TP4 PRESENTACIÓN 4 2 - CINÉTICA ENZIMÁTICA (1)

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CINÉTICA 
ENZIMÁTICA
¿Cómo logran las enzimas (E) disminuir la Ea?
 
S# 
E-S# 
Ea no 
catalizada 
Ea 
catalizada 
G de la 
Reacción 
Progreso de la reacción → 
E
n
e
rg
ía
 L
ib
re
 →
 
Interaccionan con los reactivos (denominados
sustratos en las reacciones catalizadas
enzimáticamente) para dar un complejo E-S que
tiene menor Ea que el sustrato libre.
El lugar específico donde se une el sustrato
recibe el nombre de SITIO ACTIVO.
Está constituido por cadenas laterales de
aminoácidos con características complementarias a la
estructura del sustrato [Ej; si sustrato tiene carga
positiva (S+) en el sitio activo predominarán
aminoácidos ácidos]. Determina la especificidad de la
enzima.
- Aumenta la concentración efectiva de los
sustratos (aumenta la probabilidad de
choque)
- Modifica las propiedades químicas del
sustrato unido a su centro activo,
debilitando los enlaces existentes y
facilitando la formación de otros nuevos.
25
¿De qué manera interaccionan enzima y sustrato?
- Modelo del encaje recíproco de Fisher (1894): homologaba la interacción E-S con el 
encaje recíproco de la llave y la cerradura. 
 
 
Este modelo permite explicar la gran especificidad de las 
enzimas por el sustrato. NO permite explicar el hecho que 
la misma enzima catalice la reacción directa e inversa, lo 
cual implicaría que interacciona tanto con el reactivo como 
con el producto que son químicamente diferentes. 
 
 
- Modelo del ajuste inducido de Koshland (1963): presenta a las enzimas como 
estructuras dotadas de plasticidad y flexibilidad. 
 
La unión del sustrato al sitio activo induce a un cambio en 
la conformación de la proteína que hace que se ajuste a la 
estructura del sustrato 
 
 
 
 
 
26
Modelo estático
Modelo dinámico
➢ Modelo del encaje recíproco o de llave – cerradura de Fisher (1894):
➢ Modelo del encaje inducido de Koshland (1958):
- Modelo del encaje recíproco de Fisher (1894): homologaba la interacción E-S con el 
encaje recíproco de la llave y la cerradura. 
 
 
Este modelo permite explicar la gran especificidad de las 
enzimas por el sustrato. NO permite explicar el hecho que 
la misma enzima catalice la reacción directa e inversa, lo 
cual implicaría que interacciona tanto con el reactivo como 
con el producto que son químicamente diferentes. 
 
 
- Modelo del ajuste inducido de Koshland (1963): presenta a las enzimas como 
estructuras dotadas de plasticidad y flexibilidad. 
 
La unión del sustrato al sitio activo induce a un cambio en 
la conformación de la proteína que hace que se ajuste a la 
estructura del sustrato 
 
 
 
 
 
1. Concentración de sustrato
2. Concentración de enzima
3. Temperatura
4. pH
5. Inhibidores
¿De qué depende la velocidad de una reacción catalizada enzimáticamente?
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VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN 
CATALIZADA ENZIMÁTICAMENTE
27
1- Concentración de sustrato 
 
 
Vmax: velocidad máxima. Se registra cuando 
todos los sitios activos están ocupados. 
 
KM: constante de Michaelis-Menten. 
Concentración de sustrato a la cual se alcanza la 
mitad de la Vmax  la mitad de los sitios activos 
están ocupados. 
 
 
 
 
 
 
1. Concentración de sustrato
Leonor Michaelis y Maud Menten
 
 
 
 
 
Cuanto mayor sea la afinidad de la 
enzima por el sustrato menor será 
la concentración de sustrato 
requerida para ocupar la mitad de 
los sitios activos y a mayor 
afinidad menor KM. 
 
28
Misma enzima distinto sustrato Distinta enzima mismo sustrato
Vmax
Km
“Cuanto mayor sea la afinidad de la enzima por el 
sustrato menor será la concentración requerida 
para ocupar la mitad de los sitios activos”
“A mayor afinidad menor Km” 
depende de la cantidad de enzima presente
depende de la afinidad de la enzima por el sustrato
Hexoquinasa Glucoquinasa
[E] en hígado Baja Alta
Km para Glucosa < 0,1 mM 10 mM
Sustrato Varias hexosas Glucosa
La [Glucosa] en sangre es aprox. 5 mM, valor que es 
regulado por el hígado. 
Distinta enzima mismo sustrato
29
2. Concentración de enzima
Variación de la velocidad de
reacción enzimática (V0) en función
de la [S] para dos concentraciones
de enzima (E y 3E).
Al modificar la concentración de
enzima [E] se modifica la Vmáx
pero no en Km.
303. pH
Cada enzima es activa en un intervalo
de pH determinado y dentro de ese
intervalo habrá uno donde la actividad
enzimática será máxima (máxima
capacidad catalítica): pH óptimo
3- pH 
 
 
pH óptimo: pH al cual la enzima presenta su 
máxima capacidad catalítica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 V
m
a
x
 
o
 A
ct
. 
C
a
ta
lí
ti
ca
 
pH óptimo
pH Actividad enzimáticaEstado de ionización 
influye Grupos funcionales de los aa
Sustrato
modifica
31
 
 
 
 Desnaturalización 
 
 
 
En el pH óptimo el estado de ionización 
del sustrato y de los restos de aminoácido 
presentes en el sitio activo es aquel que 
permite la máxima interacción ES. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SH S
-
 S
-
 
EH
+
 E EH
+
 
En el pH óptimo el estado de ionización del
sustrato y de los restos de aa presentes en el
sitio activo de la enzima es aquel que permite la
máxima interacción ES.
El pH óptimo para las enzimas humanas varía
notablemente, alcanzando incluso valores
extremos (por ejemplo: pHopt = 2 para pepsina,
una enzima gástrica.
 
 
 
 Desnaturalización 
 
 
 
En el pH óptimo el estado de ionización 
del sustrato y de los restos de aminoácido 
presentes en el sitio activo es aquel que 
permite la máxima interacción ES. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SH S
-
 S
-
 
EH
+
 E EH
+
 
3- pH 
 
 
pH óptimo: pH al cual la enzima presenta su 
máxima capacidad catalítica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 V
m
a
x
 
o
 A
ct
. 
C
a
ta
lí
ti
ca
 
Los pHs extremos pueden
inactivar a la enzima por
desnaturalización
324. Temperatura
 Aumento gradual de la
velocidad de la reacción con
el aumento de la temperatura
hasta alcanzar una
temperatura en la cual la
actividad enzimática es
máxima, que se conoce
como Temperatura óptima.
 Disminución progresiva de la
velocidad de reacción debido a la
inactivación de la enzima por
desnaturalización térmica de la
proteína.
La T óptima para a mayoría de las enzimas humanas está en el rango entre 35 y 40 °C, estas comienzan
a desnaturalizarse por encima de los 40°C.
4- Temperatura 
 
 
Aumenta la velocidad porque aumenta la 
temperatura  aumenta la Ecinética 
 
 
 
Disminuye la velocidad porque se 
desnaturaliza la enzima 
 
 
 
 
 
 
 
V
m
ax
 o
 A
ct
. c
at
al
ít
ic
a 
 
4- Temperatura 
 
 
Aumenta la velocidad porque aumenta la 
temperatura  aumenta la Ecinética 
 
 
 
Disminuye la velocidad porque se 
desnaturaliza la enzima 
 
 
 
 
 
 
 
V
m
ax
 o
 A
ct
. c
at
al
ít
ic
a 
 
4- Temperatura 
 
 
Aumenta la velocidad porque aumenta la 
temperatura  aumenta la Ecinética 
 
 
 
Disminuye la velocidad porque se 
desnaturaliza la enzima 
 
 
 
 
 
 
 
V
m
ax
 o
 A
ct
. c
at
al
ít
ic
a 
 
Esto se debe a que al aumentar 
la T aumenta el movimiento de 
las moléculas y por lo tanto 
aumenta probabilidad de 
encuentro entre E y S.
5. Inhibidores
Sustancias que disminuyen o anulan la actividad de las enzimas sin ser transformados por ellas.
33
La inhibición enzimática puede ser:
Irreversible
Reversible
A- Inhibidores Irreversibles o Venenos
Se combinan de modo permanente con la enzima uniéndose covalentemente a algún grupo
funcional esencial para la catálisis con lo cual la enzima queda inactivada irreversiblemente.
33
a) Competitivos: son estructuralmente similares al sustrato y compiten con él por el sitio 
activo. Modifican KM pero no la Vmax. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a) Competitivos: son estructuralmente similares al sustrato y compiten con él por el sitio 
activo. Modifican KM pero no la Vmax. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
B- Inhibidores Reversibles
La unión de la enzima y el inhibidor es temporal. Impide el normal funcionamiento de la enzima sólo
mientras dura la unión. Pueden ser de tres tipo:competitivos, no competitivos y acompetitivos.
B1- Inhibidores Reversibles COMPETITIVOS
b) No competitivos: se unen a la enzima en un sitio diferente al sitio activo y la inactivan. 
Modifican Vmax pero no el KM. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
34
b) No competitivos: se unen a la enzima en un sitio diferente al sitio activo y la inactivan. 
Modifican Vmax pero no el KM. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
B2- Inhibidores Reversibles NO COMPETITIVOS
Inhibidores como medicamentos
❑ ATBs beta-lactámicos (Ej: Penicilina y sus derivados)
Son inhibidores irreversibles
de las transpeptidasas (TP)
bacterianas.
Amoxicilina
La combinación de amoxicilina y ácido clavulánico
Ciertas bacterias tienen una enzima
llamada betalactamasa que puede abrir
el anillo lactámico, lo que vuelve al
compuesto inocuo para la bacteria.
Como alternativa para disminuir la resistencia bacteriana
Ketorolaco
Acido 
araquidónico
Tromboxano A2
Prostaglandina E1
(PGE1)
AINEs
Esta inhibición puede ocurrir por 
distintos mecanismos:​
• Inhibición irreversible, como en 
el caso de la aspirina.
• Inhibición competitiva, como en 
el caso del ibuprofeno.
• Inhibición no competitiva, como 
el paracetamol.
Aspirina Ibuprofeno DiclofenacoNaproxen
Paracetamol
❑ Los antiinflamatorios no esteroideos (abreviados AINEs) 
A partir del año 2012 en los consensos
internacionales el paracetamol se
excluye de los AINEs, por su poca/nula
acción antiinflamatoria.
Todos son inhibidores de la ciclooxigenasa
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aspirin-skeletal.svg
❑ Antivirales ANÁLOGOS DE GUANOSINA (Ej: Aciclovir, Ganciclovir, etc.) inhiben la síntesis de ADN
viral
HVS: virus del herpes simple
Son inhibidores de ADN polimerasa viral
❑ ESTATINAS (Lovastatina, Simvastatina, Rosuvastatina, etc.) inhiben la síntesis de colesterol
Son inhibidores competitivos de HMG-CoA reductasa celular.
METABOLISMO INTERMEDIARIO
 
A 
B 
C 
D 
Lineal 
X 
P 
Q 
W 
R Z 
Y 
Ramificada 
A 
B 
C 
D 
E 
F 
Cíclica 
35
 
A 
B 
C 
D 
Lineal 
X 
P 
Q 
W 
R Z 
Y 
Ramificada 
A 
B 
C 
D 
E 
F 
Cíclica 
 
A 
B 
C 
D 
Lineal 
X 
P 
Q 
W 
R Z 
Y 
Ramificada 
A 
B 
C 
D 
E 
F 
Cíclica 
“Conjunto de todas las reacciones que ocurren en la célula”
Algunas de estas reacciones son secuenciales 
(en las cuales el producto de una es reactivo de la siguiente) 
Cada conjunto de reacciones secuenciales se denomina RUTA O VÍA METABÓLICA
Pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas
Aquellas rutas metabólicas que poseen un G global < 0 (G de las reacciones) 
se dice que son cuesta abajo porque liberan energía y se denominan catabólicas. 
Las que poseen un G global > 0 se dice que son cuesta arriba porque requieren 
del aporte de energía y se denominan anabólicas. 
“Todas y cada una de las reacciones del metabolismo intermediario 
están catalizadas enzimáticamente” 
36
En condiciones celulares: 
PARA QUE UN PROCESO METABÓLICO 
Debe tener un GGLOBAL ACOPLADO < 0 
Debe estar catalizado enzimáticamente
De modo que: 
“Todos los proceso metabólicos pueden controlarse regulando la 
actividad de las enzimas que lo catalizan”
Pueda realizarse 
Ocurra en tiempos que permitan satisfacer 
las necesidades celulares
¿De qué manera se puede regular la actividad de las enzimas in vivo?
La actividad de las enzimas in vivo puede regularse por múltiples mecanismos, que pueden
tener un efecto positivo o negativo, según las necesidades celulares.
❑ Regulación de la expresión (síntesis de la enzima) a nivel transcripcional
Principales mecanismos reguladores:
❑ Degradación de la enzima
❑ Clivaje proteolítico → Algunas enzimas se sintetizan como precursores
inactivos (proenzimas o zimógenos), que se activan luego por el corte de
uno o más segmentos de la cadena polipetídica. Ej: todas las proteasas
digestivas se secretan en forma de zimógenos.
❑ Alosterismo
❑ Modulación covalente
ENZIMAS REGULADORAS
Enzimas capaces de cambiar de
conformación por la unión de ligandos
y modificar su capacidad catalítica.
37ENZIMAS REGULADAS POR MODIFICACIÓN COVALENTE
El cambio conformacional se da por la unión covalente de ligandos (los más frecuentes
grupos fosfato o acetilos) a restos específicos de aminoácidos. Esta unión puede tener un
efecto positivo o negativo, según la enzima.
La modificación covalente más común es la unión de grupos fosfato (fosforilación) a restos
de Ser, Thr o Tyr:
• El grupo fosfato es aportado por un nucleótido trifosfato
(ATP, GTP)
• La llevan a cabo las enzimas conocidas como quinasas
• La reacción inversa (eliminación del grupo fosfato) tiene
efecto contrario en la enzima y es llevada a cabo por las
enzimas conocidas como fosfatasas.
http://web.usal.es/~evillar/images/fosforilacion.jpg
38ENZIMAS ALOSTÉRICAS
Poseen, además del sitio activo, otro sitio denominado alostérico donde se unen por interacciones
débiles ligandos endógenos denominados moduladores alostéricos. La unión del modulador al sitio
alostérico ocasiona un cambio conformacional que puede disminuir o aumentar la actividad de la enzima.
Las enzimas reguladoras se ubican en lugares estratégicos de las vías metabólicas: al 
principio o en los puntos de ramificación: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A 
B 
C 
D 
 
X 
P 
Q 
W 
R Z 
Y 
 
39
Las enzimas reguladoras se encuentra ubicadas en puntos 
estratégicos en las vías metabólicas 
Retroalimentación negativa, retroinhibición o inhibición feedback
El producto final de la vía metabólica es modulador alostérico negativo de 
una enzima ubicada al principio de la vía o en los puntos de ramificación
[A] mM V0 
(M/min)
0 0
20 15
40 30
80 45
160 80
320 85
640 90
1280 90
La reacción A → B está catalizada por la E1. 
Se determinó la velocidad de la reacción utilizando una [E1] = 4nM y concentraciones 
crecientes de sustrato. Las incubaciones se realizaron en condiciones de pH y 
temperatura óptimas. Los resultados se presentan en la siguiente tabla:
a) ¿Cuál es el valor de Vmax y de Km para esta 
enzima?
b) ¿Qué valor de Vmax espera encontrar si repite las 
incubaciones utilizando una concentración de 
enzima de 8nM?
c) ¿Cuáles de los siguientes pares de valores para 
Vmax y Km esperaría encontrar si repite el 
experimento inicial pero en presencia de un 
inhibidor competitivo?
90 M/min; 80 mM
100 M/min; 80 mM
80 M/min; 80 mM
90 M/min; 40 mM
90 M/min; 100 mM
80 M/min; 100 mM
d) Idem ítem c) pero con un inhibidor no competitivo
90 M/min; 80 mM
100 M/min; 80 mM
80 M/min; 80 mM
90 M/min; 40 mM
90 M/min; 100 mM
80 M/min; 100 mM
180 M/min