Optimización de la Actividad Enzimática: Cinética y Factores Clave

Cinética Enzimática y Factores que Afectan la Actividad

Cinética Enzimática

Al aumentar la concentración de sustrato, también aumenta la velocidad de la reacción. Esto es lógico, ya que mientras exista enzima libre, a mayor número de moléculas de sustrato, más moléculas de producto aparecerán. Sin embargo, llega un punto en que la velocidad no varía, alcanzándose una **velocidad máxima**. Esto corresponde a la inexistencia de moléculas de enzima libres, pues todas están ocupadas por sustrato formando complejos ES.

La etapa limitante es la más lenta, y corresponde a la unión del sustrato al centro activo para formar el complejo ES, un proceso reversible.

Es preciso conocer la concentración de enzima libre y la concentración de enzima que forma el complejo ES. Cuando la velocidad de la reacción es la mitad de la máxima, el número de moléculas de enzima libres es igual al de moléculas de enzima ocupadas: [E]=[ES].

La constante se denomina **constante de Michaelis-Menten** (Km) y es la concentración de sustrato para la cual la reacción alcanza la velocidad submáxima.

Cuanto menor sea su valor, mayor afinidad tendrá la enzima por el sustrato, alcanzándose antes la velocidad submáxima. Del grado de afinidad depende la velocidad de la enzima.

Factores que Influyen en la Velocidad de las Reacciones Enzimáticas

• Concentración del sustrato: Al aumentar la concentración de sustrato, existen más centros activos ocupados, y la velocidad de la reacción aumenta hasta que no quedan centros activos libres. Un aumento adicional de la concentración del sustrato no supone un aumento de la velocidad de la reacción.
• pH: Cada enzima tiene un pH óptimo de actuación. Los valores por encima o por debajo de este valor provocan un descenso de la velocidad enzimática, debido a cambios en la carga eléctrica de los radicales de los aminoácidos que constituyen el centro activo. El acoplamiento del sustrato al centro activo se verá dificultado y la velocidad de la reacción disminuye. Por debajo de un pH mínimo y por encima de un pH máximo, se produce la desnaturalización de la enzima.
• Temperatura: Existe una temperatura óptima en la que la actividad enzimática es máxima. Las temperaturas inferiores disminuyen la vibración molecular, lo que hace más lento el proceso. Las temperaturas superiores pueden provocar la desnaturalización de la enzima y la pérdida total de su funcionalidad.

Mecanismos para Aumentar la Eficacia Enzimática

Los procesos metabólicos se componen de secuencias de reacciones encadenadas que constituyen las rutas metabólicas, y el producto final es el sustrato de la siguiente.

Para que las reacciones se produzcan de una forma óptima, existen diversos mecanismos:

• Compartimentación celular: Las enzimas en algunos procesos metabólicos se localizan en estructuras membranosas del citoplasma celular, donde se encuentran en mayor concentración que si estuvieran dispersas por el citoplasma. Se asegura la consecución del proceso y el mantenimiento de unas condiciones ambientales de pH, concentración de iones, etc. Esta es la ventaja de la presencia de orgánulos citoplasmáticos en las células eucariotas.
• Reacciones en cascada: Si el producto de una reacción actúa como coenzima de otra reacción, cuyo producto es la enzima de una nueva reacción, la eficacia de la actividad enzimática es mayor, ya que el número de moléculas obtenidas aumenta en cada paso.
• Complejos multienzimáticos: La agrupación de las enzimas que llevan a cabo reacciones consecutivas de una ruta metabólica en un complejo único permite realizar el proceso completo con rapidez, ya que nada más obtener un producto, este puede actuar como el sustrato de una reacción nueva al estar en contacto con la enzima correspondiente, lo cual favorece su acceso inmediato al centro activo.
• Existencia de isoenzimas: Aparecen moléculas enzimáticas (isoenzimas) que, aun teniendo la misma acción catalítica, poseen diferentes estructuras, lo que hace que su velocidad sea distinta. Se localizan en aquellos órganos donde se precisa una determinada velocidad.