Factores Determinantes de la Cinética Enzimática
La cinética enzimática es la rama de la bioquímica que estudia cómo varía la velocidad de una reacción enzimática bajo diferentes condiciones. Esta velocidad no es constante, sino que depende de varios factores que afectan directamente la interacción entre enzima y sustrato, así como la estructura tridimensional de la enzima.
1. Concentración de Sustrato
• La relación entre la concentración de sustrato y la velocidad de reacción sigue una curva hiperbólica, descrita por la ecuación de Michaelis-Menten.
• Inicialmente, al aumentar, también aumenta la velocidad de reacción (Vo), ya que más moléculas de sustrato pueden ocupar los centros activos de la enzima.
• Sin embargo, llega un punto en que todos los centros activos están ocupados (enzima saturada), alcanzando la velocidad máxima (Vmax).
• El punto en el que la enzima alcanza la mitad de su Vmax se denomina Km (constante de Michaelis), y refleja la afinidad de la enzima por su sustrato.
2. Concentración de Enzima
• Si hay más enzimas disponibles, se incrementan los centros activos, y por lo tanto, la velocidad máxima de la reacción puede aumentar.
• Esta relación es directamente proporcional: el doble de enzima, el doble de Vmax, siempre que haya sustrato en exceso.
• En reacciones in vitro (en laboratorio), controlar la concentración enzimática es esencial para estudios cinéticos precisos.
3. Temperatura
• La temperatura influye directamente en la energía cinética de las moléculas.
• A temperaturas moderadamente elevadas, las colisiones entre enzima y sustrato son más frecuentes, aumentando la velocidad.
• Sin embargo, si la temperatura supera un cierto umbral (por ejemplo, más de 45 °C en humanos), se produce la desnaturalización de la enzima: se pierde la estructura del centro activo, y la actividad catalítica desaparece.
• La temperatura óptima suele ser cercana a la fisiológica (37 °C en humanos), pero varía en organismos extremófilos.
4. pH del Medio
• Las enzimas poseen un pH óptimo específico que favorece su estructura tridimensional y la ionización correcta de los residuos del centro activo.
• Un pH muy ácido o básico puede:
o Cambiar la carga de los aminoácidos involucrados en la catálisis.
o Alterar las interacciones electrostáticas dentro de la enzima.
o Desnaturalizar la enzima, al modificar su conformación.
• Por ejemplo, la pepsina tiene un pH óptimo de 2 (en el estómago), mientras que la amilasa salival funciona mejor a pH neutro.
5. Inhibidores Enzimáticos
Los inhibidores son moléculas que disminuyen o bloquean la actividad enzimática. Existen varios tipos:
• Inhibición competitiva: El inhibidor compite con el sustrato por el sitio activo. Puede ser revertida aumentando la [S].
• Inhibición no competitiva: El inhibidor se une a otro sitio (alostérico), cambiando la forma de la enzima. Aumentar el sustrato no revierte el efecto.
• Inhibición acompetitiva: El inhibidor se une solo al complejo enzima-sustrato, inactivándolo.
• Inhibición irreversible: El inhibidor forma enlaces covalentes con la enzima, inactivándola permanentemente (ejemplo: cianuro sobre el citocromo oxidasa).
6. Cofactores y Coenzimas
Muchas enzimas requieren moléculas auxiliares para ser funcionales:
• Cofactores: Iones metálicos (Mg²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺) que estabilizan la estructura de la enzima o participan en la catálisis.
• Coenzimas: Moléculas orgánicas no proteicas, derivadas de vitaminas (como NAD⁺, FAD, Coenzima A). Actúan como transportadores de electrones o grupos químicos.
• Sin estas moléculas, la enzima puede estar presente, pero inactiva o menos eficiente.
7. Regulación Alostérica y Retroalimentación
• Algunas enzimas tienen sitios alostéricos, donde se unen reguladores (activadores o inhibidores) que cambian la conformación del centro activo.
• La retroalimentación negativa es un tipo de control donde el producto final de una vía inhibe una enzima clave al inicio de la misma. Esto impide la sobreproducción.
o Ejemplo: el ATP inhibe la fosfofructoquinasa, regulando la glucólisis.
• La regulación alostérica es fundamental para mantener el equilibrio metabólico celular.
REFERENCIAS:
Champe, P. C., Harvey, R. A., & Ferrier, D. R. (2014). Bioquímica ilustrada de Lippincott (5.ª ed.). Wolters Kluwer / Lippincott Williams & Wilkins.
Devlin, T. M. (Ed.). (2010). Bioquímica: libro de texto con aplicaciones clínicas (7.ª ed.). Editorial Médica Panamericana.
Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2017). Lehninger: Principios de bioquímica (7.ª ed.). Macmillan Learning.
Rodwell, V. W., Bender, D. A., Botham, K. M., Kennelly, P. J., & Weil, P. A. (2018). Harper: Bioquímica ilustrada (31.ª ed.). McGraw-Hill Education.
Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (5th ed.). Wiley.
La cinética enzimática es la rama de la bioquímica que estudia cómo varía la velocidad de una reacción enzimática bajo diferentes condiciones. Esta velocidad no es constante, sino que depende de varios factores que afectan directamente la interacción entre enzima y sustrato, así como la estructura tridimensional de la enzima.
1. Concentración de Sustrato
• La relación entre la concentración de sustrato y la velocidad de reacción sigue una curva hiperbólica, descrita por la ecuación de Michaelis-Menten.
• Inicialmente, al aumentar, también aumenta la velocidad de reacción (Vo), ya que más moléculas de sustrato pueden ocupar los centros activos de la enzima.
• Sin embargo, llega un punto en que todos los centros activos están ocupados (enzima saturada), alcanzando la velocidad máxima (Vmax).
• El punto en el que la enzima alcanza la mitad de su Vmax se denomina Km (constante de Michaelis), y refleja la afinidad de la enzima por su sustrato.
2. Concentración de Enzima
• Si hay más enzimas disponibles, se incrementan los centros activos, y por lo tanto, la velocidad máxima de la reacción puede aumentar.
• Esta relación es directamente proporcional: el doble de enzima, el doble de Vmax, siempre que haya sustrato en exceso.
• En reacciones in vitro (en laboratorio), controlar la concentración enzimática es esencial para estudios cinéticos precisos.
3. Temperatura
• La temperatura influye directamente en la energía cinética de las moléculas.
• A temperaturas moderadamente elevadas, las colisiones entre enzima y sustrato son más frecuentes, aumentando la velocidad.
• Sin embargo, si la temperatura supera un cierto umbral (por ejemplo, más de 45 °C en humanos), se produce la desnaturalización de la enzima: se pierde la estructura del centro activo, y la actividad catalítica desaparece.
• La temperatura óptima suele ser cercana a la fisiológica (37 °C en humanos), pero varía en organismos extremófilos.
4. pH del Medio
• Las enzimas poseen un pH óptimo específico que favorece su estructura tridimensional y la ionización correcta de los residuos del centro activo.
• Un pH muy ácido o básico puede:
o Cambiar la carga de los aminoácidos involucrados en la catálisis.
o Alterar las interacciones electrostáticas dentro de la enzima.
o Desnaturalizar la enzima, al modificar su conformación.
• Por ejemplo, la pepsina tiene un pH óptimo de 2 (en el estómago), mientras que la amilasa salival funciona mejor a pH neutro.
5. Inhibidores Enzimáticos
Los inhibidores son moléculas que disminuyen o bloquean la actividad enzimática. Existen varios tipos:
• Inhibición competitiva: El inhibidor compite con el sustrato por el sitio activo. Puede ser revertida aumentando la [S].
• Inhibición no competitiva: El inhibidor se une a otro sitio (alostérico), cambiando la forma de la enzima. Aumentar el sustrato no revierte el efecto.
• Inhibición acompetitiva: El inhibidor se une solo al complejo enzima-sustrato, inactivándolo.
• Inhibición irreversible: El inhibidor forma enlaces covalentes con la enzima, inactivándola permanentemente (ejemplo: cianuro sobre el citocromo oxidasa).
6. Cofactores y Coenzimas
Muchas enzimas requieren moléculas auxiliares para ser funcionales:
• Cofactores: Iones metálicos (Mg²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺) que estabilizan la estructura de la enzima o participan en la catálisis.
• Coenzimas: Moléculas orgánicas no proteicas, derivadas de vitaminas (como NAD⁺, FAD, Coenzima A). Actúan como transportadores de electrones o grupos químicos.
• Sin estas moléculas, la enzima puede estar presente, pero inactiva o menos eficiente.
7. Regulación Alostérica y Retroalimentación
• Algunas enzimas tienen sitios alostéricos, donde se unen reguladores (activadores o inhibidores) que cambian la conformación del centro activo.
• La retroalimentación negativa es un tipo de control donde el producto final de una vía inhibe una enzima clave al inicio de la misma. Esto impide la sobreproducción.
o Ejemplo: el ATP inhibe la fosfofructoquinasa, regulando la glucólisis.
• La regulación alostérica es fundamental para mantener el equilibrio metabólico celular.
REFERENCIAS:
Champe, P. C., Harvey, R. A., & Ferrier, D. R. (2014). Bioquímica ilustrada de Lippincott (5.ª ed.). Wolters Kluwer / Lippincott Williams & Wilkins.
Devlin, T. M. (Ed.). (2010). Bioquímica: libro de texto con aplicaciones clínicas (7.ª ed.). Editorial Médica Panamericana.
Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2017). Lehninger: Principios de bioquímica (7.ª ed.). Macmillan Learning.
Rodwell, V. W., Bender, D. A., Botham, K. M., Kennelly, P. J., & Weil, P. A. (2018). Harper: Bioquímica ilustrada (31.ª ed.). McGraw-Hill Education.
Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (2016). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (5th ed.). Wiley.