Enzimas: Cinética, Inhibición y Regulación

1. Cinética Enzimática

Cinética Michaeliana

La cinética enzimática estudia la velocidad a la que transcurren las reacciones catalizadas por enzimas y deduce, a partir de determinados parámetros, la actividad de la enzima, su afinidad por el sustrato y los mecanismos a través de los cuales lleva a cabo la catálisis.

La cinética de Michaelis-Menten describe cómo la velocidad (V) de una reacción enzimática aumenta linealmente conforme se eleva la concentración de sustrato (S) hasta alcanzar la velocidad máxima (Vmax). Una enzima con un valor de Km mayor muestra menor eficacia catalítica. Mayor velocidad implica mayor concentración de sustrato.

La enzima se satura, pero hasta ese momento sigue una cinética lineal (velocidad proporcional a la concentración de sustrato) representada por una curva hiperbólica. Las curvas pueden tener distintas pendientes.

Se describe por dos variables:

• Velocidad máxima (Vmax): la mayor cantidad de unidades de sustrato que puede transformar una enzima por unidad de tiempo.
• Km (Constante de Michaelis-Menten): concentración del sustrato a la que se alcanza una velocidad semimáxima. En la práctica, mayor Km significa menor afinidad del enzima por el sustrato, menor reactividad y menor poder catalítico. Dos enzimas que compiten por el mismo sustrato, la que tenga menor Km se unirá a él con mayor afinidad.

Km expresa la afinidad del enzima por el sustrato. A menor Km, mayor afinidad.

2. Cinética Monosustrato y Bisustrato

La cinética bisustrato tiene dos formas:

• Mecanismo secuencial: los sustratos entran de forma secuencial. Primero se une la enzima a un sustrato, se produce la reacción enzimática y se liberan los productos.
• Mecanismo Ping Pong: propio de las transaminasas. La enzima, después de unir el primer sustrato, lo modifica y lo libera como producto, quedando la enzima transformada transitoriamente. Esta enzima transformada puede unirse al segundo sustrato. Al final de la reacción, la enzima vuelve a su estado original.

3. Inhibición Enzimática

Existen tres tipos principales de inhibición reversible:

• Competitiva: el inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, impidiendo la fijación del sustrato. Un fármaco o metabolito compite con el sustrato.
• No competitiva: el inhibidor se fija a la enzima en un sitio distinto al centro activo, independientemente de la presencia del sustrato. El inhibidor no impide la fijación del sustrato, pero sí impide la acción catalítica.
• Acompetitiva: el inhibidor se une al complejo enzima-sustrato, impidiendo la liberación del producto y la acción catalítica.

También existe la inhibición irreversible, donde la unión del inhibidor altera permanentemente la enzima, inactivándola. Un subtipo es la inhibición irreversible suicida, donde la enzima transforma una molécula en tóxica para sí misma, inactivándose.

4. Centro Activo, Centro Regulador y Alosterismo

El alosterismo se basa en la presencia de un centro regulador (o alostérico) distinto del centro activo. El centro alostérico modula la actividad del centro activo.

Las moléculas que se unen al centro alostérico pueden ser:

• Homotópicas: el sustrato actúa sobre el centro activo y el centro regulador.
• Heterotópicas: el sustrato actúa sobre el centro activo y otra molécula moduladora actúa sobre el centro regulador. Estas moléculas moduladoras pueden ser activadoras o inhibidoras.

En ausencia del modulador negativo, el sustrato se fija al centro activo. Si un inhibidor ocupa el centro alostérico, el cambio conformacional en el centro activo impide la fijación del sustrato.