CINÉTICA ENZIMÁTICA - Biologia y Quimica

8/16/2019 CINÉTICA ENZIMÁTICA - Biologia y Quimica

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NIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO

DEL PER

FAC LTAD DE ED CACION

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE ED CACI

ÓN

ESC ELA DE PROFESIONALES DE ED CACION

SEC NDARIA

CARRERA CIENCIAS NAT RALES Y AMBIENTALES

AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN DEL MAR DE GRAU

Biogenética, enzimas ymetao!ismo

"#$ALUMNO% &iza''oc(nyas )i!*e'

+#$SEMESRE% I

-#$DOCENE% mg#Beta!!e!(z.a!encia /'e*y

0#$c('so% io!og1ace!(!a' ymo!ec(!a'

2016

2UANCA3O $ 4ER5

CINÉTICA ENZIMÁTICA


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Los principios generales de las reacciones químicas se aplican también alas reacciones enzimáticas. Por este motivo, antes de empezar con la

cinética química, se van a repasar algunos conceptos básicos de cinética

química.

A continuación, se describirán los siguientes conceptos:

• Cinética enzimática

• Modelo cinético de Micaelis!Menten

• Cálculo de la " M # la $ma% de un enzima

• Actividad enzimática

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CONCEPTOS BÁSICOS DECINÉTICA QUÍMICA

&n una reacción de orden cero, la velocidad de 'ormación del producto es independiente de la concentración de sustrato: v =

&n una reacción de prier orden la velocidad de 'ormación de los productos es directamente proporcional a la concentraciódel sustrato: v = k !A"# Así, en la reacción:

sacarosa ( agua glucosa ( 'ructosa

)a velocidad de idrólisis de la sacarosa es, en todo momento, proporcional a la concentración de sacarosa. *ico

matemáticamente, donde +A es la concentración de sacarosa a cada tiempo -t # / es la constante de proporcionalidad. 0e dic

que ésta es una reacción de primer orden.

1na reacción de $e%&ndo orden es aquella en la que la velocidad de 'ormación del producto depende

• de la concentración de dos sustratos -como en una reacción de condensación: v 2 / +A3 +A4

• del cuadrado de la concentración de un 5nico sustrato -reacción de dimerización: v 2 / +A4

&n la tabla siguiente se resumen los distintos tipos de reacción, # la 'or( de c()c&)(r $&$ p(r*e+ro$ cin,+ico$.

O-DEN CE-O P-IME- O-DEN SE.UNDO O-DEN

E/pre$i0n di'erenci() de)( ve)ocid(d

Ec&(ci0n in+e%r(d( de )(ve)ocid(d

!A" = 1k+ 2 !A"3 Ln!A" = 1k+ 2 Ln!A"3

4id( edi( 5+6789

-epre$en+(ci0n :&e d()&%(r ( &n( rec+(

!A" v$ + Ln!A" v$ + 67!A" v$ +

Si%no de )( pendien+e ne%(+ivo ne%(+ivo po$i+ivoSi%ni'ic(do de )(

pendien+e1k 1k k

Si%ni'ic(do de )(orden(d( en e) ori%en

!A"3 Ln!A"3

!A"3 e$ ; e; 67;


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CINÉTICA

ENZIMÁTICA)a cinética enzimática e$+&di( )( ve)ocid(d de )($ re(ccione$ c(+()i


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Al seguir la velocidad de aparición de producto -o de desaparición del sustrato en 'unción del tiempo

se obtiene la llamada c&rv( de (v(nce de )( re(cci0n, o simplemente, la cinética de la reacción. Amedida que la reacción transcurre, la velocidad de acumulación del producto va disminu#endo porque

se va consumiendo el sustrato de la reacción -7igura de la dereca. Para evitar esta complicación se

procede a edir )( ve)ocid(d inici() de )( re(cci0n -v8. )a velocidad inicial de la reacción es igual ala pendiente de la curva de avance a tiempo cero -7igura de la dereca. *e esta 'orma, la medida de

v8 se realiza antes de que se consuma el 389 del total del sustrato, de 'orma que pueda con$ider(r$e !S" coo e$enci()en+e con$+(n+e a lo largo del e%perimento. Además, en estas condiciones no e$nece$(rio con$ider(r )( re(cci0n inver$(, #a que la cantidad de producto 'ormada es tan pequea qula reacción inversa apenas ocurre. *e esta 'orma se simpli'ican

enormemente las ecuaciones de velocidad.

Para estudiar la cinética enzimática se mide el e'ec+o de )( concen+r(ci0n inici() de $&$+r(+o $o;re )ve)ocid(d inici() de )( re(cci0n, manteniendo la cantidad de enzima constante. 0i representamosv8 'rente a +08 obtenemos una grá'ica como la de la 7igura de la dereca. C&(ndo !S"3 e$ pe:&e(, lavelocidad inicial es directamente proporcional a la concentración de sustrato, # por tanto, )( re(cci0ne$ de prier orden. A ()+($ !S"3, el enzima se encuentrasaturada por el sustrato, # la velocidad #a no depende de +08.

&n este punto, )( re(cci0n e$ de orden cero # la velocidad esmá%ima -$ma%.


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MODELO CINÉTICO DEMIC>AELIS1MENTEN


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)os estudios sistemáticos del e'ecto de la concentración inical del sustrato sobre la actividad enzimáti

comenzaron a realizarse a 'inales del siglo ;>4 se introdu?o el concepto del comple?o

enzima!sustrato como intermediario del proceso de catálisis enzimática.&n 3@3, LeonorMic?(e)i$ -'oto de la izquierda @ M(&d Men+en -'oto de laderecade$(rro))(ron e$+( +eor( # propusieron unaecuación de velocidad que e%plica el comportamiento

cinético de los enzimas.

Para e%plicar la relación oservada entre la velocidad inicial -v8 # la concentración inicial de sustrato

-+08 Micaelis # Menten propusieron que las reacciones catalizadas enzimáticamente ocurren en do$e+(p($: &n la primera etapa $e 'or( e) cop)eo en


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+&B 2 +& ( +&0

Como +& 2 +&B ! +&0, resulta que: v32 / 3+0 +&B ! / 3 +0 +&0

&ste modelo cinético adopta la ?ip0+e$i$ de) e$+(do e$+(cion(rio, seg5n la cual la concentración delcomple?o enzima!sustrato es pequea # constante a lo largo de la reacción -7igura de la dereca. Por

tanto, la velocidad de 'ormación del comple?o enzima!

sustrato -v3 es igual a la de su disociación -v4( v:

v6 = v8 2 v

Además, como +&0 es constante, la velocidad de

'ormación de los productos es constante:

v = v = k !ES" = con$+(n+e.

Como v32v4(v, podemos decir que:

/ 3+0 +&B ! / 3 +0 +&0 2 / 4 +&0 (

/ +&0

*espe?ando +&0, queda

que: siend

o , en donde lae%presión -/ 4(/ / 3 se a sustituído

por M, o con$+(n+e de Mic?(e)i$1Men+en. &ste enlace nos aporta unae%plicación sobre las razones que

acen de la " M un parámetro cinético

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importante.

Por lo tanto, en el estado estacionario, la velocidad de 'ormación del producto es:

v 2 v 2 / +&0 2

Para cualquier reacción enzimática, +&B, / # " M son constantes. $amos a considerar dos casos

e%tremos:

• A concen+r(cione$ de $&$+r(+o pe:&e($ -+0 DD " M v 2 -/ +&B" M +0. Como los términosentre paréntesis son constantes, pueden englobarse en una nueva constante, / obs, de 'orma que l

e%presión queda reducida a: v 2 / obs +0, con lo cual la reacción es un proce$o cin,+ico de

prier orden.

• A concen+r(cione$ de $&$+r(+o e)ev(d($ -+0 EE "M, v 2 / +&B. )a velocidad de reacción eindependiente de la concentración del sustrato, # por tanto, la reacción es un proce$o cin,+ico dorden cero. Además, tanto / como +&B son constantes, # nos permite de'inir un nuevo

parámetro, la ve)ocid(d */i( de )( re(cci0n -$ma%: $ma% 2 / +&B, que es la velocidad quese alcanzaría cuando todo el enzima disponible se encuantra unido al sustrato.

0i introducimos el parámetro $ma% en la ecuación general de la velocidad, -la 'órmula recuadrada

anteriormente, obtenemos )( e/pre$i0n *$ conocid( de )( ec&(ci0n de Mic?(e)i$1Men+en:

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6a# enzimas que no obedecen la ecuación de Micaelis!Menten. 0e dice que su cinética no es

Micaeliana. &sto ocurre con los en


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má%imo al que tiende la curva e%perimental,

# la " M corresponde a la concentración de

sustrato a la cual la velocidad de la reacción

es la mitad de la $ma%.

Para determinar grá'icamente los valores de " M # $ma% es más sencillo utilizar la repre$en+(ci0n do;recproc( -3v8 'rente a 3+08, #a que es una línearecta. &sta representación doble recíproca recibe el

nombre de repre$en+(ci0n de LineGe(ver1B&rk -7igura de la dereca. &s una recta en la cual:

• )a pendiente es " M$ma%

• )a abscisa en el origen -3v8 2 8 es !3" M

• )a ordenada en el origen -3+08 2 8 es 3$ma%

*e esta 'orma, a partir de los datos e%perimentales se

puede calcular grá'icamente, los valores de " M #

$ma% de un enzima para diversos sustratos.

MOTI4OS QUE >ACEN DE M UNPA-ÁMET-O CINÉTICOIMPO-TANTE


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)a constante de Micaelis!Menten -"M es un parámetro cinético importante pór m5ltiples razones:

• " M es la concen+r(ci0n de $&$+r(+o p(r( )( c&() )(ve)ocid(d de re(cci0n e$ )( i+(d de )( ve)ocid(d

*/i(. &n e'ecto, si " M 2 +0, la ecuación de Micaelis!Menten se reduce a: v 2 $ma%4.

• &l valor de " M d( ide( de )( ('inid(d de) en

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