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7.11: Cinética Enzimática
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Enzyme Kinetics
 
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7.11: Enzyme Kinetics

7.11: Cinética Enzimática

Enzymes speed up reactions by lowering the activation energy of the reactants. The speed at which the enzyme turns reactants into products is called the rate of reaction. Several factors impact the rate of reaction, including the number of available reactants. Enzyme kinetics is the study of how an enzyme changes the rate of a reaction.

Scientists typically study enzyme kinetics with a fixed amount of enzyme in the controlled environment of a test tube. When more reactant, or substrate, is added to a fixed amount of enzyme, the rate of the reaction increases as the enzyme can make more product. As a result, when the reaction rate is graphed against substrate concentration, increasing the substrate increases the reaction rate. However, once all the active sites of the enzyme are occupied, the reaction rate plateaus. The concentration of substrate at which the maximum rate of reaction is reached is called Vmax. The number of present enzyme molecules limits Vmax. If the amount of enzyme is increased, Vmax increases, but adding more substrate has no effect.

The graph of rate of reaction versus substrate concentration can reveal other important characteristics of an enzyme’s kinetics. The substrate concentration at which the reaction rate is halfway to Vmax (i.e., ½ Vmax) is called the Michaelis constant (Km). Km is a representation of the affinity between an enzyme and a substrate. Enzymes with a lower Km require less substrate to reach Vmax and therefore have a higher affinity for their substrate. Interestingly, for many enzymes, the value of Km is very close to the cellular concentration of the substrate. Near Km, slight changes in substrate concentration can significantly impact the reaction rate, so small changes in cellular substrate availability can impact the function of an entire biological pathway.

Not all enzymes produce the hyperbolic-shaped substrate-rate graph known as Michaelis Menten kinetics. Michaelis Menten kinetics assumes that the enzyme catalyzes a single substrate. Enzymes that are regulated allosterically have multiple active sites and tend to produce a sigmoid-shaped graph when the reaction rate is plotted versus the substrate concentration.

As enzimas aceleram as reações diminuindo a energia de ativação dos reagentes. A velocidade com que a enzima transforma reagentes em produtos é chamada de taxa de reação. Vários fatores impactam a taxa de reação, incluindo o número de reagentes disponíveis. Cinética enzimática é o estudo de como uma enzima altera a taxa de reação.

Os cientistas normalmente estudam cinética enzimática com uma quantidade fixa de enzima no ambiente controlado de um tubo de ensaio. Quando mais reagente, ou substrato, é adicionado a uma quantidade fixa de enzima, a taxa da reação aumenta à medida que a enzima pode fazer mais produto. Como resultado, quando a taxa de reação é colocada em um gráfico contra a concentração de substrato, o aumento do substrato aumenta a taxa de reação. No entanto, uma vez que todos os locais ativos da enzima são ocupados, a taxa de reação atinge um planalto. A concentração de substrato na qual a taxa máxima de reação é atingida é chamada de Vmax. O número atual de moléculas de enzimas limita a Vmax. Se a quantidade de enzimas for aumentada, a Vmax aumenta, mas adicionar mais substrato não tem efeito.

O gráfico da taxa de reação versus concentração de substrato pode revelar outras características importantes da cinética de uma enzima. A concentração de substrato na qual a taxa de reação está a meio caminho da Vmax (ou seja, ½ Vmax) é chamada de constante de Michaelis (Km). Km é uma representação da afinidade entre uma enzima e um substrato. Enzimas com Km mais baixo requerem menos substrato para alcançar a Vmax e, portanto, têm uma maior afinidade pelo seu substrato. Curiosamente, para muitas enzimas, o valor de Km está muito próximo da concentração celular do substrato. Perto de Km, pequenas mudanças na concentração de substrato podem ter impacto significativo na taxa de reação, de modo que pequenas mudanças na disponibilidade de substrato celular podem ter impacto na função de toda uma via biológica.

Nem todas as enzimas produzem o gráfico de substrato em forma de hipérbole conhecido como cinética de Michaelis Menten. A cinética de Michaelis Menten assume que a enzima catalisa um único substrato. Enzimas que são reguladas alostericamente têm vários locais ativos e tendem a produzir um gráfico em forma de sigmóide quando a taxa de reação é colocada em gráfico contra a concentração de substrato.


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