Enzimas multisustrato

La mayoría de las enzimas actúan sobre dos o más sustratos, y su cinética es más compleja que el caso de Michaelis-Menten de un solo sustrato. Las reacciones multisustrato proceden por mecanismos distintos, secuenciales o ping-pong, que difieren en si todos los sustratos deben unirse antes de que se libere cualquier producto. Estos mecanismos se pueden distinguir por los patrones que producen sus ecuaciones de velocidad en estado estacionario cuando se estudia la velocidad inicial en función de cada sustrato.

Definition

Una enzima multisustrato cataliza una reacción que involucra dos o más sustratos (y productos); su mecanismo cinético especifica el orden en que los sustratos se unen y los productos se liberan, clasificado principalmente como secuencial (todos los sustratos se unen antes de que se libere cualquier producto) o ping-pong (un producto se libera entre los eventos de unión del sustrato, a través de una enzima modificada).

Scope

El tema abarca la clasificación de los mecanismos multisustrato (especialmente bisustrato) en tipos secuenciales ordenados, secuenciales aleatorios y ping-pong, las ecuaciones de velocidad en estado estacionario y los patrones gráficos utilizados para distinguirlos, y la nomenclatura sistemática introducida para este propósito. Es una metodología de referencia, no una guía clínica.

Core questions

• ¿En qué orden se unen los sustratos y se disocian los productos?
• ¿Cómo difieren cinéticamente los mecanismos secuenciales y ping-pong?
• ¿Cómo se distinguen estos mecanismos a partir de los datos de velocidad inicial?
• ¿Qué revelan las pendientes e intersecciones de los gráficos de doble recíproco?

Key concepts

• Mecanismos secuenciales (de complejo ternario)
• Unión ordenada versus aleatoria
• Mecanismos ping-pong (de doble desplazamiento)
• Intermediario enzima-sustituida
• Patrones de doble recíproco de velocidad inicial
• Nomenclatura de Cleland (Uni, Bi, Ter)

Key theories

Clasificación de Cleland de los mecanismos multisustrato

Una nomenclatura sistemática y un conjunto de ecuaciones de velocidad en estado estacionario que clasifican las reacciones por el número de sustratos y productos y por el orden de unión, distinguiendo los mecanismos secuenciales ordenados y aleatorios de los mecanismos ping-pong.

Mechanisms

En los mecanismos secuenciales, todos los sustratos se unen para formar un complejo central antes de que se libere cualquier producto; la unión puede ser ordenada, con una secuencia definida, o aleatoria. En los mecanismos ping-pong, uno o más productos se liberan antes de que todos los sustratos se hayan unido, y la enzima cicla a través de una forma modificada, covalente o de otro tipo, entre las semirreacciones. Estos mecanismos se diagnostican cinéticamente midiendo la velocidad inicial mientras se varía un sustrato a varias concentraciones fijas del otro: los mecanismos secuenciales suelen producir familias de líneas que se intersecan en gráficos de doble recíproco, mientras que los mecanismos ping-pong producen líneas paralelas, porque en estos últimos los dos sustratos interactúan con diferentes formas enzimáticas. Una nomenclatura sistemática describe el número de sustratos y productos (Uni, Bi, Ter) y el orden de unión, y las ecuaciones de velocidad en estado estacionario correspondientes permiten asignar constantes cinéticas a pasos específicos.

Clinical relevance

El mecanismo de una enzima multisustrato determina cómo se comportan sus inhibidores con respecto a cada sustrato, lo cual es un antecedente relevante para la farmacología de los fármacos dirigidos a enzimas y para la interpretación de los ensayos enzimáticos. El tema describe estos mecanismos y sus firmas cinéticas como material de referencia y no constituye una base para decisiones individuales de diagnóstico o tratamiento.

History

Aunque las enzimas que actúan sobre múltiples sustratos fueron reconocidas durante mucho tiempo, un tratamiento cinético unificado surgió con la serie de Cleland de 1963, que introdujo una nomenclatura sistemática y las ecuaciones de velocidad en estado estacionario que permiten que los patrones de velocidad inicial identifiquen mecanismos ordenados, aleatorios y ping-pong. Tratamientos de libros de texto exhaustivos, como los de Segel, consolidaron posteriormente los métodos analíticos.

Key figures

• W. Wallace Cleland
• Irwin Segel
• Alan Fersht

Seminal works

• cleland-1963

Frequently asked questions

¿Cómo se puede distinguir un mecanismo secuencial de un mecanismo ping-pong?

Por el patrón de los gráficos de doble recíproco: variar un sustrato a varias concentraciones fijas del otro suele producir líneas que se intersecan para los mecanismos secuenciales y líneas paralelas para los mecanismos ping-pong.

¿Qué es un mecanismo ping-pong?

Es un mecanismo de doble desplazamiento en el que la enzima reacciona con un sustrato y libera un producto, dejando una forma enzimática modificada, antes de unirse al siguiente sustrato y completar la reacción.