Relaciones entre la enzima y el sustrato.

Es universalmente aceptado, que la enzima, como todo catalizador, participa de una manera activa en la reacción. Existen pruebas experimentales de esta situación cuando menos para algunos.

Un ejemplo bien conocido es el de la peroxidasa que, en presencia de peróxido de hidrógeno, H2O2, y un acceptor de hidrógeno adecuado, produce la reducción del H2O2, . La peróxidos en ausencia de H2O2 muestras unas bandas de absorción características en el espectro visible; cuando se combina con el H2O2 , pero sin que exista el acceptor de los hidrógenos, aparece una nueva distribución de las bandas. Si se permite el paso de los hidrógenos a un acceptor, automáticamente desaparecen las bandas nuevas y reaparecen las originales de peróxidos.

Se acepta corrientemente una hipótesis propuesta por Michaelis para explicar la actividad enzimática, sobre la base de la información de un compuesto de la enzima con el sustrato (complejo enzima – sustrato), previamente al ataque del sustrato por la enzima y a la liberación de los productos de la reacción. El desarrollo matemático que permitió a Michaelis formular su hipó tesis, estuvo acorde con los datos experimentales obtenidos una vez vencidos los enormes obstáculos de orden técnico para llevar a cabo la confirmación de la teoría en el laboratorio.

Si se hace el estudio de la actividad de una enzima en relación con la concentración de sustrato.

 

En ella se registran, en las abscisas, la cantidad creciente de sustrato y, en las ordenadas, la cantidad de uno de los productos de la reacción liberada de un tiempo dado, que expresa, en rigor, la actividad de la enzima. La curva obtenida es la de una hipérbola rectangular, la cual tiene algunas propiedades interesantes; por ejemplo, la velocidad límite o velocidad máxima, es el valor que trata de alcanzar la curva a medida que se aumenta el sustrato y que, en la figura, está señalada con la línea V. Existe un punto, fijado arbitrariamente, en el que la mitad de la velocidad límite corresponde a una concentración específica del sustrato; esta concentración de sustrato se representa habitualmente como KM, y se denomina constante de Michaelis, valor característico para un par – enzima – sustrato y que, por lo tanto, es la concentración de sustrato con la cual se alcanza la mitad de la velocidad límite o velocidad máxima de la reacción. Los resultados obtenidos experimentalmente concuerdan con los derivados de modo matemático, sobre la hipótesis de formación de un complejo enzima – sustrato.

La constante de Michaelis, KM, indica en términos generales, las relaciones de afinidad entre el sustrato y la enzima; un KM, implica la necesidad de una alta concentración de sustrato que, al combinarse con una enzima, produzca la mitad de la velocidad máxima, o sea, que la afinidad por la enzima y sustrato es pobre; por el contrario, si la concentración de sustrato que se requiere para alcanzar la mitad de la velocidad es muy pequeña (KM pequeña), quiere decir que el sustrato tiene una gran afinidad por la enzima.

En ocasiones, la misma enzima puede ser más afín a un sustrato que a otro; por ejemplo, la sacarasa es 16 veces más activa para atacar a la sacarosa que a la rafinosa. Se conocen con exactitud los valores de KM para muchos sustratos y enzimas, con los siguientes: la pepsina, actuando sobre albúmina, de huevo: KM de 4.5. por ciento; la tripsina sobre la caseína :KM de 2 por ciento; la amilasa sobre el almidón en presencia de Cl – : KM de 0.4 por ciento ; la sacarasa de levadura, sobre la sacarosa : KM 0.016 a 0.04 M, etc.

La explicación de la curva hiperbólica que implica la formación del complejo enzima – sustrato parece depender de la existencia física, en la enzima, de determinados sitios donde se absorbe el sustrato para ser activado. Al principio de la curva se puede aumentar la concentración del sustrato y la enzima es capaz de activarlo con toda eficiencia; pero como una vez activado el sustrato se separa en forma de los productos, y la velocidad con la que éstos se separan no es igual a la velocidad con la que captado el sustrato, y en vista de la cantidad creciente del sustrato, la línea obtenida no es una recta, sino la curva señalada. Cuando la cantidad de sustrato ha sobrepasado la capacidad física de la enzima para recibirlo y poder transformarlo, la curva alcanza una meseta, lo que significa que la reacción prosigue a la misma velocidad, independientemente de la cantidad de sustrato adicionada. De acuerdo con los términos ligados a la velocidad de reacción, expresados en la página 36, se encuentra que, al principio del experimento, la reacción depende exclusivamente de la concentración del sustrato y se trata de una reacción de primer orden; al final de ella, cuando hay un exceso de sustrato, la reacción es independiente de la cantidad de sustrato y, por lo tanto, es de orden cero.

Otra característica en relación con la finalidad de la enzima por el sustrato es la comprendida en el llamado número de recambio, el cual representa los moles de sustrato atacados por un mol de enzima en una unidad de tiempo determinada, generalmente un minuto. Este número de recambio, en algunas ocasiones, es muy elevado, como sucede con la catalasa que a 0º C., tiene un número de recambio de 2.5 millones; es decir, un mol de enzima es capaz, en un minuto, de desdoblar dos y medio millones de moles de H2O2 ; el citrocomo c, a 38º C, tiene un número de recambio de 1.4 X 103 ; la carboxialasa a 30º C., da un número de recambio de 1 X 103 , etc.

Mecanismo Ping Pong

En la transaminación, la reacción avanza a través de los fenómenos alternos de adición de sustrato y liberación de producto .

 Iones sustrato

Estos facilitan la fijación del sustrato y la catálisis por creación de varias de complejo de puente constituidos por un enzima, metal y sustrato en la que os iones metálicos pueden actuar como catalizadores ácidos generales o facilitar la aproximación de los reactantes.