Sistemas Multiespecies Reacciones bi-sustrato -...

Planta Piloto de FermentacionesDepartamento de Biotecnología

Sistemas MultiespeciesReacciones bi-sustrato

Sergio Huerta OchoaUAM-Iztapalapa


Reacciones bi-substratos

• El modelo de cinética enzimática de Michaelis-Menten fue derivado para una reacción de un substrato• La mayoría de las reacciones enzimáticas tienen múltiples substratos y productos• Las reacciones bi-substratos son aproximadamente el 60% de las reacciones enzimáticas conocidas

A + B P + Q E


1. Oxidoreductasas Catalizan reacciones redox en las cuales un sustrato es reducido a expensas de un segundo que es oxidado

2. Transferasas Catalizan reacciones en las cuales un grupo es transferido de un sustrato a otro

3. Hidrolasas Catalizan reacciones en las cuales un sustrato es hidrolizado

4. Liasas Catalizan reacciones en las cuales un grupo es eliminado de un sustrato para formar un doble enlace

5. Isomerasas Catalizan reacciones de isomerización

6. Ligasas Catalizan la unión de dos moléculas a expensas de ATP o de alguna otra “fuente de energía”

Reacciones catalizadas por enzimas

Price N.C. y Dwek R.A., Principles and Problems in Physical Chemistry for Biochemist

Solamente las reacciones de las categorías 4 y 5 pueden ser consideradas como reacciones realmente de un solo sustrato


Adición de substrato – liberación de producto

� El orden de la adición de substrato y liberación de producto en la mayoría de las reacciones enzimáticas sigue dos mecanismos de reacción

� Reacción secuencial– todos los substratos deben enlazarse a la enzima antes de que la reacción ocurra y los productos sean liberados

• Secuencial ordenada• Secuencial aleatoria

� Reacción Ping-pong– uno o más productos son liberados antes de que todos los substratos hayan sido adicionados y una forma estable alterna de la enzima, F, es producida a la mitad de la reacción


Reacción bi-bi secuencial ordenada

• Secuencial ordenada– la reacción tiene obligatoriamente un orden de adición de substrato y liberación de producto

A B P Q

EAE EAB-EPQ EQ E

Característica de muchas oxido-reductasas NAD(P)H-dependientes.


Mecanismo para una reacción bi-sustrato secuencial ordenada

[ ] [ ]

[ ] [ ] [ ]BAA

BA

max

KK

BA

K

A

KK

BA

V

v

⋅++

⋅

=1

E + A EA + B EAB E + P

Consideración de equilibrio rápido

La expresión de velocidad puede ser obtenida utilizando la consideración deequilibrio Rápido


[ ][ ][ ] [ ][ ]BAAKKK

BAVv

BBA ++= max

[ ] [ ] maxmaxmax

111

VBV

K

AV

KK

vBBA +

+=

[ ] maxmax

1

V

K

AV

KKm BBA +=

Haciendo una doble recíproca 1/v versus 1/[B]

Graficando las pendientes obtenidas para cada [A] versus 1/[A]

Reacción secuencial ordenada

1/V

1/[B]


• Secuencial aleatoria– la reacción no muestra preferencia por el orden de la adición de substrato y liberación de producto

AB

A B P

P

Q

Q

E EAB-EPQ E

EA

EB

EQ

EP

Reacción secuencial aleatoria

Característica de muchas quinasas y algunas dehidrogenasas.


[ ] [ ]

[ ] [ ] [ ] [ ]BABA

BA

max

KK

BA

K

B

K

A

KK

BA

V

v

⋅⋅+++

⋅⋅

=

α

α

1

E + B EB+A

+A

EA + B EAB E + P

KB

KAαααα KB

αααα KA

kp


Mecanismo para una reacción bi-sustrato secuencial aleatoria

La expresión de velocidad puede ser obtenida utilizando la consideración deequilibrio Rápido


[ ][ ][ ] [ ] [ ][ ]BAAKBKKK

BAVv

BABA +++=

αααmax

[ ] [ ] [ ]

++

+= 111

11

maxmax A

K

VBA

K

V

K

vAAB αα

[ ] maxmax

1

V

K

AV

KKm BBA αα

+=

[ ] maxmax

11

VAV

Kb A +=

α

Graficando las pendientes obtenidas para cada [A] versus 1/[A]

Graficando las ordenadas obtenidas para cada [A] versus 1/[A]

Reacción secuencial aleatoria

Haciendo una doble recíproca 1/v versus 1/[B]1/V

1/[B]


A P B Q

EA-FPE F FB-EQ E

[ ] [ ][ ] [ ] [ ] [ ]BAAKmBKm

BA

V

v

BA ⋅++⋅=

max


Mecanismo para una reacción bi-sustrato Ping-Pong

La expresión de velocidad puede ser obtenida utilizando la consideración deequilibrio rápido

Característica de:

AminotransferasasSerin proteasas


[ ][ ][ ] [ ] [ ][ ]BAAKBK

BAVv

BA ++= max

[ ] [ ]

++=

maxmaxmax

1111

VAV

K

BV

K

vAB

Haciendo una doble recíproca 1/v versus 1/[B]

Reacción Ping-Pong

Graficando las ordenadas obtenidas para cada [A] versus 1/[A]

[ ] maxmax

11

VAV

Kb A +=

1/V

1/[B]

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