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REVISTA MEXICANA DE INGENIERÍA QUÍMICA Vol. 7, No. 1 (2008) 21-27

AMIDIQ

MODELACIÓN DE CATÁLISIS ENZIMÁTICA CON ENZIMAS ALOSTÉRICAS
ENZYMATIC CATALYSIS MODELLING WITH ALLOSTERIC ENZYMES
J. S. Aranda* y E. Salgado
Departamento de Bioingeniería, Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología, IPN, Av. Acueducto s/n,
Col. La Laguna Ticomán, Del. G. A. Madero, C. P. 07340, México,D. F., México.
Recibido 7 de Octubre 2007; Aceptado 15 de Abril 2008
Resumen
Las enzimas alostéricas regulan la velocidad de la reacción que catalizan en función de la concentración de un
inhibidor que modifica su actividad enzimática, generando una curva de saturación sigmoidal característica. Las
enzimas alostéricas son complejos enzimáticos generalmente constituidos de una subunidadcatalítica y una
fracción regulativa, y la actividad catalítica del complejo se establece por la cooperación entre esas subunidades
enzimáticas. La simulación realista de fenómenos biocatalíticos alostéricos depende de la modelación del
comportamiento cinético de la enzima. La cinética enzimática basada en la forma cooperativa del complejo
alostérico puede modelarse utilizando interacciones entreagentes. La modelación con agentes permite la
representación de curvas de saturación sigmoidales, sin requerir los valores numéricos de parámetros cinéticos
necesarios en otros modelos cinéticos. Datos experimentales del complejo enzimático aspartato transcarbamilasa de
Escherichia coli son comparados con resultados teóricos de diferentes modelos para sistemas enzimáticos
alostéricos. Losresultados de la modelación de cinética enzimática basada en agentes muestran una correlación
adecuada con curvas de saturación experimentales.
Palabras clave: reacciones enzimáticas, enzimas alostéricas, cinética enzimática, modelación con agentes.
Abstract
Allosteric enzymes control reaction rates in biochemical reactions. The catalytic activity of allosteric enzymes
depends on the concentration ofa certain regulating compound. A simgoidal saturation curve is a characteristic of
the enzymes that exert allosteric control of reaction rates. These enzymes are rather large enzymatic complexes
usually composed of at least one catalytic subunit and a regulatory fraction, and the complex catalytic activity is
given by the cooperative interactions between those enzymatic subunits. Realisticsimulation of biocatalytic
allosteric phenomena requires an appropiate modelling of the enzyme kinetic behavior. Modelling enzymes with
cooperative kinetics can be achieved by defining interacting agents. Agent-based modelling allows an accurate
representation of sigmoidal saturation curves, without the kinetic parameters that are needed in other kinetic
models. Experimental data from Escherichiacoli aspartate transcarbamylase are compared to theoretical results
from different models for allosteric systems. Results from agent-based modelling show a good agreement with
experimental saturation curves.
Keywords: enzymatic reactions, allosteric enzymes, enzyme kinetics, agent-based modelling.
1. Introducción
Las enzimas son proteínas cuya función es catalizar
la transformación químicade sustratos a productos
específicos, mediante la estabilización de complejos
transitorios (Zanotti y col., 2006). Ciertas enzimas
(llamadas alostéricas) que controlan la velocidad de
rutas metabólicas completas, tienen un mecanismo
de regulación de su actividad catalítica por
acumulación de algún intermediario de la ruta
metabólica. El metabolito regulador se une a la
enzima modificandosu conformación estructural, y
por tanto su actividad. El comportamiento cinético
de las enzimas alostéricas genera curvas de

saturación de forma sigmoidal (Kantrowitz y
Lipscomb, 1988).
La aspartato transcarbamilasa de Escherichia
coli (E. C. 2.1.3.2) es el complejo enzimático
considerado como modelo de estudio de la
regulación alostérica (Roche y Field, 1999; Marchi y
Horas, 1980)....