Cinetica enzimatica, Biochimica

Per spiegare la cinetica enzimatica occorre porre alcune assunzioni. In una reazione enzima

substrato si considerano tre fasi: l'enzima e e substrato s si incontrano e formano il complesso

enzima-substrato es; giungiamo quindi nel cosiddetto stato stazionario, si accumula complesso

enzima-substrato con consumo di substrato; infine accumulazione di prodotto, nella terza fase

diminuisce il complesso enzima-substrato e si viene a formare il prodotto. Queste tre fasi possono

essere riassunte in un grafico.

Una reazione enzimatica semplice quindi si descrive nelle tre

fasi e+s-->es-->e+p. Il prodotto non si forma linearmente nè

all'inizio nè alla fine, perché c'è una zona in cui nella reazione si

accumula complesso es, mentre e è l'enzima libero. Questo andamento è molto complesso. Si

considera quindi la condizione di stato stazionario, consideriamo durante questo tempo il

complesso enzima substrato come costante, il substrato viene consumato linearmente col tempo e

il prodotto generato altrettanto linearmente (tutti i sistemi fisiologici funzionano quasi sempre in uno

stato stazionario, con le dovute eccezioni). Nelle reazioni chimiche normali non catalizzate, la

concentrazione del substrato tende a zero esponenzialmente; nella reazione enzimatica allo stato

stazionario abbiamo una retta. Quando si trasferisce il grafico consumo substrato / tempo e

velocità, è come se ottenessimo una reazione di primo ordine all'inizio, quasi come una retta, e si

trasforma in un asintoto, si trasforma in una reazione di ordine zero, le reazioni la cui velocità non

dipende più dalla concentrazione di substrato; quindi ad alto substrato la reazione diventa di ordine

zero, cioè si approssima ad un asintoto. La reazione enzimatica inizia come una reazione di primo

ordine, poi diventa una reazione di ordine zero. L'unione delle due rette dà un'iperbole.

La formazione del complesso es è un processo sempre reversibile, avrà due frecce e sarà

caratterizzato da una costante cinetica di formazione k1 e una costante cinetica di dissociazione di

es k-1.

Una volta formato il complesso es, il substrato viene modificato e si ottiene il prodotto.

Ci sono enzimi che catalizzano reazioni reversibili, altre reazioni irreversibili, le proteasi e le chinasi

(o sintetasi).

In genere formazione e dissociazione di es è un processo molto veloce, il processo lento è la

formazione del prodotto.

Per risolvere questa equazione, dovremmo conoscere tutti questi parametri. Per razionalizzare

l'iperbole, si ottiene un'equazione omografica (l'equazione di

un'iperbole con asintoti riferiti agli assi cartesiani) [si pone la y

uguale a v, uguale a costante per la variabile indipendente che

sarà s fratto km più s]. Avremo una equazione omografica in cui

le costanti a = 0 b = Vmax, , c sarebbe Km, d=1 e s=x. La famosa

equazione di Michaelis-Menten è un'equazione omografica, dove

la variabile dipendente è la velocità osservata di reazione e la

variabile indipendente è la concentrazione di substrato e

abbiamo due costanti Vmax e Km.

Definiamo Km e Vmax. Km è la costante di dissociazione del complesso es, è una costante di

equilibrio, misura l'affinità dell'enzima per il substrato (costante di dissociazione, più sarà grande,

più sarà bassa l'affinità dell'enzima per il substrato). Km è anche uguale al rapporto delle due

costanti cinetiche, K-1/K1, una costante di equilibrio termodinamica è uguale al rapporto fra le

costanti cinetiche del processo di formazione e quello di dissociazione. Km è quindi una costante

di uno dei due parametri più importanti per definire le proprietà di un enzima. L'altro parametro

importante è Vmax, è uguale a K2 per es per un'altra costante, indica la massima velocità che può

raggiungere un enzima in presenza di un eccesso di substrato. La velocità di una reazione

enzimatica aumenta all'aumentare della concentrazione di

substrato, però fino a un certo punto (c'è un asintoto), cioè ad

alte concentrazioni non aumenta più la velocità, otterremo

quindi la Vmax, la seconda costante dell'equazione.

L'equazione di Michaelis-Menten è dunque un'equazione

omografica della velocità della reazione omografica in

funzione della concentrazione di substrato e dipende da due

costanti Km e Vmax, con Km costante di dissociazione del complesso es ed è una costante di