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APÉNDICE I: DEDUCCIÓN DE LA ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN Para llegar a la descripción de la actividad enzimática en función de la concentración de sustrato descrita por Michaelis-Menten se tuvieron que realizar algunas consideraciones, debido a que existen varios pasos intermedios de la reacción, todos reversibles y a que la velocidad de formación de cada una de las especies involucradas depende no solo de su concentración sino también de las constantes de velocidad (k1, k-1, k2, k-2, kp, k-p) y que se encuentran en la siguiente reacción. Las simplificaciones y suposiciones para obtener la curva matemática que mejor se ajusta a los datos experimentales fueron las siguientes: 1. Suponer que hay un complejo central (ES), esto es que ES se rompe directamente en E + P. Simplificándose la reacción a dos pasos: Paso 1. Formación de ES que depende de: A) La velocidad de formación v1=k1[S] [E] B) La velocidad de disociación v-1=k-1[ES] Paso 2. Formación de productos que depende de: A) La velocidad de formación vp=kp[ES] B) La velocidad de disociación v-p=k-p[E] [P] 2. Asumir que la reacción reversa (P→S) es despreciable. La reacción es termodinámicamente factible y podemos establecer condiciones experimentales que minimicen la reacción reversa, por ejemplo añadiendo una enzima que convierta P en otra especie como Q y que está no reaccione con nuestra enzima. O bien podemos medir la velocidad de reacción a tiempos muy cortos en donde la reacción reversa es insignificante. Lo anterior nos simplifica la reacción: De tal forma que la velocidad a tiempos cortos correspondería a la velocidad inicial de reacción y quedaría expresada como sigue: Pero para formar el producto debemos considerar que tan rápido se rompe el complejo ES, quedando descrito en los dos siguientes pasos: Paso 1. En la formación del complejo ES debemos considerar: [E]total= [E] + [ES] entonces [E]= [E]total-[ES] V formación ES = k1 [S] [E] sustituyendo E en la ecuación de velocidad de formación de ES resulta: V formación ES = k1 [S] ([E] total -[ES]) Paso 2. Ruptura del complejo ES: Velocidad de ruptura ES = v-1+vp Sustituyendo las velocidades Velocidad de ruptura ES = k-1[ES] +kp[ES] 3. Suposición del estado estacionario de Briggs Haldane. Figura A.1. Cambios en las concentraciones de las especies involucradas en la catálisis. En el estado estacionario la concentración del complejo ES se mantiene pequeña y constante. En el modelo cinético del estado estacionario, hay un intervalo de tiempo durante la catálisis enzimática en el que la concentración del complejo ES es constante (Figura A.1), por lo tanto la velocidad de formación del complejo ES es igual al de su disociación: Despejando [ES] rearreglando Si regresamos a la ecuación de velocidad inicial ES, obtenemos lo siguiente: y sustituimos 4. Por último si se considera que la [S] >> [E] (Figura A.1) la interacción de S con E para formar ES no afecta significativamente la [S]. La enzima está saturada de sustrato y Entonces podemos definir la velocidad máxima de la enzima o Vmax como: Si sustituimos en la ecuación de velocidad inicial tendríamos que: Agrupando las constantes: Sustituyendo Km en la ecuación de velocidad inicial se obtiene la ecuación de Michaelis-Menten: