Biopolímero

Biopolímero
s (4831)
4.4. La ecuación cinética básica de la catálisis enzimática.
4.4.2. Interpretación de los fenómenos cinéticos para reacciones con un solo substrato
4.4.2.1. Mecanismo de Michaelis-Menten: KM = KS
La interpretación mecanística de la ecuación de Michaelis puede realizarse con
el siguiente mecanismo propuesto por Michaelis y Menten.
Inicialmente, el enzima y el sustrato se unen en un paso rápido y reversible
para formar un complejo enzima-substrato, ES, llamado complejo de Michaelis
o de Henry-Michaelis, el cual se encuentra en equilibrio con el enzima y el
sustrato libre con una constante de disociación KS (KS=[E][S]/[ES]). El complejo
evoluciona con una constante cinética de primer orden, k2, hacia la formación
de productos y enzima libre.
De acuerdo con las leyes de la cinética química, la velocidad de esta reacción
es v = k2 [ES].
Dadas las condiciones experimentales del sistema (estado estacionario,
sustrato en gran exceso, grado de avance de la reacción pequeño) la
concentración de complejo enzima-substrato podrá considerarse depreciable
frente a la concentración total de substrato, o lo que es lo mismo, la
concentración se sustrato pordrá considerarse igual a la concentración inicial
de sustrato. Puesto que la concentración inicial de enzima [E]o es igual a la
concentración de enzima libre más la que está en forma de complejo, la
velocidad de la reacción se puede expresar como:
que comparada con la ecuación experimental de Michaelis da como resultado:
o
o
kcat = k2
KM = KS
4.4.2.2. Mecanismo de Briggs-Haldane : KM > KS
También se puede interpretar la ecuación de Michaelis con el siguiente
mecanismo propuesto por Briggs y Haldane
Ahora, el complejo de Michaelis no está en equilibrio con el substrato y el
enzima libre, sino que en cuanto se forma evoluciona rápidamente hacia los
productos. Realmente, en el tratamiento cinético formal de ES, puede
aplicársele la aproximación del estado estacionario. La ecuación de velocidad
resultante es:
que comparada con la ecuación experimental de Michaelis da como resultado:
o
o kcat = k2
KM = ( k2 + k -1 )/ k1 = KS + k2 / k1
4.4.2.3. Mecanismo en el que ocurren varios intermedios después de ES: KM <
KS
En los dos esquemas anteriores se asume la existencia de sólo un complejo
enzimático y ningún intermedio de reacción, lo cual es tan sólo una
aproximación a la realidad. Es mucho más habitual que una vez formado el
complejo de Henry-Michaelis, éste evolucione para generar uno o varios
intermedios de reacción que finalmente llevan al enzima libre y los productos.
Los intermedios y el complejo pueden estar en equilibrio, tal como se ha
señalado en la ecuación anterior, o no, en cuyo caso se les aplicará la
aproximación del estado estacionario. Con una ecuación como la anterior, en
donde v = k4 [ES"], la ecuación de velocidad tiene la misma estructura que la
ecuación de Michaelis, en donde:
Por ejemplo en las serin proteasas, enzimas que catalizan la hidrólisis de los
enlaces peptídicos de las proteínas, una vez formado el complejo ES, el ataque
nucleófilo del OH de la serina sobre el carbono carbonílico del substrato
genera, mediante una reacción de transferencia de grupos acilo, un compuesto
intermedio, el acil-enzima EAc, que posteriormente mediante la adición de
agua, evoluciona desacilando y generando el enzima libre y los productos:
Aplicando el estado estacionario a este intermedio, la velocidad de esta
reacción puede expresarse como:
Por tanto:
La constante catalítica también se puede expresar como:
Biopolímeros. J. Donoso.Página actualizada en Abril 2006