Post on 07-Feb-2015
Cinética de las reacciones enzimáticas
t
s
p[ ]
Concepto de velocidad inicial
d[ ]dtv = , t -> 0
Variables que influyen en la velocidad de unareacción enzimática
1. Concentración de enzima
2. Concentración de substrato
3. pH
4. Temperatura
5. Efectores (Activadores e Inhibidores)
Efecto de la concentración de enzima: relación lineal
v
[E]
. . . .. . . . . . .
S
E
ES
P
EP
Ciclo catalíticode una enzima
Una cinética lineal implicaun proceso regenerativo,
cíclico
v
[s]
Efecto de la concentración de substrato
..
.. . . . .
E + S ES E + Pk+1
k-1
k+2
Una cinética hiperbólica implica un proceso saturante:
Hay un número limitado de sitios en la enzimapara fijar substrato; una vez que están ocupadostodos, por mucho que aumente la concentraciónde substrato, la velocidad permanecerá constantetendiendo a un valor asintótico
E + S ES E + Pk+1
k-1
k+2
s = [S]x = [ES]e = [E]e0 = [ES] + [E] = x + e
ds/dt = - k+1es + k-1xde/dt = - k+1es + (k-1 + k+2) xdx/dt = k+1es - (k-1 + k+2) xdp/dt = k+2 xe0 = e + x
Descripción dinámica de la catálisis enzimática
El sistema de ecuaciones diferenciales que describe la dinámicadel sistema
E + S ES E + Pk+1
k-1
k+2
No admite solución analítica. Para describirlo recurrimos a:
- Simulaciones numéricas- Hipótesis que lo simplifiquen
Simulación numérica del sistema
E + S ES E + Pk+1
k-1
k+2
Aplicación
valdef1.txt
Hipótesis de Michaelis - Menten
E + S ES E + Pk+1
k-1
k+2
- La primera parte del mecanismo,
E + S ESk+1
k-1Tiene lugar mucho más rápidamente que la segunda:
ES E + Pk+2
K
E SES
esx
e x s
xm 0
xe s
K sm
0 vk e sK sm
2 0k e V 2 0 m ax
vV sK sm
m ax
Hipótesis deMichaelis-Menten
Equilibrio rápido
v k x 2
Hipótesis de estado estacionario
Según veíamos en la simulación numérica, hay un tiemporelativamente prolongado en el curso de la reacción en el que la variación de complejo [ES] es prácticamente iguala cero:
dx/dt = k+1es - (k-1 + k+2) x = 0
A partir de esta expresión podemos llegar a obtener unaexpresión que nos da la velocidad para la concentraciónde substrato
dxd t
k es k k x 0 1 1 2
k es k e x s k k x 1 1 0 1 2
xe s
k kk
s
e sK sm
0
1 2
1
0
vV sK sm
m ax
v k x 2 k e V 2 0 m ax
Hipótesis deestado estacionario
Tanto con las suposiciones de Michaelis-Menten como conLas de estado estacionario, llegamos a la ecuación
v =Vmaxs
Km + s
La única diferencia radica en el significado de Km:
Km = k-1/k+1 en mecanismo de M.M.
Km = (k-1 + k+2)/k+1 en mecanismo de E.E.
Significado de la constante Km
1. Constante de equilibrio de disociación del complejo ES (en condiciones de equilibrio rápido)
2. Medida inversa de la afinidad de la enzima por el substrato (en condiciones de equilibrio rápido)
3. Mide la función de fijación (en cond.de equilibrio rápido)
4. Concentración de substrato para la que la velocidad se hace igual a la mitad de la máxima (s0.5)
5. Se define para una pareja enzima-substrato
6. Se mide en unidades de concentración
Significado de la constante Vmax = k+2 e0
1. Velocidad asintótica para s
2. Directamente proporcional a la concentración de enzima (hoy se prefiere caracterizar a la enzima por k+2)
3. Mide función de transformación catalítica
4. Se expresa en unidades de velocidad
Representación directa
s
0 20 40 60 80 100
v
0
20
40
60
80
100
Km
Vmax
vV sK s
m x
m
Representación recíproca doble(Lineweaver - Burk)
1/s
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
1/v
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
1 1 1v
KV s V
m
m x m x
-1/Km
1/Vmax
Representación s -s/v(Eadie - Hofstee)
s
-20 0 20 40 60 80 100 120
s/v
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
sv V
sKVm x
m
m x
1
-Km
1/V max
Representación v/s - v(Wong - Hanes)
v/s0 2 4 6 8 10 12 14 16
v
0
20
40
60
80
100
v Kvs
Vm m x
Vmax
-Km
Efecto del pH
pH
v
1. Sobre la fijación del substrato al centro activo:- Grupos disociables de la enzima- Grupos disociables del substrato
2. Sobre la transformación catalítica del substrato
3. Sobre la estructura de la proteína enzimática
Efecto del pH
Succinato ycentro activo de SDHpH 7
COO-
CH2
CH2
COO-
+H3NC
NH
NH
CH
+H3N
CH
Arg
Lys
Succinato ycentro activo de SDH,pH 2
COOH
CH2
CH2
COOH
+H3NC
NH
NH
CH
+H3N
CH
COO-
CH2
CH2
COO-
H2NC
NH
NH
CH
H2N
CH
Succinato ycentro activo de SDH,pH 13
Efecto de la temperatura
v
T
En el efecto de la temperatura hay dos componentes:
1. Aceleración de la reacción según la ecuación de Arrhenius
k = A exp (-Ea/RT)
2. Desnaturalización térmica de la proteína