Termodinámica, Cinética y Enzimas María de la Luz Velázquez Monroy y Miguel Ángel Ordorica Vargas

Transcripción

1 María de la Luz Velázquez Monroy y Miguel Ángel rdorica Vargas Introducción Las enzimas son las moléculas encargadas de acelerar las reacciones químicas que constituyen el metabolismo de los seres vivos. La Bioquímica moderna, se inició con el estudio de las características de las enzimas. El impulso inicial tuvo lugar en 1897 cuando Eduard Buchner demostró que la fermentación alcohólica se podía efectuar en extractos de levadura, libres de células. Figura 1. Eduard Buchner A partir de este momento, se hizo posible estudiar las enzimas individuales en forma sistemática, y definir su importancia para las reacciones químicas de los seres vivos. Reacciones Químicas Las reacciones químicas del metabolismo, lo mismo que cualquier otra reacción química, son procesos en los cuales una o más substancias llamadas reactivos, se transforman en otras llamadas productos, con estructura y propiedades diferentes. En general las reacciones químicas se representan como: Reactivos Productos Los cambios de estructura durante las reacciones químicas sólo son posibles si se rompen y/o forman enlaces químicos. El rompimiento y formación de enlaces químicos implica que los átomos comparten sus electrones en forma diferente en los reactivos y en los productos. Podemos entonces concluir que una reacción química es un: Proceso durante el cual se producen reacomodos de los electrones de enlace de los átomos. Para que se lleven a cabo dichos reacomodos, es necesario que tenga lugar un intercambio de energía. Los intercambios de energía durante las reacciones químicas los estudia la Termodinámica Química. Por otro lado, los reacomodos electrónicos se efectúan a velocidades, y a través de caminos específicos que son estudiados por la Cinética Química. Nuestra capacidad para modificar las reacciones químicas depende del conocimiento de la cinética y termodinámica de estas. Termodinámica Química La Termodinámica se encarga del estudio de los intercambios de energía que acompañan a todos los procesos. A partir de un modelo básico del mundo real y un conjunto de leyes que rigen su comportamiento, la Termodinámica deduce relaciones que describen los cambios de energía y la dirección de los procesos físicos y químicos a escala macroscópica. Como no hace ninguna consideración respecto de las propiedades microscópicas de la materia, no puede decir nada sobre el maov/mlvm/febrero de 2014

2 universo atómico. Es básicamente estática pues se ocupa sólo del inicio y el final de los cambios y jamás de su velocidad, aunque si puede predecir su dirección y punto de equilibrio. Energía. La energía es el objeto de estudio de la Termodinámica. La energía se define como la capacidad de producir trabajo, modificando o desplazando objetos. La energía puede ser Potencial (determinada por la posición en el espacio) o Cinética (determinada por el movimiento). La Termodinámica estudia los intercambios y transformaciones de Energía, empleando un Modelo, y aplicando las Leyes de la Termodinámica. Modelo Termodinámico. El modelo del mundo real que se usa en Termodinámica para estudiar los cambios de energía está formado por: 1. Sistema. Parte del universo que es objeto de estudio del observador. 2. Alrededores. Todo lo que rodea al sistema, pero que no interesa al observador. 3. Universo. Sistema + Alrededores 4. Límite. Frontera real o imaginaria, que separa al sistema de sus alrededores. Tipos de Sistemas. Según el tipo de intercambios que permite su límite, los sistemas pueden ser: 1. Abiertos. Cuando el límite permite el intercambio de Materia y Energía (Calor y Trabajo) 2. Cerrados. Sí el límite permite el paso de Energía (Calor y Trabajo), pero N de Materia. 3. Adiabáticos. El límite es impermeable a Materia y Calor, pero permite el paso de otras formas de Energía (Trabajo) 4. Aislados. Cuando el límite es impermeable tanto a la Materia como a la Energía (Calor y Trabajo) Estado Termodinámico. Es el conjunto de valores de las propiedades de un sistema, que lo caracterizan en un momento dado. Para cualquier sistema, existe un número infinito de estados. Algunos estados termodinámicos importantes que pueden alcanzar los sistemas son: 1. Definido. Se llama así el estado, cuando conocemos los valores de todas sus propiedades, o todas las relaciones que nos permitan calcularlos. 2. Equilibrio. Estado de un sistema cuyas propiedades tienen valores constantes, que no realiza intercambio de materia o energía y del cual el sistema no puede salir por sí solo. 3. Estacionario. Estado en que el sistema mantiene valores constantes de sus propiedades, mediante intercambio continuo de materia y energía con los alrededores. Los valores de las propiedades son diferentes a los del estado de equilibrio y cambia cuando cambia la velocidad del intercambio. También se le conoce como Estado de Equilibrio de Flujos. 4. Estándar. Punto de referencia de los cambios termodinámicos. Se define basándose en la composición, como el estado en que la actividad termodinámica de todos los componentes del sistema vale uno. En la realidad, se aproxima a concentración molar igual a uno y presión de maov/mlvm/2

3 una atmósfera para los componentes gaseosos del sistema. En Biología y Bioquímica se añade la condición de ph = Metaestable. Estado que se presenta cuando el sistema está detenido por una barrera de energía que le impide alcanzar el equilibrio. En estas condiciones el sistema no realiza intercambios con los alrededores y los valores de sus propiedades son constantes, pero cambios provocados desde el exterior, que permitan rebasar la barrera, hacen que el sistema inicie un proceso, que puede mantener por si mismo, y lo lleva al estado de equilibrio. Proceso Termodinámico. Es cualquier cambio en el valor de una o más de las propiedades de un sistema. Según la forma de los cambios, las propiedades se pueden dividir en: 1. Propiedad de Estado. Es aquella para la que podemos calcular el valor de sus cambios tomando en cuenta sólo los estados inicial y final y no la ruta del proceso. Las propiedades cuyos cambios dependen de la ruta del proceso se dice que no son propiedades de estado. 2. Propiedad Intensiva. Es aquella cuyo valor no cambia cuando cambia el tamaño del sistema, debido a que no depende de él. 3. Propiedad Extensiva. Es aquella cuyo valor cambia, al cambiar el tamaño del sistema, o sea que si depende de este. Ecuación de Estado. Expresión matemática que describe una relación entre propiedades de estado. El ejemplo más conocido es la Ley de los Gases Ideales, que relaciona composición, Presión, Volumen y Temperatura de un sistema en estado gaseoso. Energía Interna (E). Suma de todas las formas de energía que posee un sistema, en virtud de su tamaño, composición, temperatura, etc.; sin tomar en cuenta su posición ni desplazamiento en el espacio. Calor (q) y Trabajo (w). Son las formas fundamentales de transferencia de energía. La principal diferencia entre ellas radica en que el trabajo se considera como transferencia a escala macroscópica mientras que el calor lo es en el ámbito microscópico. Calor y trabajo N son propiedades de estado pues ambas dependen de la ruta a través de la cual se efectúa el proceso. Leyes de la Termodinámica El estudio de las transformaciones de energía que se producen durante cualquier cambio en el Universo, está basado en las Leyes de la termodinámica. Primera Ley o Ley de la Conservación de la Energía. La primera ley, describe el balance de la energía intercambiada en un proceso. Su forma más conocida es la Ley de la Conservación de la Energía, que dice que: La energía no se crea ni se destruye, pero puede cambiar de una forma a otra. En Termodinámica también se enuncia como: La energía total del universo es constante o En un sistema aislado la energía interna es constante. Cuando un sistema intercambia energía con sus alrededores, se producen cambios en la energía interna del sistema. Simplificando, los cambios de Energía Interna (E) en cualquier sistema, resultan del intercambio de energía como calor (q) y trabajo (w), y deben cumplir la ecuación de la primera ley: maov/mlvm/3

4 E q w Entalpía. Cuando el cambio de energía se efectúa a presión constante, el trabajo que se realiza es principalmente de expansión ó cambio de volumen, (V): w P( V) Al sustituir el trabajo de expansión en la ecuación de la primera ley, esta se transforma en: Transponiendo términos se llega a: E q - P( V) q E P( V) Los cambios de energía y volumen se definen como: Entonces: q E E 2 E 1 y V V 2 V1 ( 1 E2 E1) P( V2 V1 ) ( E2 PV2 ) ( E1 PV ) De aquí, definimos la Entalpía (H) del sistema como: y: H1 PV H E PV E1 1 y H 2 E2 PV2 Finalmente obtenemos que: El cambio de entalpía de un proceso es igual al calor intercambiado en condiciones de presión constante. q H 2 H1 H La entalpía representa el contenido de energía térmica del sistema y es una propiedad de estado porque está definida en función de propiedades de estado. Aunque es calor, el cambio de Entalpía de un sistema depende sólo de los estados inicial y final y no de la ruta que sigue el proceso, porque esta limitada a procesos efectuados a presión constante. Dos clases de cambios de Entalpía, de importancia en Química son: Cambio de Entalpía de Formación (H f ). Calor intercambiado en la reacción de síntesis de un compuesto, a partir de los elementos químicos que lo constituyen, en su forma más estable. Cambio de Entalpía de Combustión (H c ). Calor intercambiado en la reacción de oxidación total de un compuesto orgánico, hasta C 2 y H 2. maov/mlvm/4

5 Termoquímica. Es la aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica a las reacciones químicas. Su principio fundamental es la Ley de Hess, nombrada así en honor a Germain Henri Hess, quien la formuló en Ley de Hess. El cambio de entalpía de una reacción química es independiente del número de etapas en que se efectúa y sólo depende del estado inicial (reactivos) y final (productos): ( H f ) PRDUCTS ( H H ) f REACTIVS Aunque la ley de Hess está formulada en función de la Entalpía, también se puede aplicar a las otras propiedades termodinámicas de estado. Segunda Ley. La segunda ley pone un límite a la eficiencia de un sistema. En su forma más simple, establece que: Para realizar trabajo, la energía debe fluir de un lugar caliente a uno frío. En otras palabras: En el Universo, los procesos siempre proceden en una dirección, desde estados de mayor energía hacia estados de menor energía. La pérdida de energía durante el cambio de estado, va acompañada de una pérdida de organización, o aumento de la libertad de variación del sistema, que se mide como un cambio de Entropía (S, con unidades de Energía/Temperatura). Entropía. Es el parámetro termodinámico que nos permite conocer la dirección de un proceso. Se derivó originalmente para la expansión de los gases ideales como: S q REV T En donde q REV es el calor absorbido en un proceso reversible a temperatura constante (T). La Entropía de un sistema aislado siempre tiende al máximo y lo alcanza en el equilibrio, por lo tanto, otra forma de formular la Segunda Ley es: En un sistema aislado, los procesos posibles, permitidos o espontáneos tienen cambio de entropía positivo. S SISTEMA AISLAD 0 En 1871 Ludwig Boltzmann propuso una interpretación estadística de la entropía según la cual, la entropía de un sistema es proporcional al número total de arreglos posibles de las partículas del sistema, (representado por, la letra griega mega mayúscula) cuando este se encuentra en un estado particular. Figura 2 Ludwig Boltzmann S k ln Donde: k = constante de Boltzmann maov/mlvm/5

6 Para cualquier sistema, el estado con mayor entropía es aquel que tiene mayor número de arreglos posibles y por lo tanto la mayor probabilidad de existir. Cuando el sistema no está aislado, para determinar si un proceso es permitido, hay que medir el cambio de entropía del Universo. Usando la Entropía del Universo, la Segunda Ley también se puede enunciar diciendo que: En los procesos espontáneos la entropía del Universo siempre aumenta. S UNIVERS 0 Un sistema puede aumentar (+S) o disminuir (-S) su nivel de entropía, siempre que se cumpla la segunda ley y la entropía del Universo aumente: ΔS UNIVERS = ΔS SISTEMA + ΔS ALREDEDRES > 0 Para mantener un nivel bajo de Entropía los sistemas requieren de un gasto de energía constante, el cual se logra únicamente en los sistemas abiertos, como los seres vivos. Energía Libre En 1878 Josiah Willard Gibbs combinó la primera y segunda leyes de la termodinámica y creó la función de energía libre (G) que permite: A. Calcular la máxima cantidad de energía útil (1 a ley) que se puede intercambiar en un proceso: Donde: G H TS G = Cambio de energía libre (energía útil intercambiada) H = Cambio de entalpía (calor intercambiado) T = Temperatura absoluta (en grados Kelvin) S = Cambio de entropía del sistema B. Determinar la dirección del proceso (2 a ley), tomando en cuenta únicamente el cambio de energía libre del sistema: G G SISTEMA SISTEMA 0, Proceso Espontáneo ó Permitido (Exergónico) 0, Proceso No Espontáneo ó No Permitido (Endergónico) El G de un proceso está definido en función de propiedades de estado y por tanto, es una propiedad de estado, independiente de la ruta que sigue el proceso y solo depende de los estados inicial y final; por tanto, los cambios de Energía Libre en reacciones químicas se pueden calcular usando la ley de Hess. Figura 3 Josiah Willard Gibbs maov/mlvm/6

7 La ecuación que relaciona la concentración de reactivos y productos, con el cambio de energía libre de una reacción química es: Donde: Productos G G RT ln Reactivos G = Cambio de energía libre de la reacción G = Cambio de energía libre en condiciones estándar R = Constante de la ecuación de los gases ideales T = temperatura absoluta (en grados Kelvin) [Productos] = Concentración molar de los productos [Reactivos] = Concentración molar de los reactivos El cambio de energía libre de una reacción química es un criterio para determinar si la reacción es permitida: 1. Una reacción es espontánea, esto es permitida, si tiene G negativo. 2. Si el G vale cero, entonces la reacción está en equilibrio. En estas condiciones: G RT ln K 3. Las reacciones con G positivo no son espontáneas, no son permitidas, es necesario suministrarles energía libre para que se lleven a cabo. El G no proporciona información sobre el mecanismo o velocidad de una reacción química; esta información se puede obtener de la energía de activación. Cambios de Energía Libre en Reacciones Metabólicas. Muchas de las reacciones que se efectúan en las células, tienen cambio de energía libre estándar positivo, o sea no son permitidas en condiciones estándar. Para llevar a cabo estas reacciones, las células utilizan varias estrategias. 1. Relación Productos/Reactivos menor que la unidad. Cuando en la ecuación: EQ Productos G G RT ln Reactivos el cociente [Productos]/[Reactivos] es menor que 1, su logaritmo es negativo, lo cual favorece que él cambio de energía libre se vuelva negativo y la reacción se lleve a cabo. Para mantener el valor pequeño, las substancias que se producen en una reacción no deben acumularse. Para evitar la acumulación la sustancia debe ser metabolizada rápidamente, o transportada a otro compartimiento, o de otro modo la reacción se detiene y con ella toda la vía metabólica. 2. Acoplamiento de reacciones. Una reacción endergónica se puede llevar a cabo, sí acoplada a ella se efectúa otra exegónica, que libere suficiente energía. Dos reacciones se pueden acoplar si existe un intermediario común (i.e., el producto de una es reactivo de la otra), o mediante un maov/mlvm/7

8 agente para acoplarlas. En el metabolismo, las enzimas son los agentes que acoplan las reacciones. Muchas reacciones celulares se acoplan con la hidrólisis de ATP. Con estos principios, podemos concluir que la aplicación de la Termodinámica a los sistemas biológicos permite: 1. Definir la dirección de los procesos; en los procesos espontáneos: UNIVERS S 0 y G 0 SISTEMA 2. Conocer la cantidad de energía útil que se puede obtener: G H TS 3. Determinar cuando una reacción ha llegado al equilibrio: G 0, G Mínima, S 0 y S UNIVERS Máxima SISTEMA SISTEMA UNIVERS 4. Saber que condiciones deben variar para lograr que reacciones no permitidas se lleven a cabo: cambios en la relación [Productos]/[Reactivos] y acoplamiento de reacciones con +G, y reacciones con -G. Tercera Ley. Esta ley, marca un punto de referencia absoluto para la medición de la entropía y, al menos en teoría, para todas las propiedades de estado. El enunciado más simple de esta ley dice que: Cuando la temperatura de un sistema se aproxima al cero absoluto, todos los procesos cesan y la Entropía llega a un valor mínimo. Un corolario de esta ley es que cuando un sistema está cerca del cero absoluto, la Entropía depende únicamente de la Temperatura. Además, cuando un sistema se encuentra en el cero absoluto, la Entropía tiene un valor constante que depende de la degeneración del estado basal. Si un sistema no tiene degeneración, como un cristal perfecto, a la temperatura de cero absoluto tendrá cero Entropía. Ley Cero o Cuarta Ley. Esta ley constituye la base de la definición del concepto de Temperatura estableciendo que: Dos sistemas en equilibrio tienen la misma Temperatura si al ponerlos en contacto térmico permanecen en equilibrio, o sea, sus propiedades permanecen constantes. que: Cuando no hay intercambio de calor entre dos sistemas en contacto térmico, es porque ambos sistemas tienen la misma Temperatura. Se dice que dos sistemas están en contacto térmico, cuando existe la posibilidad de que intercambien calor, sin intercambiar trabajo o materia. Limitaciones de la Termodinámica Los principios de la termodinámica se desarrollaron en sistemas aislados y en equilibrio mientras que las células son sistemas abiertos y alejados del equilibrio en los cuales se realizan procesos irreversibles. Durante parte de su vida las células se encuentran en estado estacionario. La termodinámica de los seres vivos es disipativa porque para mantener su estado estacionario las células deben consumir energía en todo momento. maov/mlvm/8

9 La termodinámica no brinda ninguna información respecto de la velocidad a la cual se realiza un proceso, porque es independiente del tiempo, esta información es el objeto de estudio de la Cinética Química. Cinética Química La Cinética Química estudia los cambios en la concentración de reactivos y productos, que se dan durante el desarrollo de las reacciones químicas y su relación con el tiempo. También se ocupa de estudiar la ruta o mecanismo a través del cual se lleva a cabo la reacción, y el efecto de los factores que la pueden modificar. Velocidad de las Reacciones Químicas La velocidad (v) de una reacción química se define como el cambio en la concentración de productos o reactivos en el tiempo: d v Productos dreactivos dt El signo negativo indica que la concentración de los reactivos disminuye con el tiempo. Para explicar los factores que afectan la velocidad, se usa un modelo de las reacciones químicas que considera las moléculas como partículas en movimiento aleatorio, con niveles de energía que siguen la Ley General de Distribución de Energía de Maxwell-Boltzmann (Figura 4). dt Figura 4. Ley de Distribución de Energía de Maxwell-Boltzmann En estas condiciones, la velocidad de reacción depende de que: 1. Las moléculas que van a reaccionar, se encuentren. 2. Que el encuentro, choque o colisión, se efectué con suficiente energía. 3. Al momento de la colisión, las moléculas tengan la orientación adecuada. Estas condiciones se pueden expresar como la probabilidad (p) de que se cumpla cada una de ellas, de esta manera, es posible definir la velocidad como una función de probabilidades: v f ( p, p, p ) CLISIÓN ENERGÍA RIENTACIÓN maov/mlvm/9

10 Cualquier factor que modifique una o más de estas probabilidades, afectará la velocidad de la reacción. Estudiaremos tres de los factores más importantes que modifican la velocidad de una reacción química: (1) la concentración de reactivos, (2) la temperatura y (3) la presencia de un catalizador o una enzima. Concentración de Reactivos El efecto de la concentración de reactivos se resume en la Ley de Acción de Masas, que fue enunciada en 1867 por los Noruegos Cato Maximilian Gouldberg y Peter Waage, y dice: La velocidad de una reacción química es proporcional a la concentración de los reactivos. Esta relación se expresa como una Ecuación de Velocidad: Donde: v Reactivos ó v kreactivos = Símbolo de proporcionalidad v = Velocidad de la reacción k = Constante de proporcionalidad, denominada constante de velocidad específica o simplemente velocidad específica [Reactivos] = Concentración molar de los reactivos En muchas reacciones, esta relación no se cumple porque está influenciada por el rden de reacción (N), que es un exponente al cual se debe elevar la concentración de reactivos para que se cumpla la ecuación de velocidad: v k Reactivos El orden de reacción es un parámetro propio de cada reacción química; puede tener cualquier valor igual o mayor que cero, y se determina en forma empírica. En la cinética de las enzimas, hay tres valores del orden de reacción que son importantes: rden Cero. En la cinética de orden cero, la velocidad de la reacción es independiente de la concentración de reactivo y se mantiene constante, aunque esta cambie: N 0 Reactivo k v k En este tipo de reacciones, la concentración de reactivos y productos depende en forma lineal del tiempo de reacción transcurrido (t): Reactivo Reactivo kt INICIAL Figura 5. Cato M. Gouldberg (izq.) y Peter Waage. En forma práctica se observa un seudo-orden cero cuando en una reacción en la que participan dos reactivos, uno de ellos se encuentra en exceso, entonces aunque se aumente su concentración, no hay cambio importante en la velocidad. Esta situación corresponde a los casos de saturación que se presentan en fenómenos biológicos como, unión a receptores, transporte a través de membrana y por supuesto, la catálisis enzimática. maov/mlvm/10

11 rden Uno. En este caso, cuando aumenta la concentración de reactivo, la velocidad de la reacción aumenta en la misma proporción: 1 Reactivo kreactivo v k En las reacciones de orden uno la concentración de reactivos y productos varía con el tiempo en forma exponencial. Reactivo Reactivo e - kt INICIAL A concentraciones bajas de reactivo, casi todas las reacciones enzimáticas tienen cinética de orden uno respecto de la concentración de sustrato. Una característica importante de las reacciones de orden uno es que su Tiempo de Vida Media, esto es el tiempo que tarda en reducirse a la mitad la concentración de reactivo, es constante. También siguen cinéticas de orden uno procesos como la absorción y eliminación de fármacos rden Dos. Una reacción es de orden dos si su velocidad depende de la concentración de dos reactivos o del cuadrado de la concentración de un solo reactivo: v k ó v kreactivo 2 Reactivo 1 Reactivo 2 En reacciones de este orden la concentración de un reactivo cambia en forma hiperbólica con el tiempo: Reactivo 1 ReactivoINICIAL Reactivo kt INICIAL Las enzimas que usan dos substratos, pueden presentar cinéticas de orden dos. Un resumen de las características de cada orden de reacción se presenta en las ecuaciones de la Tabla 1 y se muestra en forma gráfica en la Figura 6. Tabla 1. Resumen de Ecuaciones de rden de Reacción Reacción R P R S P rden 0 1 2a (R=S) 2b (RS) Ecuación de 0 Velocidad v = k R v=kr v=kr 2 v = kr S Ecuación dr dr dr dr kdt kdt kdt 2 ks dt Diferencial R R R kt R R 0 R R0 e R0 R0 kt( R 0 R e 1 R0 kt S S R R0 R R 0 lnr lnr0 kt kt ln ln kt( R R R S S Forma Integrada kt Forma Lineal kt Vida Media R t 1 / 2 2k 0 ln 2 t 1 / 2 k t 1 / k R 0 R 0 S ) 0 S 0 ) 0 S 0 ln ln 2 S k( R S ) t 1 / El efecto de la concentración sobre la velocidad de las reacciones químicas, se puede explicar porque al aumentar el número de partículas por unidad de volumen, aumenta la probabilidad de colisiones entre moléculas. maov/mlvm/11

12 (A) (B) Figura 6. rden de Reacción. (A) Velocidad en función de la Concentración. (B) Concentración en función del Tiempo de reacción Temperatura La temperatura es una medida de la energía cinética molecular promedio de un sistema. En la mayoría de las reacciones químicas la velocidad aumenta con la temperatura porque las moléculas se mueven con más velocidad. A mayor velocidad, aumenta la distancia recorrida por unidad de tiempo y con ella, aumenta la probabilidad de encuentros. Además, mayor velocidad significa que la energía de los choques también es mayor, y es más probable que sea suficiente para provocar la reacción. La relación entre la velocidad y la temperatura de las reacciones químicas está resumida en la ecuación de Arrhenius: Donde: k = Constante de velocidad específica A = Constante de Arrhenius e = Base de los logaritmos naturales ( ) E A = Energía de Activación R = Constante de los gases ideales T = Temperatura absoluta k Ae Energía de Activación. Es la energía necesaria para que los reactivos alcancen el estado activado intermedio. Representa una barrera que los reactivos deben rebasar para convertirse en productos (Figura 7.A). La energía de activación se relaciona en forma inversa con la velocidad (Figura 7.B). Las reacciones termodinámicamente espontáneas, pero que no se llevan a cabo debido que tienen energía de activación elevada, se dice que están en un estado metaestable. Constante de Arrhenius. El valor de esta constante está relacionado con el cambio de entropía de la reacción porque depende de la forma y tamaño de las moléculas, mientras más complejas son las moléculas de reactivo, menor es el valor de la constante. E A RT maov/mlvm/12

13 (A) (B) Figura 7. Energía de Activación. (A) Interpretación. (B) Relación con la velocidad Catalizadores Los catalizadores son substancias que aceleran las reacciones químicas, participando en ellas pero sin consumirse. Los catalizadores tienen algunas propiedades generales: 1. Actúan a concentraciones bajas. 2. Participan, pero no se modifican ni consumen durante la reacción. 3. No cambian el equilibrio de las reacciones. 4. No modifican las propiedades termodinámicas de las reacciones, solamente la velocidad con que se alcanza el equilibrio. Figura 8. Mecanismo de acción de los Catalizadores 5. Cambian el mecanismo de las reacciones, estabilizando los estados intermedios de alta energía. 6. Disminuye la energía de activación. Estas propiedades se ilustran en la Figura 8. Clasificación Existen dos tipos de catalizadores, los inorgánicos, sintetizados en laboratorios, y los orgánicos o enzimas que sintetizan los seres vivos. Aunque ambos tipos tienen las mismas propiedades generales, existen diferencias importantes entre enzimas y catalizadores inorgánicos. 1. Tamaño. Las enzimas son proteínas o ácidos nucleicos, más grandes que los substratos, grupos funcionales y catalizadores inorgánicos. Las enzimas tienen pesos moleculares mayores (desde 12,000 a 1 millón de Daltons) que los catalizadores inorgánicos. maov/mlvm/13

14 2. Especificidad. La mayoría de las enzimas son específicas de los substratos que usan y/o las reacciones que catalizan, mientras que la especificidad de los catalizadores inorgánicos aún es menor. 3. Capacidad Catalítica. Las enzimas aceleran las reacciones mucho más que los catalizadores inorgánicos, en el orden de 10 6 a veces, comparadas con los 10 2 a 10 4 de los catalizadores inorgánicos (Tabla 2). 4. Condiciones de Trabajo. Las enzimas son activas en condiciones de ph y Temperatura en las que la mayoría de los catalizadores inorgánicos no funcionan. Tabla 2. Capacidad catalítica de las enzimas Enzima Constante de Velocidad Constante de Velocidad Aceleración SIN Enzima CN Enzima Anhidrasa Carbónica 1 x x x 10 6 Quimotripsina 4 x x x 10 7 Lisozima 3 x x x 10 8 Triosafosfato Isomerasa 4 x x x 10 9 Fumarasa 2 x x x Amilasa 3 x x x Adenosina Desaminasa 2 x x x Ureasa 3 x x x Fosfatasa Alcalina 1 x x x rotidin-5'-fosfato Descarboxilasa 3 x x 10 1 x ENZIMAS Funciones de las Enzimas. Además de la catálisis, las enzimas también cumplen otras funciones. 1. Catálisis. La mayoría de las reacciones químicas del metabolismo son lentas, las enzimas aceleran las reacciones permitiendo que el metabolismo se efectúe a la velocidad que las células requieren. 2. Dirección. Las enzimas no permiten la formación de productos secundarios, de esta manera evitan que se pierdan precursores y energía que la célula necesita; esta característica también se conoce como catálisis negativa. 3. Control. La actividad de las enzimas se puede regular para ajustarla a las necesidades del metabolismo. La velocidad del metabolismo es determinada por las enzimas. 4. Acoplamiento. Las enzimas son los agentes encargados de acoplar reacciones no permitidas con reacciones espontáneas, permitiendo que se realicen. Composición y Estructura En 1905 Arthur Harden descubrió que la actividad de las enzimas requería de dos fracciones, una no ultrafiltrable y sensible a la temperatura, a la que llamó zimasa, y otra filtrable y resistente al calentamiento, la cozimasa. La zimasa de Harden, está formada por las proteínas, mientras que la cozimasa contenía los sustratos y cofactores necesarios para que la actividad de las enzimas. maov/mlvm/14

15 La mayoría de las enzimas son proteínas, como lo descubrió James B. Sumner en 1926, al cristalizar la enzima Ureasa (EC ) de la soya. Como tales, tiene todas las propiedades de las proteínas. El descubrimiento de las propiedades catalíticas de moléculas de RNA bautizadas como Ribozimas, realizado en 1981 por Thomas Cech, no modifica en forma importante los temas a revisar ya que en esencia la actividad enzimática de los RNA tiene las mismas características cinéticas que la de las proteínas. Figura 9. De izquierda a derecha Arthur Harden, James B. Sumner y Tomas Cech La actividad enzimática depende de la integridad de la estructura. Todos los niveles estructurales son importantes, 1º, 2º, 3º y 4º de proteínas, y 1, 2 y 3 de ácidos ribonucleicos. Los agentes que desnaturalizan proteínas, destruyen la actividad enzimática y lo mismo sucede con las ribozimas. Su estructura puede estar constituida sólo por aminoácidos (como la Ribonucleasa pancreática (EC ) y la Pepsina de la digestión), o pueden ser proteínas conjugadas con otros grupos químicos para realizar acciones que los aminoácidos no pueden. Las ribozimas conocidas sólo necesitan nucleótidos para ser activas, aunque algunas se asocian con iones y proteínas. Los grupos químicos no proteínicos de las enzimas conjugadas se dividen en tres categorías. 1. Cofactores. De naturaleza inorgánica, frecuentemente iones metálicos, entre los más comunes están Fe 2+, Cu 1+, Mg 2+, Mo 2+, Mn 2+ y Zn Coenzimas. Compuestos orgánicos, muchos de ellos derivados de vitaminas, también conocidos como Cosubstratos. Algunos ejemplos son ácido lipóico, pirofosfato de tiamina, biotina y vitamina B 12. Tradicionalmente, se llaman coenzimas a los cosubstratos libres, que se separan de la enzima por diálisis. 3. Grupos prostéticos. Se denomina así a los Cofactores o Coenzimas que se unen con fuerza a su enzima, a veces mediante enlaces covalentes, y no se separan por diálisis. Las enzimas conjugadas pueden requerir tanto cofactores como coenzimas. 1. Holoenzimas. Son las enzimas conjugadas que tiene actividad catalítica alta porque están unidas a su coenzima o cofactor. maov/mlvm/15

16 2. Apoenzima. Es la parte proteínica de una enzima conjugada, cuando no se encuentra presente el cofactor o coenzima necesarios. En estas condiciones la proteína pierde parte o toda su actividad catalítica. Basándose en lo anterior, se dice que la proteína es la parte responsable de la especificidad de la enzima mientras que la coenzima o cofactor son responsables de la catálisis. Esta es una simplificación y debe interpretarse con cautela. Muchas enzimas son proteínas oligoméricas y algunas de sus subunidades tiene funciones de regulación. Varias enzimas tienen más de una forma molecular capaz de catalizar la misma reacción dentro de un organismo, un tejido, e incluso una sola célula. A estas moléculas se les llama Isoenzimas. Las isoenzimas catalizan la misma reacción pero tiene propiedades cinéticas diferentes, composición de aminoácidos distinta y se pueden separar por métodos de purificación. Un ejemplo conocido es la Lactato Deshidrogenasa (LDH EC ) que tiene cinco formas isoenzimáticas, todas con características cinéticas diferentes. La distribución de las isoenzimas en un organismo es el reflejo de las diferencias que hay entre los distintos sitios en que se localiza, por ejemplo: 1. Patrones metabólicos diferentes. Las diferencias entre las isoenzimas de LDH de músculo cardiaco y estriado reflejan las diferencia metabólicas entre ambos tejidos, el primero es esencialmente aeróbico mientras que el segundo es facultativo. 2. Localización y función diferente dentro de una misma célula. La enzima Malato Deshidrogenasa (EC ) se encuentra en formas diferentes, en la mitocondria y en el citoplasma de las células, catalizando la misma reacción pero en vías metabólicas distintas. 3. Diferencias en desarrollo de los tejidos. La LDH del hígado muestra un patrón isoenzimático en el feto distinto al del adulto 4. Ajustes en la velocidad del metabolismo. Varias enzimas reguladoras existen en distintas formas isoenzimáticas que difieren en su respuesta a los moduladores, como la Glucocinasa (EC ) y la Hexocinasa ( ). El primer paso en la catálisis enzimática es la unión del substrato a la enzima para formar el llamado complejo Enzima-Substrato (ES). El substrato se une a la enzima en un lugar específico de esta llamado Sitio Activo. En la Figura 9 se muestra el sitio activo de enzima Fosfofructocinasa (EC ) ocupado por sus substratos, ATP y Fructosa 6 - fosfato. El complejo ES, se ha estudiado en varias enzimas usando técnicas como la microscopia electrónica, difracción de rayos X, Resonancia Magnética Nuclear y varios métodos espectroscópicos, determinándose que las propiedades más importantes del sitio activo son: 1. Constituye sólo una pequeña parte de toda la estructura de la enzima. 2. Es el sitio de reconocimiento y unión del substrato. 3. Contiene los restos de aminoácidos que participan en las reacciones químicas. maov/mlvm/16

17 4. Tiene una forma tridimensional característica, determinada por el arreglo de restos de aminoácidos provenientes de diferentes secciones de la cadena de aminoácidos, que se aproximan entre sí, debido a las estructuras 2ª, 3ª y 4ª. Figura 10. Modelo del Sitio Activo de Fosfofructocinasa Los substratos se unen al sito activo mediante interacciones no covalentes como: 1. Enlaces electrostáticos. 2. Puentes de hidrógeno. 3. Fuerzas de van der Waals. 4. Interacciones hidrófobas. casionalmente también se pueden formar enlaces covalentes de corta duración. Mecanismos de la Catálisis Enzimática La complementariedad de forma tridimensional entre la enzima y el substrato permite disminuir la energía de activación de la reacción, mediante factores como: 1. La orientación de los substratos en el sitio activo es la más apropiada para la reacción. 2. La participación de las cadenas laterales de los aminoácidos en el complejo ES, permite estabilizar los estados de transición. 3. La unión del substrato al sitio activo, aumenta la concentración efectiva de los grupos reactivos y facilita la reacción. 4. Los cambios de conformación de la enzima, provocados por la unión del substrato al sitio activo, inducen tensión en la molécula y facilitan el rompimiento de enlaces. Existen dos modelos para explicar la unión de la enzima y el substrato y la catálisis enzimática: 1. Modelo de la llave y la cerradura. Fue propuesto por Emil Fischer a finales del siglo XIX. Considera que la enzima es una estructura rígida a la cual se debe ajustar el substrato. maov/mlvm/17

18 Figura 11. Modelo de la llave y la cerradura 2. Modelo de ajuste inducido. Desarrollado por Daniel Koshland en la década de Supone que la enzima es flexible, capaz de cambiar de forma cuando es inducida por la unión del substrato apropiado, moviendo los grupos R hacia posiciones que facilitan la reacción. Especificidad Figura 12. Modelo de ajuste inducido La especificidad de las enzimas por sus substratos es variable, y se pueden describir tres tipos generales: Especificidad absoluta. Una enzima une sólo un substrato, cataliza una sola transformación y forma un solo producto. 1. Aspartasa (EC ). Esta enzima de plantas y bacterias cataliza la adición del amoniaco al ácido fumárico para formar el aminoácido l-aspartato. La enzima es absolutamente específica para la geometría trans del ácido fumárico y la isomería óptica del l-aspartato. H C C + + NH C 4 H 3 N C H + C C H CH 2 C Amonio Fumarato l-aspartato Esquema 1. Reacción de la Aspartasa 2. Aconitasa (EC ). Enzima del ciclo de Krebs que interconvierte en forma reversible el Citrato y el Isocitrato. La especificidad es absoluta para los dos ácidos y de los cuatro isómeros posibles del Isocitrato sólo forma y utiliza el isómero 2R, 3S. maov/mlvm/18

19 C C H 2 C H C C CH 2 C Citrato H 2 C H C H C C C H 2R,3S-Isocitrato Esquema 2. Reacción de la Aconitasa Especificidad de grupo. Una enzima puede catalizar la misma reacción en un grupo de substratos con estructura semejantes. 1. Las enzimas digestivas Tripsina y Quimotripsina (EC ) miembros de la familia de las proteasas con serina, catalizan el rompimiento de cualquier enlace peptídico e incluso éster, siempre que el grupo carboxilo provenga de aminoácidos específicos, aromáticos en el caso de la Quimotripsina y catiónicos en el de Tripsina. Esquema 3. Especificidad de Tripsina y Quimotripsina 2. Enzimas de la xidación de Ácidos Grasos. Este grupo de enzimas mitocondriales, es capaz de oxidar ácidos grasos, sin importar la longitud de la cadena de carbonos Esquema 4. Beta-oxidación de ácidos grasos maov/mlvm/19

20 Especificidad de reacción. Estas enzimas catalizan una reacción en substratos que pueden tener estructuras muy diferentes. 1. Las enzimas de destoxificación de fármacos son específicas para reacciones de oxidorreducción, hidrólisis, conjugación, etc., pero los substratos tienen estructuras muy variadas. 2. La Mono Amino xidasa (MA EC ), cataliza la desaminación oxidativa de varios neurotransmisores con estructura diferente. + H 2 C NH 3 HC H HC HC H + + NH 4 H H H H Norepinefrina 3,4-Bihidroxifenilglicolaldehido Esquema 5. Ejemplo de reacción catalizada por la MA Algunos autores interpretan la especificidad enzimática de otra forma, diciendo que: Todas las enzimas son específicas porque la ausencia de una no puede ser substituida por ninguna otra. Medición de la Actividad Enzimática La unidad de actividad enzimática se define como la cantidad de enzima que causa la transformación de 1 micromol (1 mol = 10-6 mol) de substrato por minuto, a 25 C, en condiciones óptimas de actividad. Actividad específica. Es el número de las unidades de actividad de enzima por miligramo de proteína. La actividad específica es una medida de pureza de la enzima, aumenta durante la purificación y alcanza el valor máximo y constante cuando la enzima está pura. Clasificación y Nomenclatura En Friedrich Wilhelm Kühne usó por primera vez el término Enzima, que significa en la levadura, para referirse al agente causante de la fermentación del azúcar, y distinguió dicho agente del organismo que lo produce. En Pierre Émile Duclaux introdujo la convención de nombrar las enzimas añadiendo el sufijo asa, al nombre del sustrato para el que se reporta por primera vez su acción. 1. Ureasa, cataliza la hidrólisis de Urea. C + 2H 2 C H 2 N NH 2 Urea Esquema 6. Reacción de la Ureasa NH 4 + NH 4 + maov/mlvm/20

21 2. Arginasa (EC ) hidroliza el aminoácido Arginina. + H 3 N CH CH 2 CH 2 CH 2 NH C HN NH 2 + H 2 + H 3 N C- C- CH CH 2 CH 2 CH 2 NH H 2 N Arginina rnitina Urea Esquema 7. Reacción de la Arginasa Este esquema se modificó empleando el nombre del substrato o producto, seguido del tipo de reacción con terminación asa. 1. Glutamina Sintetasa (EC ), cataliza la síntesis del aminoácido Glutamina a partir del ácido Glutámico y amoniaco. + H 3 N CH CH 2 CH 2 Glutamato + + NH 4 + ATP + H 3 N C- CH 2 C- C- CH CH 2 CH 2 CH 2 C NH 2 Glutamina C NH 2 + ADP + P i Esquema 8. Reacción de la Glutamina Sintetasa 2. La ya mencionada Lactato Deshidrogenasa, es la enzima que cataliza la oxido-reducción reversible del ácido láctico en ácido pirúvico. C- C- H CH + NAD + C + NADH + H + CH 3 CH 3 l-lactato Piruvato Esquema 9. Reacción de la LDH tros nombres no se relacionaron con el substrato o reacción, sino con la fuente de donde se obtenía la enzima. 1. Pepsina (EC ) es una enzima digestiva que hidroliza proteínas y se obtiene del jugo péptico. 2. Papaína ( ) es otra proteasa que se obtiene de la cáscara de papaya. Estas prácticas dieron como resultado posibles confusiones porque: 1. Una misma enzima puede tener varios nombres; por ejemplo, Citrato Sintetasa, Enzima Condensante y Citrogenasa, son nombres que se han aplicado a la enzima que cataliza la maov/mlvm/21

22 formación de Ácido Cítrico a partir de Ácido xalacético y Acetil-CoA en el ciclo de Krebs, que hoy se conoce como Citrato Sintasa (EC ). 2. Un mismo nombre se puede dar a enzimas diferentes; por ejemplo, las proteasas son enzimas que catalizan hidrólisis de proteínas pero existen varios tipos extra e intracelulares. Clasificación y Nomenclatura Digital En La Comisión de Nomenclatura Enzimática, órgano creado por la Unión Internacional de Bioquímica, hoy Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular, propuso un esquema de nomenclatura y clasificación de las enzimas, basado en los mecanismos de reacción que se ilustran en la Tabla 3, acompañados de ejemplos de nombres recomendados para algunas enzimas representativas de cada categoría. N o Tabla 3. Mecanismos de Reacción de la Clasificación Digital CLASE MECANISM GENERAL EJEMPLS 1 xidorreductasas Rred + Sox Rox + Sred 2 Transferasas R-G + S R + S-G 3 Hidrolasas R-S + HH R-H + H-S 4 Liasas C X C X + R S X = C, N, 5 Isomerasas R1 R2 6 Ligasas R-S R + S +NTP R S + NDP o NMP N=A,G,C o U - Malato Deshidrogenasa - Fenilalanina Hidroxilasa - Citocromo xidasa - rnitina Transcarbamilasa - Glucocinasa, Hexocinasa - Glucosa-6-fosfatasa - Arginasa - Citrato Sintasa - Enolasa - Fructosa-1,6-bifosfato aldolasa - Fumarasa - Glucosafosfato Isomerasa - Fosfoglicerato Mutasa - Carbamilfofato Sintetasa - Piruvato Carboxilasa - Acetil-CoA Carboxilasa Este sistema se conoce como la Clasificación Digital, porque cada enzima se identifica con un conjunto de cuatro números, separados con puntos. Antes de los números se escriben las iniciales EC, correspondientes a Comisión de Enzimas, que es el organismo encargado de elaborar y mantener dicha clasificación. La clasificación se hace con base en el mecanismo de la reacción que cataliza cada enzima, en especial el del primer paso de la reacción que es determinante de cualquier reacción posterior. Se reconocen seis tipos de mecanismos de reacción, que se designan con números, los cuales se escribe como el primer número de la clasificación de las enzimas; los tipos de mecanismos son: 1. xidorreductasas. Catalizan reacciones de transferencia de electrones en las que un substrato se oxida (pierde electrones) y otro se reduce (gana electrones) con frecuencia, uno de los substratos es una coenzima. maov/mlvm/22

23 2. Transferasas. Mueven radicales químicos entre dos moléculas distintas al agua. 3. Hidrolasas. Catalizan la transferencia de radicales químicos al agua, lo cual equivale al rompimiento de enlaces con adición de los elementos de una molécula de agua. 4. Liasas. Catalizan reacciones de eliminación, formando dobles enlaces, o reacciones de adición a dobles enlaces. 5. Isomerasas. Forman isómeros, moviendo radicales químicos dentro de una misma molécula, provocando cambios estructurales o geométricos. 6. Síntetasas o Ligasas. Forman enlaces C-C, C-S, C-, ó C-N, acoplando la formación, al rompimiento de moléculas de Adenosín Trifosfato (ATP), u otro nucleótido de alta energía de hidrólisis (XTP). En cada clase principal existen subclases y sub-subclases, que se representan con el segundo y tercer números, y proporcionan información sobre los substratos, productos, coenzimas, tipos de enlace que se modifican, y datos característicos de cada tipo de reacción, como se muestra en la Tabla 4. Tabla 4. Información en las subclases de la clasificación digital No Clase Subclase Sub-subclase 1 xidorreductasas Grupo donador de electrones Grupo aceptor de electrones 2 Transferasas Grupo transferido Grupo donador y/o aceptor 3 Hidrolasas Tipo de enlace hidrolizado Tipo de substrato 4 Liasas Átomos unidos por el enlace Tipo de substrato 5 Isomerasas Tipo de isomerización Tipo de substrato 6 Ligasas Tipo de enlace formado Tipo de compuesto formado Por último, se agrega un cuarto número secuencial que indica el orden en que se incluyen las enzimas en la clasificación. Junto con la clasificación digital, la comisión de nomenclatura asigna a cada enzima un nombre sistemático, que describe la reacción, separando con dos puntos los nombres de los participantes y el tipo de reacción (ver Tabla 5). Estos nombres resultan engorrosos por ello, también se asigna un nombre común permitido, frecuentemente el más usado antes de la clasificación. Como ejemplo de la nomenclatura digital, en el Esquema 10 se presenta la reacción de transferencia de un grupo fosfato entre el ATP y la D-Glucosa. 11 CH 2 H H H H H Glucosa 27 H 2 C P + ATP H + ADP H H H Glucosa-6-fosfato Esquema 10. Reacción de fosforilación de Glucosa maov/mlvm/23

24 A una de las enzimas que catalizan esta reacción, le corresponde el número de clasificación EC , que significa: 2 = Clase principal = Transferasa 7 = Subclase = Grupo transferido = Fosfato proveniente de ATP 1 = Sub-subclase = Aceptor = el aceptor es un radical hidroxilo 1 = Numero secuencial de la enzima particular dentro de esta categoría. El nombre oficial asignado a la enzima es ATP : Glucosa : Fosfato Transferasa, y su nombre común recomendado es Hexocinasa. Tabla 5. Estructura de los Nombres Sistemáticos y Recomendados No Clase Sistemático Recomendado 1 xidorreductasas Donador : Aceptor xidorreductasa Donador Deshidrogenasa Aceptor Reductasa Donador xidasa (si 2 es el Aceptor) 2 Transferasas Donador : Aceptor Grupo Transferasa Aceptor Grupo Transferasa Donador Grupo Transferasa 3 Hidrolasas Sustrato : Molécula Liberada Sustrato Hidrolasa Hidrolasa Sustratoasa 4 Liasas Sustrato : Grupo Liberado Liasa Sustrato Grupo Liberadoasa Producto Sintasa (reacción de condensación) 5 Isomerasas Sustrato : Tipo de isomerización Sustrato Isomerasa Isomerasa 6 Ligasas Sustrato 1 : Sustrato 2 Ligasa (Nucleótido) Cinética Enzimática Sustrato Tipo de Isomerizaciónasa Molécula Formada Sintetasa La cinética enzimática estudia el mecanismo, velocidad y los factores que modifican las reacciones catalizadas por enzimas. Los factores que estudiaremos son la concentración de substrato, temperatura, ph, concentración de enzima, e inhibidores enzimáticos. Concentración de Substrato La concentración del substrato tiene un efecto importante en la velocidad de las reacciones enzimáticas. El análisis del efecto del cambio de concentración de substrato, proporciona información respecto del mecanismo de reacción, especificidad y propiedades cinéticas de las enzimas. En 1902, al estudiar la cinética de la hidrólisis de Sacarosa, Adrian Brown descubre la saturación de la enzima Invertasa (EC ) y propone que la reacción se efectúa en dos etapas, primero la enzima (E) y el sustrato (S), se unen para formar un complejo (ES): Que se disocia liberando el producto (P): E S ES ES E P maov/mlvm/24

25 Después, en 1903, Víctor Henri estudia el equilibrio de la formación del complejo enzimasubstrato y propone una expresión cuantitativa entre la concentración de sustrato y actividad enzimática. En 1913, Leonor Michaelis y Maude L. Menten corrigieron el trabajo de Brown y Henri. Aplican condiciones estrictas para la medición de la actividad enzimática, y suponen que la formación del complejo ES, es rápida y reversible, mientras que la liberación del producto es lenta. Rápida Lenta E + S ES E + P Con base en este supuesto, proponen el modelo del Equilibrio Instantáneo para determinar la relación entre la concentración de substrato y la velocidad de las reacciones enzimáticas y obtienen una relación matemática que describe dicho efecto, la cual se conoce como la ecuación de Michaelis y Menten: donde: v = velocidad de la reacción [S] = Concentración de substrato V MAX = Máxima actividad enzimática K M = Constante de Michaelis V v K MAX M S S Figura 13. Leonor Michaelis (izquierda) y Maud Leonora Menten (derecha) Como se muestra en la Figura 14, la ecuación de Michaelis y Menten es una hipérbola; para valores pequeños de [S] la cantidad del substrato limita la velocidad; mientras que con valores grandes el límite es la cantidad de enzima. Las condiciones de equilibrio instantáneo, propuestas por Michaelis y Menten consisten en suponer que E y S reaccionan muy rápidamente para formar ES mientras que la disociación del complejo hacia producto es relativamente lenta porque k 2 es muy pequeña. Por lo tanto, el complejo ES se encuentra en equilibrio con E y S. En estas condiciones, K M es igual a la constante de equilibrio de la disociación del complejo ES: Figura 14. Cinética de Michaelis maov/mlvm/25

26 K M k 1 k 1 Ya que k 2 es pequeña, a menudo es el factor que limita la velocidad y por ello se conoce como la constante catalítica (k cat ) de la enzima. Figura 15. Geroge Edward Briggs (izquierda) y John Burdon Sanderson Haldane (derecha) Años después, en 1925 George E. Briggs y John B. S. Haldane corrigieron el trabajo de Michaleis al establecer que la suposición de que k 1 y k -1 son mucho mayores que k 2 no siempre se cumple, por lo tanto no se alcanza el equilibrio de la disociación de ES. En su lugar proponen que la concentración de ES se encuentra en un Estado Estacionario (Figura 15) en el que la velocidad de formación de ES, es igual a la de descomposición por disociación y por formación de producto. Con esta suposición la ecuación no cambia de forma pero K M ya no es igual a la constante de disociación de ES, ahora es: K M k 1 k k 1 2 Figura 16. Variación de la concentración de E, S y ES, durante una reacción enzimática Significado de V MAX Es la máxima actividad que puede alcanzar una enzima, teóricamente se logra en condiciones de [S] grande, porque entonces la enzima se satura y trabaja tan rápido como es posible. En la práctica es imposible que la enzima alcance el valor de V MAX, debido a limitaciones de difusión de productos y sustratos, desde y hacia el sitio activo. maov/mlvm/26