Reacciones bisustrato

Planta Piloto de Fermentaciones
Departamento de Biotecnología
Sistemas Multiespecies
Reacciones bi-sustrato
Sergio Huerta Ochoa
UAM-Iztapalapa
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Departamento de Biotecnología
Reacciones bi-substratos
• El modelo de cinética enzimática de MichaelisMenten fue derivado para una reacción de un
substrato
• La mayoría de las reacciones enzimáticas tienen
múltiples substratos y productos
• Las reacciones bi-substratos son
aproximadamente el 60% de las reacciones
enzimáticas conocidas
A+B
E
P+Q
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Reacciones catalizadas por enzimas
1. Oxidoreductasas
Catalizan reacciones redox en las cuales un sustrato es
reducido a expensas de un segundo que es oxidado
2. Transferasas
Catalizan reacciones en las cuales un grupo es transferido
de un sustrato a otro
3. Hidrolasas
Catalizan reacciones en las cuales un sustrato es
hidrolizado
4. Liasas
Catalizan reacciones en las cuales un grupo es eliminado de
un sustrato para formar un doble enlace
5. Isomerasas
Catalizan reacciones de isomerización
6. Ligasas
Catalizan la unión de dos moléculas a expensas de ATP o
de alguna otra “fuente de energía”
Price N.C. y Dwek R.A., Principles and Problems in Physical Chemistry for Biochemist
Solamente las reacciones de las categorías 4 y 5 pueden ser consideradas como
reacciones realmente de un solo sustrato
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Adición de substrato – liberación de producto
El orden de la adición de substrato y liberación de producto en la
mayoría de las reacciones enzimáticas sigue dos mecanismos de
reacción
Reacción secuencial – todos los substratos deben enlazarse a
la enzima antes de que la reacción ocurra y los productos sean
liberados
• Secuencial ordenada
• Secuencial aleatoria
Reacción Ping-pong – uno o más productos son liberados
antes de que todos los substratos hayan sido adicionados y una
forma estable alterna de la enzima, F, es producida a la mitad de
la reacción
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Reacción bi-bi secuencial ordenada
• Secuencial ordenada
– la reacción tiene
obligatoriamente un
orden de adición de
substrato y liberación
de producto
A
E
P
B
EA
EAB-EPQ
Q
EQ
Característica de muchas oxido-reductasas NAD(P)H-dependientes.
E
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Mecanismo para una reacción bi-sustrato
secuencial ordenada
EA + B
E+A
EAB
E+P
La expresión de velocidad puede ser obtenida utilizando la consideración de
equilibrio Rápido
Consideración de equilibrio rápido
[A ] ⋅ [B ]
v
Vmax
K AK B
=
[
A ] [A ] ⋅ [B ]
+
1+
KA
K AK B
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Reacción secuencial ordenada
Vmax [ A][B ]
v=
K A K B + K B [A] + [A][B ]
Haciendo una doble recíproca 1/v versus 1/[B]
1/V
K
1  K AKB
= 
+ B
v  Vmax [A] Vmax
 1
1

+
 [B ] Vmax
1/[B]
Graficando las pendientes obtenidas para cada [A] versus 1/[A]
m=
K AKB 1
K
+ B
Vmax [ A] Vmax
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Reacción secuencial aleatoria
A
• Secuencial aleatoria
– la reacción no muestra
preferencia por el orden de la
adición de substrato y
liberación de producto
B
P
EA
Q
EQ
E
EAB-EPQ
E
EB
B
EP
A
Característica de muchas quinasas y algunas dehidrogenasas.
Q
P
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Mecanismo para una reacción bi-sustrato
secuencial aleatoria
KB
EB
E+B
+
A
+
A
α KA
KA
α KB
EA + B
kp
EAB
E+P
La expresión de velocidad puede ser obtenida utilizando la consideración de
equilibrio Rápido
Consideración de equilibrio rápido
[A ] ⋅ [B ]
v
Vmax
α ⋅ K AK B
=
1+
[A ] + [B ] + [A ] ⋅ [B ]
KA
KB
α ⋅ K AK B
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Reacción secuencial aleatoria
v=
Vmax [ A][B ]
αK A K B + αK A [B ] + αK B [A] + [ A][B ]
Haciendo una doble recíproca 1/v versus 1/[B]
1/V
1 αK B
=
v Vmax
 KA
 1
1
+ 1
+

 [A]  [B ] Vmax
 αK A

+ 1

 [A]

1/[B]
Graficando las pendientes obtenidas para cada [A] versus 1/[A]
m=
αK A K B 1
Vmax
[A]
+
αK B
Vmax
Graficando las ordenadas obtenidas para cada [A] versus 1/[A]
b=
αK A 1
+
1
Vmax [A] Vmax
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Mecanismo para una reacción bi-sustrato
Ping-Pong
A
E
B
P
EA-FP
F
Q
FB-EQ
E
Característica de:
Serin proteasas
Aminotransferasas
La expresión de velocidad puede ser obtenida utilizando la consideración de
equilibrio rápido
Consideración de equilibrio rápido
v
Vmax
=
[A]⋅ [B]
Km A [B ] + KmB [A] + [A]⋅ [B ]
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Reacción Ping-Pong
Vmax [A][B ]
v=
K A [B ] + K B [A] + [A][B ]
Haciendo una doble recíproca 1/v versus 1/[B]
1 KB 1  KA 1
1
=
+ 
+
v Vmax [B ]  Vmax [ A] Vmax



1/V
1/[B]
Graficando las ordenadas obtenidas para cada [A] versus 1/[A]
b=
KA 1
1
+
Vmax [A] Vmax