La comunicación celular es la capacidad que tienen todas las células de intercambiar información fisicoquímica con el medio ambiente y con otras células. La función principal de la comunicación celular es la de adaptarse a los cambios que existen en el medio que les rodea para sobrevivir a esos cambios, gracias al fenómeno de la homeostasis.

Dependiendo de organismos unicelulares o pluricelulares, existen dos tipos de comunicación celular:

Comunicación de organismos unicelulares

Las células unicelulares procariotas (como las bacterias) y las células eucariotas (como los protozoos), viven en un medio acuoso del que reciben múltiples estímulos fisicoquímicos como la luz, temperatura, salinidad, acidez, concentración de otras sustancias, a los que responden generalmente con movimiento, llamado taxia (quimiotaxia, fototaxia). Las células unicelulares captan de su microambiente estímulos y procesan la información que reciben a través de una vía de transducción de señales, que controla la dirección del movimiento de sus pseudópodos, flagelos o cilios. Los seres unicelulares móviles se adaptan al estado físico y químico de su entorno y pueden aproximarse o alejarse de varios estímulos, como un medio de competir para la supervivencia.

Estos organismos unicelulares también producen sustancias parecidas a las hormonas, que son captadas por individuos de su misma especie mediante receptores celulares de membrana específicos. Este intercambio de información les sirve para el intercambio genético, principalmente.

Comunicación intercelular en organismos multicelulares

Las células poseen en la membrana plasmática un tipo de proteínas específicas llamadas receptores celulares encargadas de recibir señales fisicoquímicas del exterior celular. Las señales extracelulares suelen ser ligandos que se unen a los receptores celulares. Existen tres tipos de comunicación celular según el ligando:

• Contacto celular con ligando soluble (hormona o factor de crecimiento).
• Contacto celular con ligando fijo en otra célula.
• Contacto celular con ligando fijo en la matriz extracelular.

Sistemas de comunicación celular

La existencia de organismos multicelulares, en los que cada una de las células individuales debe cumplir con sus actividades de acuerdo con los requerimientos del organismo como un todo, exige que las células posean un sistema de generación, transmisión, recepción y respuesta de una multitud de señales que las comuniquen e interrelacionen funcionalmente entre sí. Estas señales que permiten que unas células influyan en el comportamiento de otras son fundamentalmente químicas.

Comunicación endocrina

En la comunicación endocrina, las moléculas señalizadoras(hormonas) son secretadas por células endocrinas especializadas y se transportan a través de la circulación, actuando sobre células diana localizadas en lugares alejados del organismo. En los animales se producen más de 50 hormonas distintas por las glándulas endocrinas.

Comunicación paracrina

La comunicación paracrina es la que se produce entre células que se encuentran relativamente cercanas, sin que para ello exista una estructura especializada como es la sinapsis, siendo una comunicación local. La comunicación paracrina se realiza por determinados mensajeros químicos peptídicos como citocinas, factores de crecimiento, neurotrofinas o derivados del ácido araquidónico como prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos. También por histamina y otros aminoácidos. Puro 505 vespertino COBACH San Luis Rio Colorado Sonora, 2010

La comunicación paracrina es la que se realiza cuando se produce una hemorragia por rotura de un vaso sanguíneo, que para producir la hemostasia, intervienen diferentes tipos de células como las células endoteliales, las plaquetas, los fibroblastos, los macrófagos, etc. El mismo tipo de comunicación celular es el que ocurre durante la inflamación local.

Comunicación autocrina

La comunicación autocrina o autocomunicación es la que establece una célula consigo misma. Este tipo de comunicación es el que establece la neurona presináptica al captar ella misma en su receptores celulares, los neurotrasmisores que ha vertido en la sinapsis, para así dejar de secretarlos o recaptarlos para reutilizarlos. Muchas células en crecimiento como las células del embrión o las células cancerosas producen factores de crecimiento y los receptores para esos mismos factores de crecimiento y así perpetuar su proliferación, controlada en el caso del embrión y descontrolada en el caso del cáncer.

Comunicación yuxtacrina

Es la comunicación por contacto con otras células o con la matriz extracelular, mediante moléculas de adhesión celular. La adhesión entre células homólogas es fundamental para el control del crecimiento celular y la formación de los tejidos, entre células heterólogas es muy importante para el reconocimiento que realiza el sistema inmune. La comunicación yuxtacrina se realiza entre otros mecanismos por medio de las uniones celulares como las uniones gap.

Comunicación nerviosa

La comunicación nerviosa o neurotransmisión es un tipo especial de comunicación celular electroquímica, que se realiza entre las células nerviosas. En la neurotransmisión el flujo de información eléctrica recorre la dendrita y axón de las neuronas en una sola dirección, hasta alcanzar la sinapsis, donde en esa hendidura que separa ambas neuronas, la neurona presináptica segrega unas sustancias químicas llamadas neurotransmisores que son captadas por la neurona postsináptica, que transmite y responde a la información. Existen dos variedades de comunicación nerviosa que son:

• La neurosecreción o comunicación neuroendocrina, donde una neurona vierte una hormona a la circulación sanguínea para alcanzar a un órgano blanco distante.
• La comunicación neuromuscular, donde las neuronas motoras transmiten el impulso nervioso de contracción a las células musculares a través de una estructura semejante a la sinapsis llamada placa motora.

Comunicación por moléculas gaseosas

Es la comunicación en la que intervienen como mensajeros químicos sustancias gaseosas como el óxido nítrico y el monóxido de carbono.

BIBLIOGRAFIA 

• Equipo CNC del 5°B Matutino generacion 2007B. Proceso de comunicación celular [vídeo] http://www.youtube.com/watch?v=G_g73S9ZPzc  [ 31 de octubre 2010].
• Márquez, Silvia. Lassalle Andrea y colaboladores. Genoma Sur CBC. Bases Moleculares de la Comunicación Intercelular y la Transmisión de Señales [virtual]. http://www.genomasur.com/ani_07.htm [31 de octubre 2010]. 

Mecanismos de transporte a través de la membrana celular

La membrana Celular

La célula está rodeada por una membrana, denominada "membrana plasmática". La membrana delimita

el territorio de la célula y controla el contenido químico de la célula.

En la composición química de la membrana entran a formar parte lípidos, proteínas y glúcidos

en proporciones aproximadas de 40%, 50% y 10%, respectivamente. Los lípidos forman una doble

capa y las proteínas se disponen de una forma irregular y asimétrica entre ellos. Estos componentes

presentan movilidad, lo que confiere a la membrana un elevado grado de fluidez.

Por el aspecto y comportamiento el modelo de membrana se denomina "modelo de mosaico fluído"

Las funciones de la membrana podrían resumirse en :

1.TRANSPORTE

El intercambio de materia entre el interior de la célula y su ambiente externo.

2.RECONOCIMIENTO Y COMUNICACIÓN

Gracias a moléculas situadas en la parte externa de la membrana, que actúan como

receptoras de sustancias.

La bicapa lipídica de la membrana actúa como una barrera que separa dos medios

acuosos, el medio donde vive la célula y el medio interno celular.

Las células requieren nutrientes del exterior y deben eliminar sustancias de desecho

procedentes del metabolismo y mantener su medio interno estable. La membrana

presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite el paso de pequeñas

moléculas, siempre que sean lipófilas, pero regula el paso de moléculas no lipófilas.

El paso a través de la membrana posee dos modalidades:

Una pasiva, sin gasto de energía, y otra activa , con consumo de energía.

1.El transporte pasivo. Es un proceso de difusión de sustancias a través de la

membrana. Se produce siempre a favor del gradiente, es decir, de donde

hay más hacia el medio donde hay menos. Este tranporte puede darse por:

Difusión simple . Es el paso de pequeñas moléculas a favor del

gradiente; puede realizarse a través de la bicapa lipídica o a través de

canales proteícos.

1.Difusión simple a través de la bicapa (1). Así entran moléculas

lipídicas como las hormonas esteroideas, anestésicos como el

éter y fármacos liposolubles. Y sustancias apolares como el

oxígeno y el nitrógeno atmosférico. Algunas moléculas polares de

muy pequeño tamaño, como el agua, el CO2, el etanol y la glicerina,

también atraviesan la membrana por difusión simple. La difusión del

agua recibe el nombre de ósmosis

2.Difusión simple a través de canales (2).Se realiza mediante las

denominadas proteínas de canal. Así entran iones como el Na+, K+,

Ca2+, Cl-. Las proteínas de canal son proteínas con un orificio o canal

interno, cuya apertura está regulada, por ejemplo por ligando,

como ocurre con neurotransmisores u hormonas, que se unen a una

determinada región, el receptor de la proteína de canal, que sufre

una transformación estructural que induce la apertura del canal.

Difusión facilitada (3). Permite el transporte de pequeñas moléculas

polares, como los aminoácidos, monosacáridos, etc, que al no poder, que al

no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas

trasmembranosas faciliten su paso. Estas proteínass reciben el nombre

de proteínas transportadoras o permeasas que, al unirse a la

molécula a transportar sufren un cambio en su estructura que arrastra a

dicha molécula hacia el interior de la célula.

2.El transporte activo (4). En este proceso también actúan proteínas de

membrana, pero éstas requieren energía, en forma de ATP, para transportar las

moléculas al otro lado de la membrana. Se produce cuando el transporte se

realiza en contra del gradiente electroquímico. Son ejemplos de transporte

activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.

La bomba de Na+/K+ Requiere una proteína transmembranosa que bombea

Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta

proteína actúa contra el gradiente gracias a su actividad como ATP-asa,

ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el

transporte.

Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior,

con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una

gran importancia fisiológica. De hecho todas las células animales gastan más del

30% del ATP que producen ( y las células nerviosas más del 70%) para

bombear estos iones.

Toda la porción citoplasmática que carece de estructura y constituye la

parte líquida del citoplasma, recibe el nombre de citosol por su aspecto

fluido. En él se encuentran las moléculas necesarias para el mantenimiento

celular.

El citoesqueleto , consiste en una serie de fibras que da forma a la célula,

y conecta distintas partes celulares, como si se tratara de vías de

comunicacion celulares. Es una estructura en continuo cambio. Formado por

tres tipos de componentes:

1.Microtúbulos

Son filamentos largos, formados por la proteína tubulina. Son

los componentes más importantes del citoesqueleto y pueden formar

asociaciones estables, como:

Centriolos

Son dos pequeños cilindros localizados en el interior del

centrosoma Figura 1, exclusivos de células animales. Con el

microscopio electrónico se observa que la parte externa de los

centriolos está formada por nueve tripletes de microtúbulos

Figura 3 . Los centriolos se cruzan formando un ángulo de 90º.

Figura 2

Cilios y flagelos

Son delgadas prolongaciones celulares móviles que presentan

básicamente la misma estructura, la diferencia entre ellos es que

los cilios son muchos y cortos, mientras que los flagelos son

pocos y más largos.

Constan de dos partes: una externa que sobresale de la

superficie de la célula, está recubierta por la membrana

plasmática y contiene un esqueleto interno de microtúbulos

llamado axonema, y otra interna, que se denomina cuerpo basal

del que salen las raíces ciliares que se cree participan en la

coordinación del movimiento.

2.Microfilamentos

Se sitúan principalmente en la periferia celular, debajo de la

membrana y están formados por hebras de la proteína actina,

trenzadas en hélice, cuya estabilidad se debe a la presencia de ATP e

iones de calcio. Asociados a los filamentos de miosina, son los

responsables de la contracción muscular.

3.Filamentos intermedios

Formados por diversos tipos de proteínas. Son polímeros muy

estables y resistentes. Especialmente abundantes en el citoplasma de

las células sometidas a fuertes tensiones mecánicas (queratina,

desmina ) ya que su función consiste en repartir las tensiones, que de

otro modo podrían romper la célula.

Distribución en el citoplasma de los filamentos del citoesqueleto

Como se puede apreciar en los esquemas de la figura 5, los

microtúbulos irradian desde una región del citoplasma denominada centro

organizador de microtúbulos o centrosoma.

Los microfilamentos se encuentran dispersos por todo el citoplasma; pero

se concentran fundamentalmente por debajo de la membrana plasmática.

Los filamentos intermedios, se extienden por todo el citoplasma y se

anclan a la membrana plasmática proporcionando a las células resistencia

mecánica.

Está formado por una red de membranas que forman cisternas, sáculos y tubos

aplanados. Delimita un espacio interno llamado lúmen del retículo y se halla en

continuidad estructural con la membrana externa de la envoltura nuclear.

Se pueden distinguir dos tipos de retículo:

1.El Retículo endoplasmático rugoso (R.E.R.), presenta ribosomas unidos a su

membrana. En él se realiza la síntesis proteíca. Las proteínas sintetizadas por

los ribosomas, pasan al lúmen del retículo y aquí maduran hasta ser exportadas

a su destino definitivo.

2.El Retículo endoplasmático liso (R.E.L.), carece de ribosomas y está formado

por túbulos ramificados y pequeñas vesículas esféricas. En este retículo se

realiza la síntesis de lípidos.

En el reticulo de las células del hígado tiene lugar la detoxificación, que

consiste en modificar a una droga o metabolito insoluble en agua,en soluble en

agua, para así eliminar dichas sustancias por la orina.

Descubierto por C. Golgi en 1898, consiste en un conjunto de estructuras de

membrana que forma parte del elaborado sistema de membranas interno de las

células. Se encuentra más desarrollado cuanto mayor es la actividad celular.

La unidad básica del orgánulo es el sáculo, que consiste en una vesícula o cisterna

aplanada. Cuando una serie de sáculos se apilan, forman un dictiosoma. Además,

pueden observarse toda una serie de vesículas más o menos esféricas a ambos lados y

entre los sáculos. El conjunto de todos los dictiosomas y vesículas constituye el

aparato de Golgi.

El dictiosoma se encuentra en íntima relación con el retículo endoplásmico, lo que

permite diferenciar dos caras: la cara cis, más próxima al retículo, y la cara trans,

más alejada. En la cara cis se encuentran las vesículas de transición , mientras que en

la cara trans, se localizan las vesículas de secreción.

El sistema de membranas comentado al principio, constituye la respuesta de las

células eucariotas a la necesidad de regular sus comunicaciones con el ambiente en el

trasiego de macromoléculas. Para ello, se han desarrollado dos mecanismos en los que

el aparato de Golgi está involucrado.

La adquisición de sustancias se lleva a cabo por endocitosis, mecanismo que consiste

en englobar sustancias con la membrana plasmática para su posterior internalización.

La expulsión de sustancias se realiza por exocitosis , mecanismo que, en último

término, consiste en la fusión con la membrana celular de las vesículas que contienen

la sustancia a exportar.

Estos mecanismos dan sentido funcional al aparato de Golgi:

Maduración de las glucoproteínas provenientes del retículo.

Intervenir en los procesos de secreción, almacenamiento , transporte y

transferencia de glucoproteínas.

Formación de membranas: plasmática, del retículo, nuclear..

Formación de la pared celular vegetal.

Intervienen también en la formación de los lisosomas.

Bibliografia

Instituto químico biológico.Membrana plasmática [virtual] http://www.iqb.es/cbasicas/farma/farma01/sec01/c1_003.htm 

Universidad de Granada.Transporte de nutrientes [virtual] http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/06membrana.htm#_Toc54617740 

Hipertextos del área de biología. Mecanismos de transporte. [virtual] http://www.biologia.edu.ar/celulamit/transpor.htm 

Membrana Celular

La membrana está constituída de lípidos y proteínas. La parte lipídica de la membrana está formada por una película bimolecular que le da estructura y constituye una barrera que impide el paso de substancias hidrosolubles.

Las proteínas de la membrana están suspendidas en forma individual o en grupos dentro de la estructura lipídica, formando los canales por los cuales entran a las células, en forma selectiva, ciertas substancias.

La selectividad de los canales de proteínas le permite a la célula controlar la salida y entrada de substancias así como los transportes entre compartimentos celulares. Las proteínas de la membrana no solo hacen que el transporte a través de ella sea selectivo, sino que también son capaces de llevar a cabo transporte activo (transferencia en contra del gradiente de concentración).

Las demás funciones de la membrana, como son el reconocimiento y unión de determinadas substancias en la superficies celular están determinadas también por la parte proteica de la membrana. A estas proteínas se les llaman receptores celulares. Los receptores están conectados a sistemas internos que solo actúan cuando la substancia se une a la superficie de la membrana. Mediante este mecanismo actúan muchos de los controles de las células, algunos caminos metabólicos no entran en acción a menos que la molécula "señal", por ejemplo, una hormona, haya llegado a la superficie celular.

En la membrana se localizan unas glicoproteínas que identifican a otras células como integrantes de un individuo o como extrañas (inmunoreacción).

Las interacciones entre las células que conforman un tejido están basadas en las proteínas de las membranas.

Resumiendo, la estructura de las membranas depende de los lípidos y las funciones dependen de las proteínas.

Termodinámica Metabólica y Mitocondria

Todo organismo vivo requiere de un continuo suministro y consumo de energía para llevar a cabo todos los procesos biomecánicos, el transporte activo y la biosíntesis. Mediante procesos metabólicos que transforman unas moléculas en otras, un organismo obtiene energía del entorno y de los alimentos, siendo los procesos metabólicos complejas redes de reacciones químicas que continuamente degradan energía libre manteniendo el organismo en constante estado de no-equilibrio.

Energía 

Es la capacidad de realizar un trabajo. A pesar que existen varias formas de energía: química, luminosa, mecánica, etc. , solo hay dos tipos básicos:

	Potencial: es la capacidad de realizar trabajo como resultado de su estado o posición. Puede estar en los enlace químicos, en un gradiente de concentración, en un potencial eléctrico, etc.
	Cinética: es la energía del movimiento, puede existir en forma de calor, luz, etc.

En términos bioquímicos, representa la capacidad de cambio, ya que la vida depende de de que la energía pueda ser transformada de una forma a otra, cuyo estudio es la base de la termodinámica. Sus leyes son aplicables a los sistemas cerrados o aislados, es decir aquellos que no intercambian energía con el medio que los rodea; las células son sistemas abiertos, o sea pequeñas partes de un sistema cerrado mayor. Las leyes de la termodinámica expresan:

1º Ley: en un sistema aislado la energía no se crea ni se destruye, puede ser transformada de una forma en otra.

2º Ley: no toda la energía puede ser usada y el desorden tiende a aumentar, lo que se conoce como entropía. Metabolismo Cada célula desarrolla miles de reacciones químicas que pueden ser exergónicas (con liberación de energía) o endergónicas (con consumo de energía), que en su conjunto constituyen el METABOLISMO CELULAR. Si las reacciones químicas dentro de una célula están regidas por las mismas leyes  termodinámicas ... entonces cómo se desarrollan las vías metabólicas? 1. Las células asocian las reacciones: las reacciones endergónicas se llevan a cabo con la energía liberada por las reacciones exergónicas. 2.  Las células sintetizan moléculas portadoras de energía que son capaces de capturar la energía de las reacciones exergónicas y las llevan a las reacciones endergónicas. 3. Las células regulan las reacciones químicas por medio de catalizadores biológicos:ENZIMAS. ATP: Reacciones acopladas y transferencia de energía Las células acostumbran a guardar la energía necesaria para sus reacciones en ciertas moléculas, la principal es el: ATP, trifosfato de adenosina. Las células lo usan para capturar, transferir y almacenar energía libre necesaria para realizar el trabajo químico. Funciona como una MONEDA ENERGÉTICA. La función del ATP es suministrar energía hidrolizándose a ADP y Pi. Esta energía puede usarse para: obtener energía química: por ejemplo para la síntesis de macromoléculas; transporte a través de las membranas trabajo mecánico: por ejemplo la contracción muscular, movimiento de cilios y flagelos, movimiento de los cromosomas, etc. Estructura del ATP: es un nucleótido compuesto por la adenina (base nitrogenada), un azúcar (ribosa) y tres grupos fosfato. Imagen modificada de http://www.people.virginia.edu/~rjh9u/atpstruc.html Note que las cargas altamente ionizables de los grupos fosfatos hacen que se repelan unos de otros; por lo tanto resulta fácil separar uno o dos Pi (fosfatos inorgánicos, forma corta del HPO42-) del resto de la molécula. La hidrólisis del ATP da:  ATP + H2O ---> ADP + Pi El cambio de Energía libre.G o' = -7,3 Kcal/mol --> muy exergónica (elG de una célula viva está en - 12 Kcal/mol) 2. La hidrólisis del adenosín difosfato da: ADP + H2O ---> AMP + Pi G o' = -7,2 Kcal/mol --> muy exergónica Para sintetizar ATP (adenosín-trifosfato) a partir de ADP (adenosín-difosfato) se debe suministrar por lo menos una energía superior a 7,3 Kcal. Las reacciones que, típicamente suministran dicha energía son la reacciones de oxidación. ADP  +  Pi  + energía libre -->  ATP  + H2O  Síntesis del ATP Las células requieren energía para múltiples trabajos: Sintetizar y degradar compuestos Transporte a través de las membranas (activo, contra el gradiente de concentración). Endocitocis y exocitosis. Movimientos celulares. División celular Transporte de señales entre el exterior e interior celular Esta energía se encuentra en las moléculas de ATP, en las uniones químicas de alta energía  de los fosfatos. Las moléculas de ATP se ensamblan en las mitocondrias a partir del ADP y los Pi con la energía tomada de la ruptura de moléculas complejas como la glucosa, que a su vez deriva de los alimentos ingeridos.

Artículos

• Termodinámica de los procesos irreversibles de un metabolismo http://www.accefyn.org.co/revista/Vol_30/116/419%20a%20434.PDF
• Introducción al metabolismo y la energética bioquímica  http://www.uncp.edu.pe/botonpages/facultades/Industrias/descargas/BIOENERGETICA.pdf

Bibliografía

(1) Berg, J.M., Tymoczcko, J. L., Stryer, L., 2002. Biochemistry, Fifth Edition, W. H. Freeman and  Company, New York

(2) Albers, E., Bakker, B. M., Gustafsson, L., 2002. Modeling response of glycolysis in S. Cerevisiae cells harvested at diauxic shift., Molecular Biology Reports, 29, 119-123. 

(3) Winfree, A. T., The Geometry of Biological Time, Springer- Verlag, NY, 1980.

Importancia de estos artículos.

Estos trabajo muestran como se aplica la teoría termodinámica de los procesos irreversibles al estudio de sistemas dinámicos de reacción-difusión, siendo de especial interés el estudio del modelo matemático de Selkov el cual es ampliamente aceptado para la descripción del metabolismo de la glucosa.

Enzimas

En una reacción de orden cero, la velocidad de formación del producto es independiente de la concentración de sustrato: v = k En una reacción de primer orden la velocidad de formación de los productos es directamente proporcional a la concentración del sustrato: v = k [A]. Así, en la reacción: sacarosa + agua glucosa + fructosa

La velocidad de hidrólisis de la sacarosa es, en todo momento, proporcional a la concent ración de sacarosa. Dicho matemáticamente, donde [A] es la concentración de sacarosa a cada tiempo (t) y k es la constante de proporcionalidad. Se dice que ésta es una reacción de primer orden. Una reacción de segundo orden es aquella en la que la velocidad de formación del producto depende de la concentración de dos sustratos (como en una reacción de condensación): v = k [A1] [A2] del cuadrado de la concentración de un único sustrato (reacción de dimerización): v = k [A]2 En la tabla siguiente se resumen los distintos tipos de reacción, y la forma de calcular sus parámetros cinéticos. ORDEN CERO PRIMER ORDEN SEGUNDO ORDEN Expresión diferencial de la velocidad Ecuación integrada de la velocidad [A] = -kt + [A]0 Ln[A] = -kt + Ln[A]0 Vida media (t1/2) Representación que da lugar a una recta [A] vs t Ln[A] vs t 1/[A] vs t Signo de la pendiente negativo negativo positivo Significado de la pendiente -k -k k Significado de la ordenada en el origen [A]0 Ln[A]0 [A]0 es b eb 1/b

La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas. Estos estudios proporcionan información directa acerca del mecanismo de la reacción catalítica y de la especifidad del enzima. La velocidad de una reacción catalizada por un enzima puede medirse con relativa facilidad, ya que en muchos casos no es necesario purificar o aislar el enzima. La medida se realiza siempre en las condiciones óptimas de pH, temperatura, presencia de cofactores, etc, y se utilizan concentraciones saturantes de sustrato. En estas condiciones, la velocidad de reacción observada es la velocidad máxima (Vmax). La velocidad puede determinarse bien midiendo la aparición de los productos o la desaparición de los reactivos.

Al seguir la velocidad de aparición de producto (o de desaparición del sustrato) en función del tiempo se obtiene la llamada curva de avance de la reacción, o simplemente, la cinética de la reacción. A medida que la reacción transcurre, la velocidad de acumulación del producto va disminuyendo porque se va consumiendo el sustrato de la reacción (Figura de la derecha). Para evitar esta complicación se procede a medir la velocidad inicial de la reacción (v0). La velocidad inicial de la reacción es igual a la pendiente de la curva de avance a tiempo cero (Figura de la derecha). De esta forma, la medida de v0 se realiza antes de que se consuma el 10% del total del sustrato, de forma que pueda considerarse la [S] como esencialmente constante a lo largo del experimento. Además, en estas condiciones no es necesario considerar la reacción inversa, ya que la cantidad de producto formada es tan pequeña que la reacción inversa apenas ocurre. De esta forma se simplifican enormemente las ecuaciones de velocidad.

Para estudiar la cinética enzimática se mide el efecto de la concentración inicial de sustrato sobre la velocidad inicial de la reacción, manteniendo la cantidad de enzima constante. Si representamos v0 frente a [S]0 obtenemos una gráfica como la de la Figura de la derecha. Cuando [S]0 es pequeña, la velocidad inicial es directamente proporcional a la concentración de sustrato, y por tanto, la reacción es de primer orden. A altas [S]0, el enzima se encuentra saturada por el sustrato, y la velocidad ya no depende de [S]0. En este punto, la reacción es de orden cero y la velocidad es máxima (Vmax). Los estudios sistemáticos del efecto de la concentración inical del sustrato sobre la actividad enzimática comenzaron a realizarse a finales del siglo XIX. Ya en 1882 se introdujo el concepto del complejo enzima-sustrato como intermediario del proceso de catálisis enzimática.En 1913, Leonor Michaelis (foto de la izquierda) y Maud Menten (foto de la derecha)desarrollaron esta teoría y propusieron una ecuación de velocidad que explica el comportamiento cinético de los enzimas. Para explicar la relación oservada entre la velocidad inicial (v0) y la concentración inicial de sustrato ([S]0) Michaelis y Menten propusieron que las reacciones catalizadas enzimáticamente ocurren en dos etapas: En la primera etapa se forma el complejo enzima-sustrato y en la segunda, el complejo enzima-sustrato da lugar a la formación del producto, liberando el enzima libre: En este esquema, k1, k2 y k3 son las constantes cinéticas individuales de cada proceso y también reciben el nombre de constantes microscópicas de velocidad. Según esto, podemos afirmar que: v1 = k1 [E] [S] v2 = k2 [ES] v3 = k3 [ES] Se puede distinguir entre enzima libre (E) y enzima unido al sustrato (ES), de forma que laconcentración total de enzima, [ET], (que es constante a lo largo de la reacción) es: [ET] = [E] + [ES] Como [E] = [ET] - [ES], resulta que: v1= k1[S] [ET] - k1 [S] [ES] Este modelo cinético adopta la hipótesis del estado estacionario, según la cual la concentración del complejo enzima-sustrato es pequeña y constante a lo largo de la reacción (Figura de la derecha). Por tanto, la velocidad de formación del complejo enzima-sustrato (v1) es igual a la de su disociación (v2+ v3): v1 = v2 + v3 Además, como [ES] es constante, la velocidad de formación de los productos es constante: v = v3 = k3 [ES] = constante. Como v1=v2+v3, podemos decir que: k1[S] [ET] - k1 [S] [ES] = k2 [ES] + k3 [ES] Despejando [ES], queda que:  , siendo  , en donde la expresión (k2+k3)/k1 se ha sustituído por KM, o constante de Michaelis-Menten. Este enlace nos aporta una explicación sobre las razones que hacen de la KM un parámetro cinético importante. Por lo tanto, en el estado estacionario, la velocidad de formación del producto es: v = v3 = k3 [ES] = Para cualquier reacción enzimática, [ET], k3 y KM son constantes. Vamos a considerar dos casos extremos: A concentraciones de sustrato pequeñas ([S] << KM) v = (k3 [ET]/KM) [S]. Como los términos entre paréntesis son constantes, pueden englobarse en una nueva constante, kobs, de forma que la expresión queda reducida a: v = kobs [S], con lo cual la reacción es un proceso cinético de primer orden. A concentraciones de sustrato elevadas ([S] >> KM), v = k3 [ET]. La velocidad de reacción es independiente de la concentración del sustrato, y por tanto, la reacción es un proceso cinético de orden cero. Además, tanto k3 como [ET] son constantes, y nos permite definir un nuevo parámetro, la velocidad máxima de la reacción (Vmax): Vmax = k3 [ET], que es la velocidad que se alcanzaría cuando todo el enzima disponible se encuantra unido al sustrato. Si introducimos el parámetro Vmax en la ecuación general de la velocidad, (la fórmula recuadrada anteriormente), obtenemos la expresión más conocida de la ecuación de Michaelis-Menten: Hay enzimas que no obedecen la ecuación de Michaelis-Menten. Se dice que su cinética no es Michaeliana. Esto ocurre con los enzimas alostéricos, cuya gráfica v frente a [S] no es una hipérbola, sino una sigmoide (Figura de la derecha). En la cinética sigmoidea, pequeñas variaciones en la [S] en una zona crítica (cercana a la KM) se traduce en grandes variaciones en la velocidad de reacción.