Cinéticaenzimática

    Las enzimas son proteínas con actividad catalítica, es decir, que son capaces de aumentar la velocidad de las reacciones metabólicas para que se realicen en menos tiempo. La cinética enzimática se encarga del estudio de la velocidad a la que se llevan a cabo las reacciones catalizadas enzimáticamente, que depende de ciertas variables, como las concentraciones de enzima, sustrato y producto, el pH, la temperatura, etc.

    Los resultados que se obtienen de ese estudio proporcionan información acerca de la reacción catalítica en sí (las concentraciones de sustrato y producto, por ejemplo), de la especificidad de la enzima que participa, y de varios parámetros que caracterizan las propiedades físicas de la proteína enzimática.

    La cinética enzimática es ampliamente utilizada en investigación, ya que, por ejemplo, una velocidad de reacción anormal puede significar la presencia de una enfermedad.

    Las reacciones enzimáticas se pueden expresar mediante la siguiente ecuación cinética:

    Donde S es el sustrato, E es la enzima, P es el producto, y k1, k2 y k-1 son constantes llamadas constantes de velocidad. Esta ecuación nos indica que las reacciones enzimáticas ocurren en dos etapas: en la primera de ellas, que ocurre de manera muy rápida, la enzima (E) se une al sustrato (S), formando el complejo enzima-sustrato (ES).

    En la segunda etapa, más lenta, el complejo ES se va transformando en producto (P), hasta que ya no queda más sustrato y la enzima se libera (E), pudiendo unirse de nuevo a más sustrato y comenzando de nuevo la reacción enzimática. El complejo ES, además de transformarse en producto, también puede disociarse, separándose la enzima del sustrato, con lo que se daría la misma situación que en la primera etapa de la reacción, pero en sentido contrario.

    La velocidad de formación del complejo ES es proporcional a la cantidad de sustrato (S) que se quiere transformar y de enzima (E) que cataliza la reacción, es decir, que a mayor concentración de ambos mayor velocidad de reacción, aunque esto no ocurre de manera indefinida, ya que existe una velocidad máxima de reacción que nunca es rebasada.

    La velocidad de degradación del complejo ES, bien hacia la formación de producto (P), o bien hacia su disociación en enzima (E) y sustrato (S), se rige por el mismo criterio que el caso anterior: a mayor concentración del complejo enzima-sustrato (ES), mayor velocidad, aunque sólo hasta alcanzar un valor máximo.

    Las constantes de proporcionalidad que se utilizan en ambas afirmaciones son k1 para el primer caso, y k2 y k-1 para el segundo.

    V = k1 x [E] [S] (Velocidad formación ES = k1 x concentración de S y de E) V = (k2 + k-1) x [ES] (Velocidad formación P y disociación en E y S = (k2 + k-1) x

    concentración de ES)

    Se considera que la velocidad de la reacción enzimática es la definida en la segunda ecuación.

    Si se igualan ambas ecuaciones, queda la siguiente relación:

    k1 x [E] [S] = (k2 + k-1) x [ES]

    Y reordenando:

    La razón entre las constantes de velocidad define otra constante, que se denomina KM.

    La cantidad de enzima que hay unida al sustrato es muy difícil de medir experimentalmente. Lo que sí se puede medir es la concentración de enzima total que, lógicamente, tiene que ser el resultado de la suma de la enzima que se encuentra libre y la enzima que forma el complejo ES:

    [E] TOTAL = [E] LIBRE + [ES]

    Con esta concentración de enzima total, [E]T, se puede calcular la velocidad máxima de reacción, denominada Vmáx, que es la que se alcanza cuando toda la enzima ([E]T) se encuentra formando el complejo ES, es decir, todas las moléculas de enzima están ocupadas por el sustrato (están saturadas) y realizando el proceso catalítico.

    Los parámetros KM y Vx se relacionan con la velocidad de una reacción enzimática mediante la ecuación de Michaelis-Menten, una de las imprescindibles en el estudio de la cinética enzimática.

    Esta ecuación representa la relación entre la velocidad inicial de una reacción y la concentración de sustrato, y permite, conociendo los valores de KM y Vmáx, predecir la velocidad de reacción según va variando la concentración de S.

    La ecuación de Michaelis-Menten se puede representar mediante la siguiente gráfica, que muestra el efecto que produce la variación de la concentración de sustrato sobre la velocidad de reacción: