de los sustratos análogos. Si dos
sustratos de una misma enzima tienen distinta KM, el que presente mayor KM tiene
menor afinidad por la enzima, y la reacción transcurre siempre a menor velocidad que
con el sustrato de menor KM, salvo a concentraciones saturantes de sustrato (Figura
21).
4.- Los valores de KM de muchas enzimas son próximos a los de la
concentración fisiológica de sus sustratos, de forma que pequeñas variaciones en la
[S] pueden suponer grandes cambios en la velocidad de toda una ruta metabólica.
Otro parámetro cinético importante a la hora de explicar el comportamiento de una
enzima es el llamado número de recambio (Kcat):
K cat =
Vmax
[ET ]
El número de recambio del enzima indica el número de reacciones elementales que
realiza cada enzima por cada centro activo y por unidad de tiempo.
Por último, hay que destacar que algunas enzimas no obedecen la ecuación de
Michaelis-Menten. Se dice que su cinética no es Michaeliana. Esto ocurre con las
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enzimas alostéricas, cuya gráfica v frente a [S] no es una hipérbola, sino una
sigmoide (Figura 19). 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.
CÁLCULO DE LA KM Y DE LA Vmax DE UNA ENZIMA
A partir de los datos experimentales (Figura 20), se representa la velocidad inicial de
la reacción frente a la concentración de sustrato (v vs. [S]). La representación gráfica
de la ecuación de Michaelis-Menten (v frente a [S]) es una hipérbola (Figuras 20 y
21). El valor asintótico al que tiende la velocidad inicial es Vmax. A partir de Vmax se
determina Vmax/2 y se interpola en la gráfica experimental para obtener el valor de KM
(Figura 21).
Sin embargo, para determinar gráficamente los valores de KM y Vmax es más sencillo
utilizar la representación doble recíproca (1/v frente a 1/[S]), ya que es una línea
recta (Figuras 22):
1 = 1 KM+ S = KM 1 + 1
v Vmax
S
Vmax S Vmax
Esta representación doble recíproca recibe el nombre de representación de
Lineweaver-Burk (Figura 22). Es una recta en la cual:
- La pendiente es KM/Vmax
- La abscisa en el origen (1/v=0) es -1/KM
- La ordenada en el origen (1/[S]=0) es 1/Vmax
De esta forma, a partir de los datos experimentales se puede calcular gráficamente,
los valores de KM y Vmax de una enzima para diversos sustratos (Figura 23).
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
Se define la unidad de actividad enzimática (U) como la cantidad de enzima que
cataliza la conversión de 1 µmol de sustrato en un minuto. Recientemente, el Sistema
Internacional de unidades (SI) ha definido la unidad de actividad enzimática como la
cantidad de enzima que transforma 1 mol de sustrato por segundo. Esta unidad se
llama katal (kat). Como 1 mol son 106 µmoles y 1 minuto son 60 segundos, resulta
que 1 katal equivale a 60 x 106 U. Esta unidad es muy grande, de forma que se
utilizan frecuentemente los submúltiplos como el microkatal (µkat, 10-6 kat) o el
nanokatal (nkat, 10-9 kat).
La actividad específica es el número de unidades de enzima por miligramo de
proteína (U/mg prot) o por mililitro de disolución (U/ml).
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