1Factores que determinan la actividad enzimática
La velocidad de una reacción catalizada por enzima depende de varios factores simultáneos:
- Concentración del sustrato: a mayor [S], mayor velocidad, hasta un punto de saturación (ver sección siguiente).
- Concentración de la enzima: a mayor [E], mayor velocidad máxima alcanzable.
- Temperatura: aumenta la velocidad hasta un óptimo, más allá del cual la desnaturalización proteica (pérdida de la estructura terciaria, capítulo I.4) reduce abruptamente la actividad.
- pH del medio: cada enzima tiene un pH óptimo, determinado por el estado de ionización de los residuos catalíticos de su centro activo.
- Presencia de activadores o inhibidores: desarrollado en las secciones 3-4.
2Ecuación de Michaelis-Menten
Para una enzima con cinética hiperbólica simple (la mayoría de las enzimas no reguladoras), la relación entre la concentración de sustrato [S] y la velocidad inicial de reacción (v) sigue la ecuación de Michaelis-Menten:
| Ecuación | Variables |
|---|---|
| v = (Vmax × [S]) / (Km + [S]) | Vmax: velocidad máxima, alcanzada cuando toda la enzima está saturada de sustrato · Km: constante de Michaelis · [S]: concentración de sustrato |
| Parámetro | Significado |
|---|---|
| Km (constante de Michaelis) | La concentración de sustrato a la cual v = Vmax/2 — un índice inverso de la afinidad de la enzima por su sustrato: una Km baja indica alta afinidad (la enzima se satura con poco sustrato); una Km alta indica baja afinidad |
| Vmax | Depende directamente de la concentración de enzima presente — a más enzima, mayor Vmax, sin cambiar la Km (que es una propiedad intrínseca de esa enzima por ese sustrato) |
A concentraciones de sustrato muy bajas ([S] << Km), la velocidad es aproximadamente proporcional a [S] (cinética de primer orden); a concentraciones muy altas ([S] >> Km), la velocidad se aproxima a Vmax y se vuelve prácticamente independiente de [S] (cinética de orden cero, la enzima está "saturada") — esta distinción entre molecularidad (número de moléculas que participan en un paso elemental) y orden de reacción (cómo la velocidad depende experimentalmente de la concentración) es relevante porque no siempre coinciden.
3Tipos de inhibición enzimática
Un inhibidor reduce la actividad de una enzima. La inhibición reversible se clasifica según cómo afecta a Km y Vmax:
| Tipo | Mecanismo | Efecto sobre Km | Efecto sobre Vmax |
|---|---|---|---|
| Competitiva | El inhibidor compite con el sustrato por el centro activo (suele parecerse estructuralmente al sustrato) | ↑ (aparente — se necesita más sustrato para alcanzar la misma v) | Sin cambio (con suficiente sustrato, se puede desplazar al inhibidor y alcanzar la misma Vmax) |
| No competitiva | El inhibidor se une a un sitio distinto del centro activo (a menudo el sitio alostérico), en la enzima libre o en el complejo ES, sin competir por el mismo sitio que el sustrato | Sin cambio | ↓ (no se puede alcanzar la Vmax original, sin importar cuánto sustrato se agregue) |
| Acompetitiva | El inhibidor se une solo al complejo ES, no a la enzima libre | ↓ (aparente) | ↓ |
La inhibición irreversible ocurre cuando el inhibidor se une covalentemente (o con afinidad extremadamente alta y prácticamente irreversible) al centro activo o a un residuo esencial, inactivando permanentemente a esa molécula de enzima — la recuperación de la actividad requiere síntesis de nueva enzima, no simplemente la remoción del inhibidor.
4Regulación alostérica
Las enzimas alostéricas tienen, además del centro activo, uno o más sitios alostéricos donde la unión de un modulador (activador o inhibidor) cambia la conformación de la enzima y, con ella, su afinidad por el sustrato o su actividad catalítica — sin competir directamente por el centro activo. A diferencia de las enzimas de cinética hiperbólica simple, las alostéricas suelen mostrar una curva de saturación sigmoidea (por cooperatividad entre sus subunidades, el mismo principio ya visto para la hemoglobina en el Manual de Fisiología, capítulo III.4).
Los moduladores alostéricos pueden ser el propio producto de la reacción, un intermediario metabólico distante, o moléculas indicadoras del estado energético de la célula (ATP, ADP, AMP, NADH) — lo que permite que una enzima "sienta" el estado metabólico general de la célula y ajuste su actividad en consecuencia, más allá de la simple disponibilidad de su propio sustrato inmediato.
5Retroinhibición (regulación por feedback negativo)
Un patrón particularmente frecuente de regulación alostérica es la retroinhibición (feedback negativo): el producto final de una vía metabólica actúa como modulador negativo alostérico de la enzima que cataliza el primer paso comprometido de esa misma vía — el mismo principio general de retroalimentación negativa introducido en el Manual de Fisiología (capítulo I.1), aplicado aquí a nivel de una sola cadena de reacciones enzimáticas.
Si el producto final Z de una vía A→B→C→...→Z inhibiera únicamente la última enzima (la que convierte a Y en Z), los intermediarios B, C, etc. seguirían acumulándose innecesariamente aguas arriba, desperdiciando sustrato y energía. Al inhibir la primera enzima de la vía (la que compromete a A hacia esta ruta específica), la célula detiene el flujo completo desde el inicio en cuanto el producto final se acumula lo suficiente — un diseño mucho más eficiente que frenar solo el paso final. Este es el mismo razonamiento que explica por qué, en la glucólisis (capítulo IV.2), la fosfofructoquinasa —una enzima temprana, no la última del camino— es el principal punto de control regulado.
6Regulación covalente
La regulación covalente modifica químicamente a la enzima (habitualmente por fosforilación/desfosforilación de residuos de serina, treonina o tirosina, catalizada por quinasas y fosfatasas), cambiando su actividad — reversible en la mayoría de los casos (mientras exista la fosfatasa correspondiente para revertir la modificación), aunque también puede ser irreversible (como la activación proteolítica de un zimógeno, ver Manual de Fisiología, capítulo IV.2). Según la enzima, la fosforilación puede dar lugar a una forma más activa o menos activa — no hay una regla única, cada enzima responde de forma específica, algo que se retoma con ejemplos concretos en el metabolismo del glucógeno (capítulo IV.4) y la β-oxidación (capítulo VI.2).
7Trampas de examen
| Trampa | Por qué confunde | Aclaración |
|---|---|---|
| Pensar que una Km baja significa poca actividad enzimática | "Baja" suena a menos potente | Una Km baja indica alta afinidad por el sustrato — la enzima alcanza la mitad de su velocidad máxima con muy poco sustrato, lo opuesto de "poca actividad" |
| Pensar que todo inhibidor competitivo reduce la Vmax | "Inhibir" suena a reducir todo | El inhibidor competitivo puede ser desplazado con suficiente sustrato, permitiendo alcanzar la misma Vmax (aunque se requiera más [S] para hacerlo, ↑Km aparente) — es el no competitivo el que reduce la Vmax de forma insuperable |
| Confundir inhibición alostérica con inhibición competitiva | Ambas "reducen la actividad enzimática" | La competitiva ocurre en el mismo centro activo que el sustrato; la alostérica ocurre en un sitio distinto y suele generar cinética sigmoidea en vez de hiperbólica — mecanismos y cinéticas distintas |
8Puntos clave
- La actividad enzimática depende de [S], [E], temperatura, pH y presencia de moduladores; v = Vmax[S]/(Km+[S]) para cinética simple.
- Km es inversamente proporcional a la afinidad; Vmax depende de la concentración de enzima.
- La inhibición competitiva compite por el centro activo (↑Km aparente, Vmax sin cambio); la no competitiva actúa en otro sitio (Km sin cambio, ↓Vmax); la irreversible inactiva permanentemente.
- Las enzimas alostéricas tienen sitios reguladores distintos del centro activo y cinética sigmoidea; la retroinhibición frena el primer paso comprometido de una vía cuando su producto final se acumula.
- La regulación covalente (fosforilación/desfosforilación) modifica la actividad enzimática, en cualquier dirección según la enzima específica.