Enzimas

Clase 4: Enzimas

  Desde 1850, Pasteur reconoce que las fermentaciones en las levaduras son catalizadores
por  “fermentos”.  A  fines  del  siglo  19,  Buchner  hizo  fermentaciones  de  azucares  a  alcohol  in
vitro, es decir en un sistema no viviente.
  Las enzimas son catalizadores proteicos (salvo  las ribozimas) que se distinguen por su
eficiencia y especificidad, éstos son esenciales para la célula, no habría vida si no fuere por la
catálisis. Las enzimas aceleran la velocidad a la cual ocurre una reacción determinada, esto no
debe confundirse con la espontaneidad de una reacción, el hecho de que sea exergónica y por
ende  espontanea,  no  tiene  relación  con  la  velocidad  a  la  cual  ocurre  esa  reacción.  Muchas
enzimas para poder funcionar, requieren de un cofactor, ya sea un metal o alguna coenzima. Por
ejemplo, el Cu
2+
 es un cofactor para la enzima citocromo oxidasa, o el K
+
 es un cofactor para la
enzima  piruvato  quinasa.  Se  piensa  que  la  necesidad  de  algún  cofactor  es  un  vestigio  de  la
catálisis primitiva durante los inicios de la vida, cuando las reacciones dependían de algún metal
para  ser  llevada  a  cabo.  Los  cofactores  metálicos  son  mucho  menos  específicos  que  las
coenzimas (poseen grupos prostéticos), éstos derivan de las vitaminas, componentes esenciales
para la vida, que no pueden ser sintetizados por el humano por lo que son importantes en la dieta.
Por  ejemplo  hay  algunas  coenzimas  que  sirven  como  transportadores  de  ciertos  grupos
funcionales  o  ciertos  átomos  como  la  biocitina,  que  transfiere  el  CO 2   con  la  enzima  piruvato
carboxilasa para formar un oxalacetato.
 
  Las enzimas se clasifican de acuerdo al tipo de reacción que catalizan:

1)  Oxidoreductasas  reacciones de transferencia de electrones (iones de hidronio o átomos
de H)
2)  Transferasas   reacciones de transferencia de grupos funcionales
3)  Hidrolasas  reacciones de hidrólisis (transferencia de grupos funcionales a agua)
4)  Lisasas   reacciones de adición de dobles enlaces o formación de dobles enlaces por
medio de la remoción de ciertos grupos.
5)  Isomerasas    reacciones  de  transferencia  de  grupos  dentro  de  moléculas  para  crear
formas isoméricas.
6)  Ligasas  reacciones de formación de C – C, C – S, C – O y C – N por reacciones de
condensación dependientes de la ruptura de ATP o cofactores similares.

Las enzimas aumentan la velocidad (sólo afecta la velocidad y no el equilibrio) a la cual
ocurre una reacción por ejemplo la ciclofilina cataliza una reacción 10
5
 veces más rápido o la
ureasa que aumenta la reacción 10
14
 veces.

Reacción enzimática estándar:

E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P
 
  La enzima (E) reconoce su sustrato (S) formando un complejo (ES) donde lleva a cabo
una reacción que transforma el sustrato en producto (P) para después desasociarse de él y seguir
actuando  en  otros  sustratos,  esto  caracteriza  a  los  catalizadores  su  habilidad  de  poder  ser reutilizado,  hay  algunos  casos  específicos  en  donde  la  enzima  no  vuelve  a  ser  utilizada  en  la
reacción.

 

La  figura  a  la  izquierda
muestra la energía de la reacción (G) a
medida que el S pasa a ser P, en este
caso como el nivel energético del P es
menor que el del S, el ΔGº es negativo
y la reacción es espontánea. La energía
de  activación  es  la  energía  requerida
para llevar el S al estado de transición
(≠) para que la reacción tome  lugar  y
es  esta  energía  que  disminuye  el
catalizador.

La velocidad de reacción de S → P es decir v = kS, está determinada por la energía de
activación (Ea) mediante la fómula:



Donde  k  es  la  constante  de  Boltzman  y  h  es  la  constante  de  Plank.  En  una  reacción
monomolecular (de un solo sustrato), k es una constante de primer orden y sus unidades son seg
-1

(porque v = dS/dt = kS, expresado en términos de unidades, es M/seg = kM). Si la reacción es de
dos sustratos, la constante es de segundo orden y sus unidades son seg
-1
M
-1
.  
La energía de activación representa la barrera energética que hay que vencer para llevar
al sustrato al estado de transición.

El estado de transición es una forma del
sustrato  que  se  ha  activado  mediante  una
reacción  química  parcial,  a  partir  del  cual  el
sustrato puede ir a P o volver a S. Su formación
es  una  etapa  limitante  de  la  reacción  y  su
existencia  es  transiente.  El  estado  de  transición
no  es  un  intermediario  en  particular  de  la
reacción. Lo que hace la enzima es bajar la ΔGº
ofreciendo un cambio alternativo. La figura de la
derecha  muestra  una  disminución  del  Ea  por
parte del catalizador (ΔG cat ).




 El ≠ no es siempre aislable pero si existen análogos estables que son inhibidores de la
reacción enzimática, por ejemplo en el caso de la prolina racemasa, los análogos planares unen a
la enzima con una afinidad 160 veces mayor que la prolina y así la inhiben.



Reacción de la prolina racemasa.




Análogos del ≠:
 




Las  enzimas  y  los  anticuerpos  comparten  la  característica  de  ser  proteínas  que  unen
compuestos  en  forma  específica.  Se  ha  visto  que  cuando  análogos  de  supuestos  estados  de
transición de reacciones enzimáticas son incubados con anticuerpos, éstos últimos aceleran las
reacciones de descomposición espontánea de los análogos en varios órdenes de magnitud. Esto
da  origen  al  concepto  de  anticuerpo  catalítico  (abzyme)  que  es  de  alto  interés  en  las  áreas
biomédicas.




















  Como [P]/[S] = K eq , a menor K eq  (como [P]<<[S]), más positivo será el ΔGº’  y
menos espontánea será la reacción, en cambio a mayor K eq  (como [P]>>[S]), más negativo será
el ΔGº’ y más espontánea la reacción. ¿Cómo  se  explica  la  disminución  de  ΔG ++
  que  permite  que  el  estado  de  transición  se
alcance más rápido?
 
En parte importante, esto sucede por la energía de unión, derivada de la interacción de la
enzima con el sustrato por medio de las interacciones no covalentes (iónicas, enlaces de H, van
der Waals e hidrofóbicas). En cada interacción hay un ΔGº’, que podría estar ayudando por un
factor  entrópico,  dependiendo  de  el  o  los  sustratos.  Aunque  las  enzimas  pueden  ser  activas
faltándoles fragmentos, su gran tamaño se explica por la optimización de estas interacciones.

Modelo Enzimático:
La interacción de la enzima con el
sustrato  no  es  el  típico  “llave-cerradura"
como  lo  propuso  Emil  Fisher  a  fines  del
siglo 19, puesto que de ser así no ocurriría
ningún cambio en el sustrato. Ocurre más
bien  mediante  un  encaje  inducido  (la
enzima  es  complementaria  el  estado  de
transición) (Koshland 1958). Este modelo
establece que el sitio activo de la enzima
(región de unión a sustrato) es una disposición de la enzima que favorece al sustrato a alcanzar
su estado de transición. Por ejemplo, con la enzima hexoquinasa este modelo se ejemplifica. Al
entrar la glucosa al sitio activo, el OH del C6 desplaza una molécula de agua que normalmente se
encuentra  en esa posición. Este OH del C6 es el que se fosforila con el Pγ del ATP. La xilosa se
une también al sitio activo pero como no tiene C6, no desplaza al agua, en este caso, cuando se
agrega ATP, la enzima es “engañada” y fosforila el agua. La fosforilación del agua no ocurre si
no  se  agrega  xilosa,  lo  que  demuestra  que  ésta  (y  por  ende  la  glucosa)  provoca  un  cambio
conformacional  que  activa  a  la  enzima  para  que  catalice  la  ruptura  del  enlace  fosfoanhidrido
entre los Pβ y Pγ del ATP.

La  energía  de  unión  alcanza  para  vencer  una  serie  de  obstáculos  como  los  factores
entrópicos cuando corresponda, ya que la enzima puede disminuir al unirse uno o más sustratos a
la enzima, también la ruptura de interacciones sustrato-solvente (solvatación), la distorsión que
hay que introducir en el S para pasarlo a P y lo más importante, la ruptura de los enlaces. Pero
además de la energía de unión, hay otros factores que permiten bajar la energía de activación y
alcanzar el estado de transición:

a)  Efecto  de  proximidad  y  orientación:  Más  cercano  están  los  grupos  funcionales  en  una
reacción, más rápido ocurrirá la reacción, la cercanía favorece la reacción. Por ejemplo en la
reacción de un éster con un carbonilo, en una molécula cíclica con poca distancia entre sí, la
velocidad aumenta 10
8
 veces.

b)  Catálisis Ácido-Base: En  la catálisis ácida general  hay una transferencia transitoria de un
protón desde un ácido de Bronsted (especie que  cede un H
+
), bajando  la energía  libre del
estado de transición. La catálisis básica general ocurre cuando una base de Bronsted abstrae
protones. En una reacción puede haber simultáneamente catálisis ácida y básica. Se habla de
una catálisis ácido-base específica cuando participa el agua.  










En  la  figura  (B)  el  protón  entregado  por  el  ácido  promueve  una  atracción  de  los
electrones del C carbonílico, facilitando el ataque del O del agua. (C) al asociarse el carboxilo a
un  H  del  agua,  los  electrones  se  mueven  hacia  el  oxígeno  del  agua,  facilitándose  también  el
ataque al  C carbonílico (D) Una enzima puede  hacer simultáneamente catálisis ácida  y  básica
pero solo cuando participa el agua.

Residuos  del  sitio  activo  que
típicamente participan en catálisis ácido-base:


El pH es un  factor  importante para las
enzimas  que  tienen  catálisis  ácido-base  dado
que  los  aminoácidos  del  sitio  activo  de  la
proteína tienen un pKa particular. Por ejemplo,
la pepsina, una enzima que se encuentra en el
jugo gástrico funciona a un pH bastante ácido
(pH  =  1.5),  la  tripsina  en  el  intestino  delgado
(pH  =  6.5)  y  la  fosfatasa  alcalina  en  el  tejido
óseo (pH = 9.0) y estas al estar en pH distintos
no funcionarían.

c)  Catálisis  Covalente:  Hacer  intermediarios  covalente  con  el  sustrato,  esto  no  sucede  con
todas las proteínas. Ej: Descarboxilación de acetoacetato.


El protonado de un Cɛ de la lisina
actúa  como  imán  de  electrones.
Coenzimas  típicas  de  este  tipo  de
catálisis  son  el  piridoxal-P  y  la
tiamina-PP o TPP.




 d)  Catálisis  por  iones  metálicos:  aproximadamente  1/3  de  las  enzimas  requieren  un  metal,
puede ser  metaloenzimas (que en su estructura poseen  metales como el Cu, Fe, Zn  y Mn,
éstas  participan  en  procesos  como  el  transporte  de  electrones  en  distintos  procesos
metabólicos)  o  pueden  ser  enzimas  activadas  por  metales  (en  este  caso,  los  metales  son
factores,  tales  como  K,  Mg,  Ca,  etc…)  Típicamente  participan  en  reacciones  de  óxido-
reducción.  Por  ejemplo,  la  enolasa  (una  enzima  que
participa  en  la  glicolisis)  lleva  el  2-fosfoglicerato  a
fosfoenolpiruvato, donde participa el Mg.
En  esta  reacción  la  lisina-345  hace  catálisis  básica
sacando  un  protón  de  la  enzima  que  después  es
estabilizada  (el  intermediario)  por  2  iones  de  Mg
2+
,  y
facilitan la abstracción del H
+
 del C2. El glutamato-211 facilita la eliminación del OH por medio
de una catálisis ácida general.










Cinética Enzimática:
  Es una herramienta útil para estudiar mecanismos de acción enzimática.

En la figura a la izquierda se ilustra lo que sucede a lo largo
de  una  reacción,  la  concentración  del  sustrato  irá  en
descenso  mientras  que  la  concentración  del  producto
aumenta.  Si  la  reacción  es  catalizada  por  una  enzima,  va
haber  una  concentración  inicial  de  ella  [Eo].  Esta  reacción
puede  ser  divida  en  dos  etapas,  una  preparatoria,  donde  el
complejo enzimático ES se está formando, a medida que la
reacción  sigue,  esta  concentración  se  mantendrá
relativamente  estable  dado  que  la  enzima  va  estar
continuamente uniéndose al sustrato y formando el producto
(estado  estable,  cuando  la  concentración  [ES])  .  Además
habrá  cierta  fracción  de  enzimas  que  estará  libre  por  una
simple interacción de masa, es decir, en este caso la enzima
no  está  saturada  y  a  medida  que  la  reacción  se  vaya  finalizando,  esta  concentración  irá  en
aumento mientras que la [ES] irá disminuyendo por el hecho de que el sustrato se irá acabando y
la enzima no tendrá un lugar donde actuar.
 
  Se  establece  también  que  la  velocidad  de  una  enzima  está  determinada  por  la
concentración del sustrato en el  medio. Esta va  cambiando en el transcurso del tiempo por la
concentración  de  sustrato  va  ir  disminuyendo.  En  la  reacción  se  alcanzará  el  plateau  si  la concentración  del  sustrato  es  menor.  Una  manera  de
simplificar  el  análisis  cinético  es  mediendo  la  velocidad
inicial, cuando el sustrato está en exceso sobre la enzima, su
cambio  de  concentración  en  estas  condiciones  es
despreciable.

Deducción de la Ecuación Michaelis-Menten:

  Tomando en cuenta la siguiente reacción:


 
 
Donde K 1  corresponde a la constante de formación del complejo enzimático ES y K -1  es
la  constante  que  corresponde  a  la  descomposición  de  ES.  Por otro  lado,  K 2   corresponde  a  la
constante de la formación del productor (P) a partir de ES y K -2  corresponde la reacción inversa
de  la  formación  del  producto  a  partir  del  complejo  enzimático.  También  se  suponen  ciertas
condiciones  iniciales;  las  velocidades  inicial,  es  decir  K -2   es  despreciable  (se  trabaja  en  los
tiempos iniciales de la reacción, donde las velocidades iniciales son lineales), además se asume
que [S]>>[E] (típico de una reacción enzimática) y finalmente que la reacción está en el steady
state, es decir d[ES]/dt = 0.

Con  decir  que  la
formación  de  ES
(k 1 [E][S])  es  igual  a  su
desaparición  uno  hace
referencia  al  proceso  de
producción  de  producto
(K 2 [ES])  y  la
descomposición  del
complejo  enzimático  
(K -1 [ES]).
NOTA: La Km es una concentración por lo que se mide en M o mM.

  Pero la velocidad de aparición de P en las condiciones Michaelianas está dada por:
V = K 2 [ES]




 
Pero, también, la velocidad máxima de la reacción se dará cuando [E T ] = [ES] (cuando la
enzima está saturada y todas las moléculas estén participando en la reacción), es decir:
V m  = K 2 [E T ]

 Por lo tanto:  Al graficar la ecuación de Michaelis-Menten, da una hipérbola:












  A pesar de que se debe cumplir que [S]>>[E], la dependencia de la velocidad inicial en
[S] se da porque la formación de ES está en equilibrio con su disociación a E + S. Por lo tanto, se
le  adiciona  S,  que  al  crecer,  desplaza  el  equilibrio  hacia  la  formación  de  ES  y  aumenta  la
velocidad. A partir de esta representación gráfica, se cumplen ciertos casos especiales:

i.   Cuando v = ½ Vmax, [S] = Km

La Km es aquella concentración de sustrato con la que se alcanza la mitad de la velocidad
máxima.
ii.  Cuando [S] <<< Km, la velocidad tiene una dependencia lineal con S.
iii.  Cuando  [S]  >>>  Km,  la  velocidad  se  aproxima  asintóticamente  a
Vmax.

Considerando las condiciones iniciales donde se definió Km = (K -2  + K 2 )/K 1  y si se toma
en cuenta que K 2 <<K -1  (cuando se forma ES, el ES prefiere volver a E + S que transformarse en
P) entonces Km = K -1 /K 1 , la cual se define como la constante de disociación de ES o Ks. Y sólo
en este caso, cuando K 2 <<K -1  se establece que la Km da la idea de ser recíproco de la afinidad
de la enzima por el sustrato.
Tener  una  baja  Km  implica  que  se  necesita  una  baja  concentración  de  sustrato  para
alcanzar  la  mitad de  la  velocidad  máxima  y es en este caso (cuando K 2 <<K -1 ) que uno puede
decir que  la enzima estudiada es  muy  afín. Y cuando una enzima tiene una alta Km, no tiene
mucha afinidad con el sustrato.

A partir de Vm = K 2 [E T ] que corresponde a la velocidad limite de la reacción cuando la
enzima está saturada, se puede definir esta constante (K 2 ) como la constante catalítica (K cat ), K cat
= Vm/[E T ]. Esta constante tiene unidades de seg
-1
 y entrega un valor que se interpreta como el
número  de  moléculas  de  S  que  pasan  a  P  por  molécula  de  enzima  y  por  unidad  de  tiempo,
también se conoce como el número de recambio o el turnover number. Por ejemplo, una K cat  de
la enzima fumarasa es de 800s
-1
, lo que signfica que esta actúa 800 veces por segundo.
Este concepto no se debe confundir con la actividad enzimática (una unidad enzimática
es la cantidad de enzima que convierte una cierta cantidad de S en P en cierto tiempo) que se
mide en unidades/mL. Tampoco debe confundirse con la actividad específica (unidades/mg de
proteína). Pero en rigor, el solo valor de K cat  es una aproximación a la real eficiencia de una enzima,
porque hay que ver cuántas veces está aumentando la velocidad con respecto a la reacción no
catalizada. Esta constante puede entregar cuanto actúa una enzima, pero no indica cuanto se está
acelerando. Un mismo valor de K cat  para dos enzimas diferentes puede implicar una eficiencia
bastante distinta.

Por  tal  motivo,  se  suele  usar  la  razón  de  K cat /Km  como  una  mejor  referencia  de  la
eficiencia catalítica de una enzima o constante especifica. Tanto un valor alto de K cat  como una
baja Km (alta afinidad de E por S) contribuyen a aumentar el valor del K cat /Km.
Pero  hay  aún  algo  más,  K cat   la  hemos  obtenido  con  una  enzima  saturada.  Pero  si
quisiéramos medir la frecuencia con que la enzima transforma al S en P cada vez que interactua
con él, es mejor trabajar en una zona donde los encuentros de E con S sean más ocasionales. Ello
ocurrirá si [S] <<< Km (como ocurre en la célula). En estas condiciones:




El cuociente K s /Km, o K 1 K 2 /(K -1  + K 2 ), será máximo cuando K 2  >>> K -1  (el ES prefiere
ir  a  P  que  volverse  a  E  +  S),  o  sea  cuando  la  formación  de  P  sea  mucho  más  rápido  que  la
disociación de ES a E + S. En este caso, K 2 /Km = K 1 , que es la constante de velocidad de la
formación de ES a partir de E + S (de segundo orden: M
-1
seg
-1
). La velocidad de la reacción va
depender de que tan rápido difunda el sustrato por el medio hasta llegar a su sitio activo.

Se ha establecido que el factor de la difusión para E y un S promedio establece un límite
superior máximo para K 1  de 10
8
 – 10
9
 M
-1
seg
-1
. Se dice que enzimas que tienen K cat /Km en este
rango han alcanzado la “perfección”, porque catalizan la reacción cada vez que encuentran una
molécula de S.

La hipérbola Michaeliana es muy poco precisa para calcular Km y Vmax.

Por  lo  tanto,  es  mucho  más  útil  el  método  de  los  dobles  recíprocos,  o  la  ecuación  de
Lineweaver-Burk, la que representa una recta:




A  partir  de  esta  recta  se  puede  determinar  con
bastante precisión los valores de Vmax y Km.







 Reacciones Con Más de 1 Sustrato:

También se analizan con criterios de Michaelis-Menten, donde pueden suceder dos cosas:

1)  La  formación  de  ES 1 S 2   por
entrada  al  azar  u  ordenada
(formación  de  un  complejo
enzimático ternario)



2)  La salida de P 1  antes de la entrada de S 2  (Ping-pong)




Para  poder  distinguir  entre  cual  de  las  reacciones  está  tomando  lugar,  se  realiza  a  través  de
cinética enzimática (Lineweaver-Burk) dejando un sustrato S 1  constante en exceso y variando el
otro sustrato S 2 , donde  se obtienen rectas que  van disminuyendo al aumentar S 2 , si  las rectas
intersectan, hay ES 1 S 2 , y si son paralelas, es ping-pong.














Inhibición Enzimática:

Se da cuando un compuesto afecta la cinética de una enzima, puede ser de 3 tipos:

1)  Competitiva
2)  Acompetitiva
3)  Mixta o no-competitiva




 Competitiva: Sucede cuando el inhibidor (I) se une reversiblemente al sitio del S, por lo que hay
que aumentar [S] para alcanzar  la Vm. O sea,  no se altera Vm pero si Km. El hecho de estar
aumentando S desplaza a I.










α = 1 + [I]/Ki
Ki = [E][I]/[EI]


  Al alterar la concentración del inhibidor, la reacción enzimática irá deteniéndose. La Ki
es la constante de disociación del inhibidor, lo que da una idea de su eficiencia como tal. Una Ki
chica  significa  que  es  un  buen  inhibidor.  Puede  ser  calculada  sacando  la  pendiente  de  las
distintas  rectas  obtenidas  a  concentraciones  del  inhibidor  diferentes.  Al  alterar  las
concentraciones de I, la intersección con el eje y no se altera y como ese punto corresponde al
reciproco  de  la  Vmax,  se  puede  ver  que  el  I  no  altera  el  Vmax  pero  si  el  Km  dado  que  las
pendientes de las rectas son distintas entre sí al ir variando I.

Acompetitiva:El I no se une a la enzima, sino que se une a la enzima una vez que este unido a su
sustrato (se une a un sitio diferente del sitio activo), por lo tanto, al aumentar la concentración de
S, no se llega a Vmax.











α’ = 1 + [I]/Ki’
Ki’ = [ES][I]/[ESI]

  En este caso la cinética enzimática si muestra que se altera el Vmax dado que las rectas
intersectan en distintos puntos al eje y cuando se altera la concentración de I. Además se altera la
Km.
 Mixta o no-competitiva: En este caso, el I se une a un sitio distinto del sitio activo y lo hace
tanto a la E como al ES.



 
En este caso se altera tanto el Vmax como el Km. Puesto a que se une tanto a E como a ES,
podemos determinar una Ki y una Ki’.

Tabla Resumen:










  Se habla de Km o Vmax aparente cuando en una reacción con más de un sustrato, estos
parámetros se determinan variando la concentración de solo de ellos en presencia de un exceso
de los demás. Los valores de Km y Vmax se obtienen solo después de hacer un análisis cinético
más elaborado desarrollado por W.W. Cleland. En general los valores absolutos son semejantes a
los aparentes, por lo que se trabaja con las aparentes.

Otra  clasificación  de  estas  tres  inhibiciones  es  competitiva  y  mixta,  siendo  la
acompetitiva un caso especial de la mixta. Por cierto, todo esto se puede complicar. Cuando la E
tiene más de un S, el I puede ser competitivo para uno u otro si es que tienen distintos sitios de
unión. También puede unirse a ES 1  si la entrada es ordenada y ser acompetitivo para S 2 , etc.
  Existen también inhibidores suicidas, éstos se parece al S y son parcialmente modificadas
a  una  especie  que  se  une  en  forma  irreversible  a  la  E.  Pueden  ser  muy  útiles  como  agentes
terapéuticos.


 Regulación Enzimática:
  Hay distintos tipos de manera en que una enzima es regulada, esto puede ser por medio
del  alosterismo,  puede  haber  alguna  modificación  covalente  de  la  enzima  y  más
excepcionalmente, puede ser por unión a otras proteínas y por procesamientos proteolíticos.

  Enzimas Alostéricas: Típicamente catalizan la reacción inicial (comprometida) en una
vía metabólica y son reguladas por inhibición retroalimentativa por el producto final de la vía.
También pueden ser activadas por algún efector. Tanto inhibidores como activadores se unen a
sus  respectivos  sitios  alostéricos,  distintos  al  sitio  activo.  Por  lo  general  tienen  una  estructura
cuaternaria y los sitios activos y alostéricos pueden estar en subunidades diferentes.

  La  cinética  de  estas  enzimas  no  es  Michaeliana,  sino  es
sigmoidea.  De  modo  que  al  aumentar  la  concentración  de  S,
aumenta  la  velocidad  pero  no  de  manera  hiperbólica,  sino  de
forma  logarítmica.  Este  efecto  se  conoce  como  un  efecto
homotrópico positivo, donde una molécula de sustrato predispone
la enzima para reciba otro sustrato y eso lo predispone aun más y
así sucesivamente. En este caso no se habla de una Km sino una
K 0.5  que corresponde a la mitad de la Vmax. Este caso se ve en la
hemoglobina en presencia de O 2 .

 
  Los  efectores  ejercen  efectos  heterotrópicos  positivos
(activadores) o negativos (inhibidores). Los primeros se acercan
la cinética a una de tipo hiperbólico, mientras más activadores
hay, más hiperbólica se hará la curva. Los efectores cambian la
K 0.5  pero no el Vmax.




Una manera de explicar el efecto heterotrópico postivo (activador alostérico) es que este
produce  un  cambio  conformacional  en  su  subunidad  regulatoria  que  es  transmitida  a  la
subunidad catalítica, la que adopta una forma más afín al sustrato.

Efecto  heterotrópico  positivo:  A  medida  que  se
adiciona  la  molécula X (activador) a la enzima,  la
actividad enzimática aumenta. Va de 10% a 100%.





Efecto  heterotrópico  negativo:  En  este  caso,  la
molécula X (inhibidor) al adicionarse a la enzima,
reduce la actividad de esta enzima. Regulación por Modificación Covalente:modificaciones transitorias






















Un  caso  especial  de  la  regulación  enzimática  es  en  el  caso  de  la  glicógeno  fosforilasa,  que
presenta una regulación alostérica y covalente.


  La fosforilasa es una enzima
con dos dímeros que en tienen una
serina (aá nº 14), que se fosforila y
se activa la enzima por medio de un
mecanismo  hormonal.  La
regulación  alostérica  se  ve  con  el
efecto que tiene el AMP, dado que
cuando esta concentración aumenta,
hay  muy  poco  ATP.  Entonces  el
efecto  del  AMP  (alostérico)  y  el
efecto  hormonal  (covalente)  hacen
que esta enzima se fosforile.






 Isoenzimas:  Estas  son  enzimas  que  son  codificadas  por  genes  diferentes  y  que  catalizan  la
misma  reacción.  Esto  incluye  a  las  aloenzimas,  codificadas  por  alelos  en  el  mismo  genoma.
Como difieren entre sí en algunas propiedades (cinética, pI, efectos de activadores/inhibidores,
etc.) generalmente tiene un rol muy regulatorio.
  Una  izoenzima  muy  conocida  es  la  hexoquinasa  que  cataliza  la  siguiente  reacción:
Glucosa + ATP  Glucosa-6-P + ADP
  Hay cuatro hexoquinasas: I, II, III y IV. La I está presente en todos los tejidos y la IV,
también conocida como glucoquinasa, está presente principalmente en el hígado, el páncreas y el
cerebro.  La  I  tiene  un  bajo  Km  y  es  inhibida  por  glucosa-6-P.  La  glucoquinasa  (IV)  no  es
inhibida por la glucosa-6-P y tiene un alto Km. Como la función principal no es hacer glicolisis
sino suministrar glucosa a los tejidos, la alta Km de la glucoquinasa asegura que la glucosa no se
va a fosforilar cuando hay demanda de ella por los tejidos. A la vez, en condiciones en que la
concentración de glucosa es alta y hay menos demanda en los tejidos, la glucoquinasa continúa
fosforilando glucosa para que pueda ser usada para la síntesis de glucógeno (gluconeogenesis) en
el hígado.
  Las izoenzimas pueden ser también útiles en diagnostico clínico, por ejemplo, el lactato
deshidrogenasa (LDH) lleva a cabo la siguiente reacción:
piruvato + NADH + H
+
  lactato + NAD
+


La LDH tiene 5 cadenas peptídicas de dos diferentes tipos de monómeros: M y H. Las
variantes encontradas en el ser humano son:






  Las localizaciones de estas enzimas son distintas al igual que la función que posean, dado
que  los  distintos  tejidos  tienen  funciones  diferentes.  En  el  infarto  del  miocardio,  aumenta
principalmente  la  cantidad  de  LDH1  sérica,  una  situación  que  se  mantiene  hasta  24  horas
después  del  infarto.  Por  otra  parte,  se  observa  un  aumento  de  LDH5  en  diversas  patologías
hepáticas como la cirrosis, hepatitis y otras enfermedades.