Ejercicio resuelto de Enzimas · Biología · Galicia · 2023

PREGUNTA 1. LA BASE MOLECULAR Y FISICOQUÍMICA DE LA VIDA
En la gráfica de cinética enzimática que se muestra en la figura 1, se representa la velocidad de reacción de un enzima (eje vertical) con respecto a la concentración de substrato (eje horizontal) en ausencia (A) y en presencia (B) de un inhibidor competitivo.



A) Indique a qué hacen referencia las líneas horizontales señaladas por los números 1 y 2.
B) ¿A qué se refieren los números 3 y 4?
C) ¿Qué conclusión puede obtenerse de esta gráfica?
D) ¿Cómo se denomina el proceso que le sucede al enzima al superar los 60 ºC? ¿En qué consiste y qué consecuencias tiene?

$\mathbf{\text{A)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{hacen}}\mathbf{\text{referencia}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{neas}}\mathbf{\text{horizontales}}\mathbf{\text{se}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{aladas}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{2.}}$

Las dos líneas horizontales marcan valores de velocidad de reacción sobre el eje vertical.

La línea 1 es la velocidad máxima de la reacción, la que suele designarse como Vmáx. Es el valor al que tienden asintóticamente las dos curvas cuando la concentración de sustrato es muy grande, y corresponde a la situación en la que todas las moléculas de enzima están saturadas, es decir, con su centro activo ocupado.

La línea 2 es la mitad de la velocidad máxima, Vmáx dividida entre dos. Se traza porque es la referencia que permite definir la constante de Michaelis.

$\mathbf{\text{B)}}\mathbf{\text{¿A}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{refieren}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{3}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{4?}}$

Los números 3 y 4 están sobre el eje horizontal y señalan concentraciones de sustrato: en concreto, las concentraciones a las que cada curva alcanza la mitad de la velocidad máxima. Esa concentración es la constante de Michaelis, Km.

El número 3 es la Km de la enzima en ausencia de inhibidor, es decir, la de la curva A.

El número 4 es la Km aparente de la enzima en presencia del inhibidor competitivo, la de la curva B, y es mayor que la anterior.

La Km es una medida inversa de la afinidad: cuanto menor es, menos sustrato hace falta para que la enzima trabaje a media velocidad y mayor es su afinidad por él.

$\mathbf{\text{C)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{conclusi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{puede}}\mathbf{\text{obtenerse}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{gr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{fica?}}$

La conclusión es que un inhibidor competitivo aumenta la Km pero no modifica la velocidad máxima, y que su efecto se supera aumentando la concentración de sustrato.

Las dos curvas terminan alcanzando la misma línea 1: por muy alta que sea la concentración de inhibidor, si hay sustrato suficiente la reacción llega a la misma velocidad máxima. Eso ocurre porque el inhibidor y el sustrato compiten por el mismo sitio, el centro activo, y con mucho sustrato la probabilidad de que sea este el que lo ocupe se hace prácticamente total: el inhibidor queda desplazado.

Lo que sí cambia es la cantidad de sustrato necesaria. Con inhibidor hace falta la concentración 4, y sin él bastaba la 3, para llegar a la misma media velocidad; la enzima se comporta como si hubiera perdido afinidad por su sustrato.

Justamente por eso la gráfica permite reconocer que la inhibición es competitiva y no de otro tipo: en una inhibición no competitiva la velocidad máxima disminuiría y la Km no cambiaría.

$\mathbf{\text{D)}}\mathbf{\text{¿C}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{denomina}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{le}}\mathbf{\text{sucede}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{enzima}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{superar}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{60}}\mathbf{\text{ºC?}}\mathbf{\text{¿En}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{consiste}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{consecuencias}}\mathbf{\text{tiene?}}$

El proceso se denomina desnaturalización.

Consiste en la pérdida de la conformación espacial de la proteína. El calor aumenta la agitación de la molécula y rompe los enlaces débiles que sostienen los plegamientos: los puentes de hidrógeno de la estructura secundaria y los enlaces iónicos, los puentes de hidrógeno y las interacciones hidrofóbicas entre los radicales que sostienen la terciaria y la cuaternaria. La cadena queda desplegada, al azar. En cambio, los enlaces peptídicos no se rompen, de modo que la estructura primaria, la secuencia de aminoácidos, se conserva intacta.

La consecuencia inmediata es la pérdida de la actividad. El centro activo es una disposición precisa de unos pocos radicales que solo existe gracias al plegamiento; al deshacerse este, el centro activo desaparece, el sustrato ya no encaja y la enzima deja de catalizar la reacción.

Hay además dos consecuencias añadidas. Al quedar expuestos los radicales hidrofóbicos, que antes estaban en el interior, la proteína pierde solubilidad y suele precipitar o coagular; es lo que se observa al cocer un huevo. Y en la mayoría de los casos el proceso es irreversible: al enfriar de nuevo, la cadena no recupera su plegamiento original.

Por eso el calor sirve para esterilizar, y por eso cada enzima tiene una temperatura óptima por encima de la cual su actividad, en lugar de seguir aumentando, cae bruscamente.