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7.11: Cinética enzimática
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Enzyme Kinetics
 
TRANSCRIPCIÓN

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.

Las enzimas aceleran las reacciones reduciendo la energía de activación de los reactivos. La velocidad a la que la enzima convierte los reactivos en productos se denomina tasa de reacción. Varios factores influyen en la tasa de reacción, incluido el número de reactivos disponibles. La cinética enzimática es el estudio de cómo una enzima cambia la tasa de una reacción.

Los científicos suelen estudiar la cinética enzimática con una cantidad fija de enzimas en el entorno controlado de un tubo de ensayo. Cuando se añade más reactivo, o sustrato, a una cantidad fija de enzima, la tasa de la reacción aumenta a medida que la enzima puede hacer más producto. Como resultado, cuando la tasa de reacción se grafica contra la concentración del sustrato, el aumento del sustrato aumenta la tasa de reacción. Sin embargo, una vez que todos los sitios activos de la enzima están ocupados, la tasa de reacción se estaciona. La concentración de sustrato a la que se alcanza la velocidad máxima de reacción se denomina Vmáx. El número de moléculas enzimáticas actuales limita Vmáx. Si se aumenta la cantidad de enzima, Vmax aumenta, pero la adición de más sustrato no tiene ningún efecto.

El gráfico de la tasa de reacción frente a la concentración del sustrato puede revelar otras características importantes de la cinética de una enzima. La concentración del sustrato a la que la velocidad de reacción está a la mitad de Vmax (es decir, 1/2 Vmáx.)se denomina constante Michaelis (Km). Km es una representación de la afinidad entre una enzima y un sustrato. Las enzimas con un Km inferior requieren menos sustrato para alcanzar Vmáximo y por lo tanto tienen una mayor afinidad por su sustrato. Curiosamente, para muchas enzimas, el valor de Km está muy cerca de la concentración celular del sustrato. Cerca de Km,los ligeros cambios en la concentración del sustrato pueden afectar significativamente la tasa de reacción, por lo que pequeños cambios en la disponibilidad del sustrato celular pueden afectar la función de toda una vía biológica.

No todas las enzimas producen el gráfico de tasa de sustrato de forma hiperbólica conocido como kinética Michaelis Menten. La cinética de Michaelis Menten supone que la enzima cataliza un solo sustrato. Las enzimas que están reguladas alostéricamente tienen múltiples sitios activos y tienden a producir un gráfico en forma de sigmoide cuando se traza la tasa de reacción frente a la concentración del sustrato.


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