Enzimas - fmv-uba.org.ar±o... · Una enzima es una proteína con propiedades catalíticas, elaborada por la célula, susceptible de ser regulada y que además presenta, como veremos

Enzimas Las funciones vitales de una célula implican la existencia de un gran número de procesos y vías metabólicas que consisten en secuencias de reacciones químicas que se llevan a cabo con la presencia de una serie de catalizadores orgánicos denominados Enzimas. Si las mismas reacciones tuvieran que realizarse sin la presencia de dichos catalizadores, las velocidades con las que ocurrirían serian tan lentas que serian incapaces de reconocer las necesidades fisiológicas de la célula. Una función tan compleja y específica como la de las enzimas, sólo podría ser cumplida por moléculas estructuralmente también tan complejas y susceptibles a la acción de diversos factores que modifiquen su actividad, como son las proteínas. Una enzima es una proteína con propiedades catalíticas, elaborada por la célula, susceptible de ser regulada y que además presenta, como veremos más adelante, un alto grado de especificidad. Como todo catalizador, aceleran notablemente la velocidad de una reacción química y cumple con las siguientes condiciones:

a) Son efectivas en cantidades pequeñas b) No sufren modificaciones ni cualitativas ni cuantitativas al final de la

reacción. Es decir deben quedar químicamente inalteradas. c) No afectan la posición de la reacción que catalizan. Es decir se llega

mucho más rápidamente al equilibrio, pero el mismo es igual al que se llegaría en ausencia del catalizador.

Pero además de cumplir estas condiciones propias de todos los catalizadores, las enzimas presentan una serie de características, derivadas de su naturaleza proteica que las diferencia netamente de los catalizadores inorgánicos:

a) Son termolábiles b) Presentan una mayor eficiencia. Entendiendo por eficiencia en este caso

al numero de moles de sustrato transformado por mol de catalizador en la unidad de tiempo

c) Presentan alta especificidad en relación a la naturaleza de la reacción que catalizan y al sustrato que utilizan.

d) Están sujetas a una gran variedad de controles celulares. Energía de activación Para que ocurra una reacción química en un sentido determinado debe producirse con un ΔG negativo, pero además debe producirse a una velocidad adecuada. Un valor negativo de ΔG no implica necesariamente que la reacción ocurra en ese sentido a

alta velocidad. Para que esto último ocurra es necesario que las moléculas del sistema estén en un estado especial de reacción denominado estado activado o excitado o de transición. Tal activación de las moléculas involucra cierta energía adicional que es necesario entregar al sistema antes de la reacción propiamente dicha. Esta energía adicional se denomina energía de activación (Ea). Una vez vencida esta barrera energética, el sistema reaccionaba de tal forma que se recobrará la energía de activación, liberándose la energía libre propia del sistema (ΔG). La forma de actuar de un catalizador y en particular de las enzimas es, como la de todo catalizador, disminuyendo la energía de activación lo cual se traduce en un incremento de la velocidad de la reacción. El catalizador (enzima) se combina con los reactantes (sustratos) para formar un complejo intermedio en un estado de transición (complejo enzima-sustrato) que posee una energía libre menor que la que caracteriza al estado de transición de la reacción no catalizada, por lo que es mas fácil vencer la barrera presentada por la energía de activación. Una vez que los productos de la reacción se han formado se desprenden del catalizador el que queda libre para comenzar un nuevo ciclo catalítico. Otra forma de proveer al sistema químico de la energía de activación necesaria es calentando el sistema con lo cual aumenta la energía de las moléculas. Pero, los organismos vivientes no pueden recurrir a cambios en la temperatura para acelerar sus procesos metabólicos ya que las altas temperaturas que se requerirían serian incompatibles con la vida. Por esa razón, los organismos vivientes deben recurrir a las enzimas que actúan como catalizadores para disminuir el valor de la Ea correspondiente. Por otra parte si las reacciones biológicas importantes pudieran realizarse sin las enzimas, la célula no podría ejercer ningún control sobre las velocidades respectivas perdiéndose total posibilidad de que, como se dijo anteriormente, los distintos procesos metabólicos actúen en forma concertada. Centro activo de las enzimas Anteriormente se había mencionado que una de las características más importante de las enzimas es su alto grado de especificidad. Esa idea de especificidad esta relacionado con la interacción de la enzima con el sustrato. El mecanismo de acción catalítico de un enzima radica en su estructura terciaria tridimensional que va hacer que la enzima sea específica para el sustrato sobre el que actúa. La unión enzima-sustrato se produce mediante fuerzas intermoleculares de carácter débil que tienen lugar en la zona específica del enzima que se denomina centro activo. Es una zona relativamente pequeña y restringida de la enzima que posee estructura

G (

cal/m

ol)

S

P

sin enzimacon

enzima

Estado activado

Grado de avance de la reacción

Ea sin enzima

Ea con enzima

ΔG

G (

cal/m

ol)

S

P

sin enzimacon

enzima

Estado activado

Grado de avance de la reacción

Ea sin enzima

Ea con enzima

ΔG

tridimensional en forma de hueco. Es donde actúan las cadenas laterales de los aminoácidos de fijación y catalíticos. El centro activo del enzima es el responsable directo de la acción catalítica y específica del enzima, aunque el resto de la molécula de la enzima (constituida por los aminoácidos estructurales) también tiene importancia en el mantenimiento de todo el conjunto. . Este centro activo es pues una zona relativamente pequeño y restringido de la molécula proteica constituida por los grupos laterales de ciertos aminoácidos de la cadena polipeptídica capaces de combinarse con diferentes partes de la molécula del o los sustratos y cofactores. Así permiten una adaptación más o menos exclusiva de los mismos. A esos grupos responsables de la unión del sustrato a la enzima se los denomina sitios de unión. En la siguiente figura se muestra un diagrama de la enzima fructosa 2,6 difosfatasa (celeste claro) y la relación existente entre el sustrato (azul) y los aminoácidos que conforman el centro activo de la enzima. Los grupos laterales responsables de la actividad catalítica

propiamente dicha reciben el nombre de sitios catalíticos. En algunos casos esos grupos pueden corresponder a los grupos prostéticos de los cuales hablaremos más adelante. Los grupos que constituyen el centro activo, quizás situados bastante lejos unos de otros en la secuencia proteica, se aproximan y adoptan la configuración característica del mismo. Por esa causa aquellos factores que hacen que la enzima pierda su estructura terciaria nativa (por ejemplo en la desnaturalización proteica) se produce una alteración profunda del centro activo, y conducen a la pérdida de la actividad enzimática.

Agentes auxiliares o Cofactores Algunas enzimas dependen para ser activas solamente de su estructura proteica. Mientras que otras necesitan además estructuras no proteicas, denominados cofactores. Los cofactores puede ser un ión metalico o bien una molécula orgánica compleja llamada coenzima. El complejo enzima –cofactor cataliticamente activo recibe el nombre de HOLOENZIMA. Cuando se separa el cofactor, la proteína restante, que por si misma es inactiva catalíticamente, se denomina APOENZIMA.

Recordar. Unidad funcional: Holoenzima Apoenzima (proteína) + grupo prostético o cofactor Parte proteica de una enzima: Apoenzima, No tiene actividad catalítica.

Cofactores. - Iones metálicos. La forma en que dichos iones actúan en el proceso catalítico es más o menos compleja y es imposible indicar un modo de acción común a todos ellos. Cuando las enzimas requieren cationes para actuar, el requerimiento es estricto ya que en su ausencia la actividad es prácticamente nula. También los aniones pueden actuar con ciertas enzimas como activadores, por ejemplo: sulfato, fosfato, cloruro, etc.

COFACTORES (iones) ENZIMAS

Zn2+ Alcohol deshidrogenasa Anhidrasa carbónica

Mg2+ Hexoquinasa Glucosa 6 fosfatasa Piruvato quinasa (junto con K+)

Mn2+ Arginasa Ribonucleótido reductasa

Fe2+o Fe2+ Citocromos Peroxidasa Catalasa

Cu2+ Tirosinasa Citocromo oxidasa

Ni2+ ureasa Se Glutation peroxidasa K+ Piruvato quinasa (junto con Mg2+)

Na+ ATPasa (junto con Na+ y Mg2+) - Coenzimas Son moléculas orgánicas de estructura más o menos compleja que intervienen en la reacción generalmente como transportadores de algún grupo químico. Se unen muy débilmente a la enzima, por lo tanto son fácilmente disociables. El proceso de asociación-disociación es siempre reversible. Algunas coenzimas están unidas a la molécula de la enzima, y reciben entonces el nombre de grupos prostéticos. Están fuertemente unidos a la proteína, a veces por uniones covalentes. Son de difícil disociación y cuando esto ocurre, la enzima pierde su actividad.

Es interesante hacer notar que muchos grupos prostéticos y coenzimas están estructuralmente relacionados con las denominadas vitaminas. Estas sustancias son utilizadas en el organismo en esos casos como precursores de las coenzimas y grupos prostéticos respectivos, y como el organismo carece de la capacidad de sintetizarlas deben se administradas en la dieta.

Especificidad enzimática Se había mencionado anteriormente que una de las características distintivas que presentan las enzimas con respecto a los catalizadores inorgánicos era su alto grado de especificidad. Es ésta, una propiedad de notable significación biológica, pues es la que hace posible la coexistencia de diversas vías metabólicas perfectamente diferenciadas. Debemos entender por especificidad enzimática a la limitación de acción de cada enzima hacia un sustrato determinado (o un grupo de sustratos estructuralmente relacionados) y en relación a una reacción química perfectamente definida. Así por ejemplo una enzima capaz de hidrolizar las uniones glicosídicas presentes en un polisacárido como el almidón, es incapaz de hidrolizar las uniones peptídicas de una proteína y viceversa. Más aún, una enzima como la α-amilasa pancreática, principal responsable de la degradación del almidón y el glucógeno en el tracto gastrointestinal, actúan hidrolizando las uniones α,1-4 glicosídicas de las mencionadas sustancias liberando unidades del disacárido maltosa y es incapaz de hidrolizar a esta última en dos moléculas de glucosa a pesar de que la unión también es α,1-4 glicosídica. Esa función es llevada a cabo exclusivamente por otra enzima de origen intestinal, la maltasa. Si bien todas las enzimas exhiben la propiedad de su especificidad, el grado de especificidad puede variar de una enzima a otra. Así por ejemplo algunas poseen especificidad absoluta. Estas enzimas tan solo pueden ejercer su acción sobre un sustrato determinado (o un par de sustratos, si la reacción es bimolecular, donde la enzima utiliza dos sustratos). Como ejemplo podemos

Coenzima o grupo prostético

Vitamina de la que deriva

ENZIMA

NAD y NADP nicotinamida, o vitamina B3

Deshidrogenasas

FAD y FMN riboflavina o vitamina B2

Deshidrogenasas

piridoxal fosfato vitamina B6 Transaminasas glucógeno fosforilasa

pirofosfato de tiamina

tiamina o vitamina B1 α-cetoglutárico decarboxilasa piruvato decarboxilasa

Biotina biotina Piruvato carboxilasa Acetil-CoA carboxilasa

ácido tetrahidrofólico ácido fólico Actúa como transportador intermediario de grupos con un átomo de carbono (formilo, metenilo y metileno)

Coenzima A ácido pantoténico o vitamina B5

Transferencia de grupos acetilo pirúvico decarboxilasa.

mencionar a la ureasa, enzima que desdobla específicamente a la urea en amoníaco y CO2.

Ureasa

NH2-CO-NH2 + H2O → CO2 + 2NH3

y la succinato deshidrogenasa que oxida exclusivamente al ácido succínico para dar ácido fumárico. Esta última enzima es una flavoproteína que contiene FAD covalentemente unido el cual también actúa específicamente en la reacción como aceptor de hidrógeno

succinato deshidrogenasa Succinato + enzima-FAD ↔ fumarato + enzima-FADH2

En algunos casos de reacciones bimoleculares, la enzima es altamente específica para uno de los sustratos de la reacción y no para el otro. Por ejemplo el caso del alcohol deshidrogenasa que es específica para la coenzima NAD, pero no es tan específica con respecto al otro sustrato que puede ser un gran número de alcoholes primarios, secundarios o polialcoholes como el etilenglicol.

alcohol deshidrogenasa Alcohol + NAD ↔ aldehido (o cetona) + NADH + H+

Otras enzimas presentan especificidad de reacción Es decir son específicas en relación al tipo de reacción que catalizan pero no lo son tanto con respecto al sustrato involucrado. A este grupo de enzimas pertenecen algunas enzimas hidrolíticas entre las cuales podemos mencionar como ejemplo a la fosfomonoestearasa alcalina que cataliza específicamente hidrólisis de ésteres fosfóricos de acuerdo a la reacción general, independientemente del carácter del grupo R.

fosfomonoestearasa alcalina R-O-PO3

2- + H2O ↔ R-OH + PO4H2-

Por último debemos mencionar aquellas enzimas que actúan con sustratos que pueden existir en dos formas isoméricas (ya se trate de isómeros ópticos o geométricos). En esos casos la enzima actúa preferentemente sobre uno de los isómeros y no sobre el otro.

Por ejemplo existen dos enzimas capaces de

desanimar oxidativamente a los aminoácidos para dar los

cetoácidos respectivos

(aminoácido oxidasa).

Una de ellas actúa específicamente con los L-aminoácidos mientras que la otra lo hace exclusivamente con los D-aminoácidos. Expresión de las concentraciones enzimáticas La detección de una enzima en un medio biológico, involucra dos aspectos, uno cualitativo y otro cuantitativo. Primero se debe poner de manifiesto la presencia en el medio de la enzima en estudio para en caso afirmativo determinar la cantidad en que se halle presente. Para lo primero, se recurre a la determinación de la reacción específica por ella catalizada. Para ello se hace actuar alícuotas del medio en que se supone existe la enzima sobre el o los sustratos específicos en condiciones determinadas y se observa la transformación de los mismos en los productos correspondientes. En cuanto a la cantidad de enzimas presente, como en la mayoría de los casos es imposible determinar la cantidad de la misma en términos absolutos (miligramos o micromoles de enzima) ya que por lo general se trata de medios que contienen una mezcla compleja de diversas proteínas además de la enzima en estudio. Por lo tanto, se recurre a la medida de la velocidad de la reacción catalizada por la misma. Se entiende por velocidad de una reacción química a la cantidad de reactivos que se transforman en producto en la unidad de tiempo, en condiciones óptimas. Ello es posible gracias al hecho de que en condiciones adecuadas de medida, la velocidad de la reacción es directamente proporcional a la cantidad de enzima, por lo menos en un rango determinado. De esta manera es posible expresar la cantidad de una enzima en términos de unidades enzimáticas, entendiéndose por unidad de una enzima, la cantidad de la misma que produce una cierta velocidad de reacción bajo óptimas condiciones. Esa velocidad de reacción se expresa como la cantidad de sustrato transformado en cierto tiempo. Para evitar ambigüedades en la utilización de distintas unidades, se ha definido por convención una unidad que puede ser aplicada a todas (o casi todas) las enzimas, y que permite comparar las actividades de enzimas diferentes. La definición recomendada es la siguiente: Una unidad internacional (UI) de cualquier enzima, es la cantidad de la misma que cataliza la transformación de un micromol (μmol) de sustrato por minuto bajo condiciones definidas.

UI = μmol / min

cantidad de enzima0 E1 E2 E3 E4 E5

velo

cida

dde

reac

ción

0

V1

V2

V3

V4

V5

cantidad de enzima0 E1 E2 E3 E4 E5

velo

cida

dde

reac

ción

0

V1

V2

V3

V4

V5

Existe otra unidad denominada Katal que se define como la cantidad de enzima que transforma un mol de sustrato en producto en un segundo

Katal = mol / seg

En cuanto a las mencionadas condiciones ``optimas`` de medida, debe establecerse la temperatura a la cual se define la unidad, además del pH del medio de reacción, la concentración del o los sustratos y cofactores, etc. Es necesario establecer estrictamente las condiciones de medida, debido al hecho de que todos los factores mencionados inciden en forma notable sobre la actividad enzimática tal como se verá a continuación. Efecto de la temperatura Cuando se estudia la variación de la actividad de una enzima en función de la temperatura y los resultados se representan en un sistema de coordenadas cartesiana, se obtienen gráficos del tipo observado en la figura siguiente.

Este tipo de curva es la resultante de dos factores fundamentales. En primer lugar, las reacciones químicas, catalizadas o no, aumentan su velocidad al aumentar la temperatura. Pero en el caso particular de las reacciones catalizadas por enzimas ese aumento tiene un límite. Debido a su naturaleza proteica, por encima de cierta temperatura (variable con cada enzima) las mismas comienzan a desnaturalizarse convirtiéndo ese proceso de inactivación térmica en un factor más importante que el del incremento de la velocidad de la

reacción. Por esa causa todas las enzimas exhiben una temperatura, o un rango de temperaturas, a la cual la velocidad de la reacción catalizada es máxima y se la denomina temperatura óptima. Para las enzimas de animales de sangre caliente la temperatura óptima está por lo general comprendida entre 25º y 37ºC. Esta temperatura es lo suficientemente alta como para dar una actividad razonable, y lo suficientemente baja como para evitar la desnaturalización térmica de la mayoría de éllas. Efecto del pH En general, cada enzima es activa tan sólo en un ámbito de pH más o menos restringido y en la mayoría de los casos presenta un pH óptimo definido, es decir un pH para el cual la actividad es máxima. A partir de ese punto hacia un lado y hacia el otro la actividad disminuye. La curva de actividad enzimática en

función del pH adopta, en general, una forma característica de campana tal como se muestra en el ejemplo de la figura siguiente. Tanto el ámbito del pH dentro del cual es activa una enzima así como su pH óptimo son características de cada enzima y se adaptan a las condiciones fisiológicas en las cuales la misma debe actuar. Así la pepsina, enzima proteolítica del jugo digestivo tiene un pH óptimo de 1,5 a 2,5 mientras que la tripsina, enzima también proteolítica pero de origen pancreático y que actúa a nivel de la luz intestinal, tiene un pH óptimo de 9 a 11. Es de hacer notar que no todas las enzimas presentan una curva de pH de tipo campana tan característica. Por ejemplo, la papaína, una enzima fuertemente proteolítica que se encuentra en el fruto de la papaya, tiene una actividad constante en el ámbito 4 a 9, y la colinesterasa, enzima que en el tejido nervioso hidroliza a la acetil colina, mediadora del impulso nervioso, en ácido acético y colina, no presenta la rama descendente de la curva pH. La dependencia de la actividad enzimática con el pH puede atribuirse a una serie más o menos compleja de factores entre los cuales podemos mencionar a los siguientes: 1) Ionización directa de los residuos de aminoácidos presentes en el centro activo, 2) El pH puede alterar el o los sustratos responsables de la reacción química, por lo tanto también en esos casos la formación del complejo enzima-sustrato será dependiente el pH. 3) También pueden modificarse los grupos de la cadena laterales de los aminoácidos de la proteína, esto trae aparejada la posible modificación de su estructura espacial de tal manera que facilite o dificulte su unión con el sustrato. Fuerza iónica La fuerza iónica de una solución esta relacionada con la cantidad y el tipo de iones presentes en la misma. Como ya mencionamos anteriormente, fundamentalmente algunos cationes son necesarios en el centro activo de algunas enzimas para su normal funcionamiento.

Velo

cida

dde

reac

ción

(%)

Efecto de la concentración del sustrato Este es uno de los factores más importantes que determinan la velocidad de las reacciones enzimáticas. En la mayoría de los casos, cuando se representa esta última en función de la concentración de sustrato, manteniendo la concentración de la enzima, pH, temperatura y fuerza iónica constante, se obtienen curvas hiperbólicas tal como se indica en la figura siguiente.

En dicha curva puede observarse que para valores muy pequeños de la concentración del substrato (S), la velocidad de la reacción (Vo) es directamente proporcional a S. Es decir al duplicarse o triplicarse la concentración del sustrato se duplica o triplica respectivamente la velocidad de la reacción. Al seguir aumentando (S), el incremento de (v) deja de ser lineal y la velocidad va haciéndose cada vez menor hasta que llega un momento en que permanece constante, es decir, no aumenta por

más que se incremente (S). A la velocidad alcanzada en ese momento se la denomina velocidad máxima de la reacción (Vmáx) para esa cantidad de enzima y sólo puede ser aumentada aumentando la concentración de la enzima. Basándose en este fenómeno, Michaelis y Menten enunciaron en 1913, una teoría general de la acción enzimática que fue la base del desarrollo posterior de la moderna cinética enzimática. En esa teoría se adoptó la primitiva sugestión hecha por Henri de 1902, de que la enzima forma primero un complejo con su sustrato el cual se desdobla subsecuentemente en la enzima libre y los productos de la reacción. Esquemáticamente el mecanismo de la reacción podría representarse en la siguiente forma:

E + S ↔ E–S ↔ E + P En las cuales E, representa a la enzima; S, al sustrato; E-S al complejo enzima-sustrato y P y el producto o los productos. Mediante un desarrollo matemático de dichas ecuaciones Michaelis y Menten dedujeron una ecuación que relaciona cuantitativamente la velocidad iniciales de la reacción (Vo) con la concentración de sustrato (S) y que concuerda perfectamente con los datos experimentales. La ecuación, conocida con el nombre de Michaelis-Menten es la siguiente:

V max x (S) Vo = ----------------- K m + (S)

Vmáx es la velocidad máxima a que hemos hecho referencia y que es un valor constante para cada concentración de enzima y Km es una nueva constante denominada constante de Michaelis, depende del sustrato y es independiente de la concentración de enzima y a cuyo significado nos referiremos más adelante. Un ligero análisis de la ecuación de Michaelis-Menten nos permitirá comprobar como la misma se adapta a la curva experimental observada. Si analizamos la zona de la curva para la cual la concentración de sustrato es muy pequeña con respecto al valor del Km, el valor de Km + (S) del denominador se hace muy aproximadamente igual a Km. Esto indica que Vo es directamente proporcional a (S) y ese trozo de la curva será muy aproximadamente una recta como se indicó oportunamente.

A la inversa, para concentraciones de S muy grandes con respecto a Km, el denominador Km + (S) será ahora muy aproximadamente igual a (S). Así se obtiene un valor constante e igual a la velocidad máxima. En esas condiciones toda la enzima presente está formada del complejo enzima-sustrato: se dice que el sustrato está en condiciones saturantes o que la enzima está saturada. Veamos ahora que velocidad obtendrá cuando se toma un valor de (S) igual al valor de la constante Km. Para ello reemplacemos en la ecuación de Michaelis-Menten (S) por Km. Es decir que ahora le podemos asignar a Km un significado experimental inmediato: es la concentración del sustrato para la cual la velocidad de la reacción es la mitad de la velocidad máxima. Tiene una importancia fisiológica muy grande ya que cuando una enzima tiene un valor muy pequeño del Km para un dado sustrato significa que con una concentración muy baja de dicho sustrato se puede alcanzar la saturación de la enzima. Desde otro punto de vista, se considera al Km como una medida indirecta e inversa de la afinidad de la enzima por el sustrato. Es decir, cuanto menor es el valor de Km mayor será la afinidad de la enzima por el sustrato y viceversa a un valor muy grande del Km corresponderá una afinidad muy pobre de la enzima por el sustrato. El conocimiento de los valores del Km es muy útil por ejemplo en los casos de enzimas que tienen una especificidad no muy estricta, es decir que pueden actuar sobre más de un sustrato al permitir tener una indicación de hacia cual de ellos va a tener mayor afinidad y actuar en esa forma preferentemente. Así la hexoquinasa de cerebro, enzima que como se verá oportunamente puede actuar sobre varias hexosas catalizando su fosforilación con ATP, para dar sus ésteres 6-fosfato correspondientes, tiene distinta afinidad por cada uno de ellas según se desprende del análisis de los valores de las Km respectivas indicadas a continuación.

(S) < Km (S) = Km (S) > Km

V max x (S) Vo = -------------------

Km

V max x Km V max Vo = ------------------- = ------------- K m + K m 2

Vo = V máx

Es evidente que su afinidad por glucosa y manosa es muchísimo mayor que sobre fructosa y galactosa. También puede darse el caso de dos enzimas distintas que pueden catalizar una reacción semejante como por ejemplo la ya mencionada hexoquinasa cerebral y la glucoquinasa hepática. Ambas enzimas catalizan la

formación de glucosa-6-fosfato a partir de glucosa. Mientras que la hexoquinasa tiene un Km hacia la glucosa de 1 x 10-4 M, el de la glucoquinasa (hepática) es 1 x 10-2 M, es aproximadamente 100 veces mayor. Si se tiene en cuenta además el valor de la concentración de glucosa

en sangre (3.8 a 6.1 mM) se puede deducir que, en condiciones normales la hexoquinasa cerebral estará saturada de su sustrato y por lo tanto actuará a su máxima velocidad. En cambio la actividad de la glucoquinasa hepática sólo será significativa cuando la concentración de glucosa se eleve

por encima de lo normal, cuando hay una ingesta considerable de glúcidos dietarios. Los casos mencionados ejemplifican además otra característica de las enzimas con respecto a los Km y es que enzimas similares pero de distintos órganos pueden diferenciarse en la afinidad hacia el mismo sustrato como ocurre con las hexoquinasas de cerebro e hígado ya mencionadas. Esas enzimas que catalizan la misma reacción y pertenecen a la misma especie, pero se distinguen en algún parámetro cinético o estructural, se denominan isoenzimas. Debemos mencionar que también el conocimiento de las Vmáx puede aportar datos útiles para la evaluación de la importancia fisiológica de una dada enzima ya que conjuntamente con el conocimiento del Km (o de los Km) si la reacción involucra más de un sustrato, nos permitirá determinar cuan efectivamente la misma está funcionando en los tejidos de un organismo vivo. Establecida la importancia de ambos parámetros (Km y Vmáx) veamos ahora como pueden determinarse fácilmente por un método gráfico. Para ello hallemos la inversa de la ecuación de Michaelis-Menten. V máx x (S) Vo = ---------------- Km + (S)

Hexosa Km (M)

Glucosa 8 x 10-6

Manosa 5 x 10-6

Fructosa 1,6 x 10-3

Galactosa 1 x 10-1

Km + (S) Km (S) 1/v = ---------------- = ---------------- + ---------------- Vmáx x (S) Vmáx x (S) Vmáx x (S)

Km 1 1 1/Vo = ---------- x ------- + -------- Vmáx (S) Vmax

Esta ecuación conocida con el nombre de ecuación de Lineweaver y Burk corresponde a la ecuación de una recta del tipo y = a x X + b, en la cual y = 1/v; X = 1/[S]; a = Km/Vmax; b = 1/Vmax Midiendo las velocidades enzimáticas para distintas concentraciones de sustrato y representando gráficamente 1/v en función de 1/[S] se obtendrán rectas tal como se indica en la figura siguiente. Es fácil demostrar que la intersección de la recta con el eje de las ordenadas será igual a 1/Vmáx y la intersección con el eje de las abscisas corresponderá a (-1/Km), por lo tanto una vez trazada la recta podremos obtener directamente del gráfico los valores correspondientes de Km y Vmax. Cuando se trata de reacciones con dos o más sustratos es necesario determinar los Km para cada uno de ellos. Para esto se agregan los otros en exceso (concentraciones saturantes) y se varía tan solo la de aquel cuyo Km se quiere determinar.

1/(S)

1/Vo

Pendiente = Km/Vmáx1/Vmáx

-1/Km1/(S)

1/Vo

Pendiente = Km/Vmáx1/Vmáx

-1/Km

Curiosidades (este recuadro es a titulo informativo, no sera incorporado al parcial). MAUD LEONORA MENTEN. Maud Menten nació en Port Lambton, Ontario, Canadá, el 20 de marzo de 1879. Se graduó en la universidad de Toronto en 1913. Menten fue una de las primeras mujeres canadienses doctoradas en medicina. Dos años más tarde ella y Leonor Michaelis publicaron un artículo que describía la relación entre el índice de una reacción enzima y de la concentración del substrato de la enzima. La ecuación de Michaelis-Menten dio a los científicos una manera de la cual podrían analizar matemáticamente sus observaciones y descripciones de reacciones biológicas. Menten continuó su carrera brillante como patólogo en la universidad de Pittsburgh a partir de 1918, publicando extensivamente en temas médicos y bioquímicos. Sus muchos logros incluyeron co-descubrimientos importantes referentes el azúcar de la sangre, la hemoglobina y a las funciones del riñón. Publicó en 1944 el qué puede ser el primer uso de la electroforesis en la separación de las proteínas. Entre 1951 y 1954 ella condujo la investigación de cáncer en la Colombia británica. Maud Menten era una mujer interesada en muchas cosas, incluyendo idiomas, música, y las bellas artes. Realizó exposiciones de pintura con otros artistas de Pittsburgh. Volvió a Ontario seis años antes de su muerte, el 20 de julio de 1960 en Leamington. LEONOR MICHAELIS. Fue un bioquímico y médico famoso nacido en Alemania. Nacio el 16 de enero de 1875, estudió medicina en Friburgo de Brisgovia, donde se graduó en 1897. Luego se mudó a Berlín, donde recibió su doctorado. Michaelis trabajó como asistente de Paul Ehrlich (1898-1899), Moritz Litten (1899-1902) y Ernst Viktor von Leyden (1902-1906). En 1906 comenzó como director del laboratorio de bacteriología en el hospital de la Charité en Berlín, convirtiéndose en profesor extraordinario en la Universidad de Berlín en 1908. En 1922 se trasladó a la Facultad de Medicina de la Universidad de Nagoya (Japón) como profesor de bioquímica; en 1926 a la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland como profesor residente en la investigación médica y en 1929 el Instituto Rockefeller de Investigación Médica de Nueva York Ciudad, donde se retiró en 1941. Además de su papel en la formulación de la ecuación Michaelis-Menten (1913) descubrió la tincion vital de la mitocondria con verde Jano como y el cuerpo de Michaelis-Gutmann en infecciones del tracto urinario (1902) y encontró que el ácido tioglicólico podría disolver la queratina.Murió el 8 de octubre de 1949 en Nueva York.