cinetica enzimatica
cinetica enzimatica
Lo studio della velocità delle reazioni catalizzate da enzimi e della sua variazione in funzione del cambiamento di parametri sperimentali. Il procedimento alla base degli studi cinetici consiste nella misura della diminuzione della concentrazione della sostanza su cui agisce l’enzima (substrato) e della formazione del prodotto di reazione, a tempi diversi, in un sistema a composizione nota.
Curve cinetiche
La curva di c. e. della reazione indica la formazione del prodotto in funzione del tempo. Queste curve possono essere rese complicate da numerosi fattori, come l’instabilità dell’enzima stesso, l’inattivazione dell’enzima da parte dei prodotti di reazione, cambiamenti di pH, temperatura, ecc. L’osservazione quantitativa delle reazioni enzimatiche ha fornito un gran numero di informazioni sui meccanismi di catalisi e inibizione degli enzimi. Se un enzima (E) viene mescolato con un grande eccesso di substrato (S) si forma il complesso enzimasubstrato (ES). Tale complesso, che rappresenta uno stato transitorio, si forma durante la fase iniziale del processo di catalisi, detta stato prestazionario in quanto solitamente di durata molto breve e, di conseguenza, difficile da studiare. Infatti, per poter analizzare lo stato prestazionario, è necessario utilizzare tecniche particolari che permettono un mescolamento e un’analisi rapida delle soluzioni. Quando la concentrazione del complesso enzima-substrato diventa constante nel tempo si arriva allo stato stazionario e l’analisi delle reazioni in queste condizioni viene definita cinetica allo stato stazionario.
L’equazione di Michaelis-Menten
In una reazione enzimatica la velocità iniziale di reazione (V0) dipende dalla concentrazione di substrato ([S]). A concentrazioni constanti di enzima e basse di substrato, V0 aumenta in modo lineare in funzione della concentrazione del substrato. A concentrazioni di substrato molto alte (substrato in eccesso), V0 aumenta di meno tendendo a un valore massimo che viene definito velocità massima iniziale, Vmax. Gli enzimi che rispettano questa relazione tra la velocità della reazione catalizzata e la concentrazione del substrato seguono quella che viene chiamata cinetica di Michaelis-Menten. La concentrazione di substrato in cui V0 è pari alla metà della Vmax corrisponde alla costante di Michaelis-Menten (KM). La relazione quantitativa tra la velocità iniziale, la velocità massima iniziale, la concentrazione iniziale di substrato e KM è descritta dalla equazione di Michaelis-Menten: V0=Vmax [S]/(KM+[S]). Lo studio della c. e. allo stato stazionario permette di caratterizzare e confrontare l’efficienza catalitica di enzimi diversi. Indipendentemente dal meccanismo di una reazione enzimatica i parametri cinetici KM, kcat e il rapporto kcat / KM sono usati per descrivere le proprietà di una reazione enzimatica dove kcat indica il numero di molecole di substrato che vengono convertite in prodotto nell’unità di tempo da una singola molecola di enzima in condizioni di saturazione da parte del substrato.