Factores Clave que Regulan la Cinética Enzimática: Concentración, pH y Temperatura

Regulación de la Actividad Enzimática: Factores Determinantes

Influencia de la Concentración de Sustrato

Si la concentración del sustrato (S) aumenta y se mantiene constante la concentración de la enzima, se observa que la velocidad de la reacción aumenta progresivamente. Este aumento de velocidad es exponencial para concentraciones bajas de sustrato. A medida que la concentración de sustrato aumenta, el incremento de velocidad se va haciendo más lento, hasta que la concentración alcanza un cierto valor. A partir de este punto, aunque la concentración de sustrato siga aumentando, la velocidad de la reacción no se incrementa.

Este comportamiento se explica porque la velocidad de la reacción catalizada por una enzima depende del equilibrio existente entre la forma libre de la enzima y su forma combinada (complejo enzima-sustrato, ES). A concentraciones bajas de sustrato, hay moléculas de enzima libre. A medida que se aumenta la concentración de sustrato, se forman más complejos ES, lo que incrementa la velocidad de la reacción.

A altas concentraciones de sustrato, todas las moléculas de enzima se encuentran combinadas con él. En estas condiciones, el complejo ES se escinde para dar el producto, y la enzima libre se combina inmediatamente con otra molécula de sustrato. Es decir, se alcanza un estado estacionario en el cual la enzima se encuentra saturada y la velocidad de reacción es máxima (V_max).

La Constante de Michaelis-Menten (K_m)

Michaelis y Menten definieron una constante, K_m, que representa la concentración de sustrato (S) en la que la velocidad de la reacción enzimática es la mitad de la velocidad máxima (1/2 V_max). En este punto, la mitad de las moléculas de enzimas se encuentran formando complejos ES.

• Si la K_m es pequeña, se necesita una concentración de sustrato (S) baja para alcanzar la mitad de la V_max. Esto indica una alta afinidad de la enzima por el sustrato.
• Una K_m alta indica que se necesita una concentración de sustrato (S) elevada para alcanzar 1/2 V_max. Esto sugiere una baja afinidad.

Influencia del pH

Las enzimas presentan un pH óptimo para el cual su actividad es máxima; por lo tanto, su K_m es mínima y su velocidad es máxima. Pequeñas variaciones de pH en torno al valor óptimo provocan un descenso brusco de la actividad, debido a que se alteran las cargas del centro activo y del sustrato, afectando su capacidad de unión.

Si la variación de pH es muy elevada, la enzima puede desnaturalizarse y dejar de ser funcional, ya que se pierde la estructura tridimensional esencial para su función catalítica.

Influencia de la Temperatura

Un incremento de la temperatura (T) generalmente aumenta la velocidad de las reacciones químicas. En el caso de las reacciones catalizadas por enzimas, la actividad se duplica aproximadamente por cada 10 °C de incremento de temperatura, hasta alcanzar un valor máximo de actividad, que suele estar alrededor de los 40 °C en organismos biológicos.

A partir de este valor máximo, la actividad disminuye rápidamente debido a la pérdida de la estructura terciaria de la enzima (desnaturalización térmica).

El Efecto de los Inhibidores Enzimáticos

Los inhibidores son sustancias químicas que disminuyen o bloquean la actividad de las enzimas. Existen dos tipos principales de inhibición:

1. Inhibición Competitiva

En la inhibición competitiva, tanto el sustrato como el inhibidor pueden unirse al centro activo de la enzima. Si el que se une es el sustrato, se forman los productos; si es el inhibidor, no se produce reacción. Su efecto se aminora con el aumento de la concentración del sustrato, ya que este compite eficazmente por el centro activo.

2. Inhibición No Competitiva

En la inhibición no competitiva, el inhibidor se une a la enzima por un sitio diferente al centro activo (sitio alostérico), alterando su conformación. De este modo, el sustrato no puede unirse correctamente al centro activo o, si se une, la enzima pierde su capacidad catalítica. Un aumento de la concentración del sustrato no recupera la actividad enzimática en este caso.