Bioquímica · Prácticas Húmedas · Bloque I

Práctica 3 — Cinética enzimática

Laboratorio virtual: explora el efecto de la concentración de sustrato sobre la velocidad de reacción, obtén Km y Vmax por dobles recíprocos, distingue los tipos de inhibición enzimática y resuelve el banco de problemas.

Duración105 min
Facultad de Medicina · UNAMDepartamento de Bioquímica

Ecuación de Michaelis-Menten

La velocidad de una reacción enzimática depende de la concentración de sustrato según v = (Vmax · [S]) / (Km + [S]). Ajusta los parámetros y observa cómo cambia la curva hiperbólica y el punto de trabajo de la enzima.

⚙️ Parámetros del sistema enzimático

Vmax (velocidad máxima) 100 µmol/min
10200 µmol/min
Km (constante de Michaelis) 5.0 mM
0.2 mM40 mM
[S] concentración de sustrato 5.0 mM
060 mM
Velocidad v50.0 µmol/min
% de Vmax alcanzado50.0 %
Relación [S]/Km1.0
Régimen cinéticoMixto

📈 Curva de Michaelis-Menten

v vs [S] Vmax (asíntota) Km a ½Vmax Punto actual
50.0
v = (Vmax · [S]) / (Km + [S]) en µmol/min

📋 Significado fisiológico de Km y Vmax

🔑
Km = afinidad aparente
La Km es la concentración de sustrato a la que v = ½Vmax. Un Km bajo significa alta afinidad: la enzima se satura con poco sustrato. Sus unidades son de concentración y no dependen de la cantidad de enzima.
⛰️
Vmax = capacidad máxima
La Vmax se alcanza cuando toda la enzima está saturada ([S] ≫ Km). A diferencia de Km, la Vmax sí depende de la concentración de enzima: Vmax = kcat·[E]t. El kcat (número de recambio) mide moléculas de sustrato convertidas por segundo.
🍬
Hexocinasa vs. glucocinasa
La hexocinasa (Km ≈ 0.1 mM) está saturada a la glucemia normal: captura glucosa aun en ayuno. La glucocinasa hepática (Km ≈ 10 mM) sólo trabaja rápido tras una comida, cuando la glucosa portal sube: actúa como sensor de glucosa.

Gráfica de Lineweaver-Burk (dobles recíprocos)

Al invertir la ecuación de Michaelis-Menten se obtiene una recta: 1/v = (Km/Vmax)(1/[S]) + 1/Vmax. Es la forma clásica de obtener Km y Vmax a partir de datos experimentales y de identificar el tipo de inhibición.

⚙️ Parámetros

Vmax100 µmol/min
Km5.0 mM
Pendiente (Km/Vmax)0.0500
Ordenada al origen (1/Vmax)0.0100
Abscisa al origen (−1/Km)−0.200

Datos experimentales simulados

[S] (mM)v1/[S]1/v

📉 Dobles recíprocos

Recta de regresión Puntos experimentales
Cómo se lee
La recta corta el eje 1/v en 1/Vmax y el eje 1/[S] en −1/Km. La pendiente es Km/Vmax. Al linealizar, errores pequeños en las velocidades bajas (valores grandes de 1/v) se amplifican mucho: por eso hoy se prefiere el ajuste no lineal directo a la hipérbola, aunque Lineweaver-Burk sigue siendo insuperable para ver el tipo de inhibición.

Inhibidores enzimáticos

Selecciona el tipo de inhibición y observa simultáneamente cómo se modifican la hipérbola de Michaelis-Menten y la recta de Lineweaver-Burk. La clave diagnóstica está en qué parámetro cambia: Km aparente, Vmax aparente o ambos.

⚙️ Condiciones del ensayo

[I] concentración de inhibidor0.0 mM
010 mM
Ki (constante de inhibición)2.0 mM
0.2 mM10 mM
Factor α = 1 + [I]/Ki1.00
Km aparente5.00 mM
Vmax aparente100.0
Vmax/Km (eficiencia)20.0
Sin inhibidor Con inhibidor

📉 Lineweaver-Burk comparativo

Sin inhibidor Con inhibidor
Regla diagnóstica
Competitiva: las rectas se cortan sobre el eje 1/v (misma Vmax).
No competitiva: se cortan sobre el eje 1/[S] (misma Km).
Acompetitiva: las rectas son paralelas (misma pendiente Km/Vmax).

💊 Inhibidores de importancia médica

🫀
Estatinas — competitiva
Las estatinas son análogas del HMG-CoA e inhiben de forma competitiva la HMG-CoA reductasa, enzima limitante de la síntesis de colesterol. Al competir por el sitio activo, elevan la Km aparente sin cambiar la Vmax.
💊
Aspirina y alopurinol — irreversibles
La aspirina acetila de forma covalente e irreversible un residuo de serina de la ciclooxigenasa. El alopurinol, tras convertirse en oxipurinol, inhibe la xantina oxidasa y reduce la producción de ácido úrico en la gota.
🧪
Metanol y etanol — competencia terapéutica
En la intoxicación por metanol, el etanol se administra como inhibidor competitivo de la alcohol deshidrogenasa: al tener mayor afinidad, ocupa la enzima e impide la formación de formaldehído y ácido fórmico.

Banco de problemas

Diez ejercicios de velocidad, Km, Vmax, kcat, eficiencia catalítica e inhibición. Ingresa tu resultado, verifica y consulta el procedimiento si lo necesitas.

Bibliografía científica

Fuentes que sustentan esta práctica: cinética de Michaelis-Menten, linealización de Lineweaver-Burk, mecanismos de inhibición enzimática y su aplicación farmacológica. Los enlaces dirigen al DOI o a PubMed.

📐 Artículos originales de cinética enzimática

  • Michaelis L, Menten ML. Die Kinetik der Invertinwirkung. Biochem Z. 1913;49:333–369.clásico
  • Johnson KA, Goody RS. The original Michaelis constant: translation of the 1913 Michaelis-Menten paper. Biochemistry. 2011;50(39):8264–8269. DOItraducción
  • Briggs GE, Haldane JBS. A note on the kinetics of enzyme action. Biochem J. 1925;19(2):338–339. DOIestado estacionario
  • Lineweaver H, Burk D. The determination of enzyme dissociation constants. J Am Chem Soc. 1934;56(3):658–666. DOIdobles recíprocos

📘 Libros de texto: enzimas y catálisis

  • Nelson DL, Cox MM. Lehninger. Principios de bioquímica. 8.ª ed. Barcelona: Ediciones Omega; 2021. (Cap. 6: Enzimas.)
  • Rodwell VW, Bender DA, Botham KM, Kennelly PJ, Weil PA. Harper. Bioquímica ilustrada. 31.ª ed. México: McGraw-Hill; 2018. (Enzimas: cinética, mecanismo y regulación.)
  • Berg JM, Tymoczko JL, Gatto GJ, Stryer L. Bioquímica. 9.ª ed. Barcelona: Reverté; 2023.
  • Martínez F, Pardo JP, Riveros H. Bioquímica de Laguna y Piña. 8.ª ed. México: Editorial Manual Moderno; 2018.
  • Segel IH. Enzyme Kinetics: Behavior and Analysis of Rapid Equilibrium and Steady-State Enzyme Systems. New York: Wiley-Interscience; 1993.referencia

🍬 Isoenzimas y significado fisiológico de la Km

  • Wilson JE. Isozymes of mammalian hexokinase: structure, subcellular localization and metabolic function. J Exp Biol. 2003;206(Pt 12):2049–2057. DOI
  • Matschinsky FM. Glucokinase as glucose sensor and metabolic signal generator in pancreatic beta-cells and hepatocytes. Diabetes. 1990;39(6):647–652. DOIglucocinasa

💊 Inhibición enzimática con aplicación médica

  • Copeland RA. Evaluation of Enzyme Inhibitors in Drug Discovery. 2.ª ed. Hoboken: Wiley; 2013.
  • Endo A. The discovery and development of HMG-CoA reductase inhibitors. J Lipid Res. 1992;33(11):1569–1582. DOIestatinas
  • Vane JR. Inhibition of prostaglandin synthesis as a mechanism of action for aspirin-like drugs. Nature New Biol. 1971;231(25):232–235. DOIaspirina
  • Barceloux DG, Bond GR, Krenzelok EP, Cooper H, Vale JA. American Academy of Clinical Toxicology practice guidelines on the treatment of methanol poisoning. J Toxicol Clin Toxicol. 2002;40(4):415–446. DOImetanol/etanol

Nota docente: las referencias de libros de texto corresponden a ediciones representativas de uso corriente; verifica la edición disponible en la biblioteca. El simulador emplea la formulación de estado estacionario de Briggs y Haldane (1925); el factor α = 1 + [I]/Ki y las expresiones de Km y Vmax aparentes para las inhibiciones competitiva, no competitiva y acompetitiva siguen a Segel (1993).