Factores que Influyen en la Velocidad de las Reacciones Enzimáticas

Factores que Determinan la Velocidad de una Reacción Enzimática

• Temperatura
• pH
• [Sustrato]
• [Enzima]
• Inhibidores

Efecto de la Temperatura

En general, los aumentos de temperatura aceleran las reacciones químicas. Las reacciones catalizadas por enzimas siguen esta ley general. Sin embargo, al ser proteínas, a partir de cierta temperatura, se empiezan a desnaturalizar por calor.

La temperatura a la cual la actividad catalítica es máxima se llama temperatura óptima. Por sobre la temperatura óptima, el aumento de velocidad de la reacción debido a la temperatura es contrarrestado por la pérdida de actividad catalítica debida a la desnaturalización térmica, y la actividad enzimática decrece rápidamente hasta anularse.

Efecto del pH

Las enzimas poseen grupos químicos ionizables (carboxilos -COOH; amino -NH₂; tiol -SH; imidazol, etc.) en las cadenas laterales de sus aminoácidos. Según el pH del medio, estos grupos pueden tener carga eléctrica positiva, negativa o neutra.

Como la conformación de las proteínas depende, en parte, de sus cargas eléctricas, habrá un pH en el cual la conformación será la más adecuada para la actividad catalítica. Este es el llamado pH óptimo.

La mayoría de las enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. Un cambio en el estado de ionización de los grupos funcionales de las cadenas laterales de los residuos aminoacídicos puede afectar la actividad enzimática.

Efecto de la Concentración de Sustrato

En una reacción enzimática en que un sustrato da origen a un producto, se obtiene el siguiente gráfico:

Para una reacción catalizada por una enzima que sigue una cinética de Michaelis-Menten, la unión de cada punto del experimento da lugar a una curva hiperbólica.

• A bajas [S], la curva tiende a una recta que asciende con mucha pendiente. En esta región la curva depende de la [S].
• Para altas [S], la enzima está casi saturada y la V_o de la reacción no cambia mucho cuando aumenta la [S].

Ecuación de Michaelis-Menten y Parámetros Cinéticos

Km (constante de Michaelis-Menten)

• Es la concentración de sustrato que se requiere para alcanzar la mitad de la velocidad máxima.
• Es una medida de la afinidad del Enzima por el Sustrato.
• Cuanto menor es Km, mayor es la afinidad del enzima por sustrato.
• Se mide en unidades de Concentración.

Kcat (número de recambio)

• Número de moléculas de sustrato convertidas en producto por molécula de enzima y unidad de tiempo (1 seg) en condiciones de saturación de sustrato.

Vmax (velocidad máxima teórica)

• La velocidad cuando todos los centros activos están ocupados con sustrato (nunca alcanzada en la realidad).

Eficiencia Catalítica

kcat/Km

• Una estimación de la perfección
• Unidades 1/s x M

Efecto de los Inhibidores

Molécula que hace disminuir la actividad enzimática, a través de interacciones con el centro activo u otros centros específicos.

• Inhibidor Irreversible
• Inhibidor Reversible:
  • I. Competitiva
  • I. No Competitiva
  • I. Acompetitiva

Inhibidor Irreversible

Modifica químicamente a la enzima

E + I → E’

• Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo químico de la enzima, modificándola covalentemente.
• A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los inhibidores irreversibles depende del tiempo que actúa el inhibidor.
• Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente tóxicos.

Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo químico de la enzima, modificándola covalentemente.

Inhibición Irreversible Competitiva

El inhibidor se fija al sitio activo de la enzima libre, impidiendo la fijación del substrato.

Ejemplos: Inhibidores de proteasas. Fármacos antirretrovirales. Forma eficiente de tratar el VIH.

Km: aumenta, Vmax: no cambia

Inhibición Reversible NO Competitiva

El inhibidor se une a un sitio distinto al sitio activo, pero se puede unir tanto a E como a ES.

Km: no cambia, Vmax: disminuye

Inhibición Reversible Acompetitiva

El inhibidor se fija a un sitio distinto al sitio activo, sólo se une al complejo ES.

Km: disminuye, Vmax: disminuye

Antiinflamatorios No Esteroideos (AINEs)

• Ácido acetilsalicílico
• Diclofenaco
• Naproxeno
• Paracetamol
• Ibuprofeno

Mecanismo de Acción

Aspirina: Inhibidor irreversible de COX-1

Ibuprofeno: Inhibidor competitivo reversible de la COX-1