Cinética química. Clasificación de la reacciones químicas. Número de molec. que reaccionan: monomoleculares bimoleculares trimoleculares

Transcripción

1 Cinética química Clasificación de la reacciones químicas Número de molec. que reaccionan: monomoleculares bimoleculares trimoleculares Cinética: orden 0 primer orden segundo orden tercer orden

2 1er orden: la velocidad es proporcional a la concentración de reactivo A B [A] 0 da v = = k * t dt [A] [A] 0 2 t 2 t

3 log [ A] 1 = [ A 0 ] k * t ln [A] pend = -k t

4 2do orden: la velocidad es proporcional al producto de la concentración de 2 reactivos (o a la segunda potencia de uno de ellos) A + B P v = [da ] [db ] [dp ] = + [ dt] [ dt] [ dt] [ da] ] = [ dt ] = k[ A][ B] 2 A P [ da ] = [dt ] k [ A] 2

5 Las reacciones químicas deben salvar barreras energéticas para transcurrir. Los catalizadores aceleran la velocidad de rx. nergía E A E a E a B ΔG Coordenada de reacción

6 Equilibrio químico A + B C + D ΔG = ΔG 0 + RTln [ C][ D] [ A ][ B ] K eq = [ C ][ D ] [ A][ B] En el equilibrio, cuando ΔG = 0 ΔG = -2,3 RT log Keq

7 Si A + B C + D Entonces en el equil. [C]*[D] > [A][B] y ΔG < 0 Si A + B C+D Entonces en el equil. [C]*[D] [ ] < [A][B] ] y ΔG > 0

8 Enzimas Son catalizadores biológicos Permiten que ocurran reacciones químicas dentro de los organismos Son en su mayoría proteínas pero también hay enzimas de ARN No afectan ΔG ni la cte. de equilibrio Son altamente específicas Se denominan por la reacción catalizada más el sufijo asa

9 Línea del tiempo en el estudio de enzimas Fines siglo 17, ppios del 18: digestion de carne por jugo gástrico, digestión de almidón a azúcares por saliva 1858: Pasteur habla de la fermentación como un principio vital 1877: Kühne acuña el término enzima (de ενζυμον, en la levadura ) ) 1897: Buchner* publica su trabajo sobre enzimas en extractos de levaduras muertas (zimasa) Michaelis y Menten describen la ecuación de velocidad d para reacciones catalizadas enzimáticamente Sumner* muestra que la ureasa es una proteína y la cristaliza 1930: Northrop* y Stanley* confirman esto con sus trabajos en pepsina, tripsina y quimotripsina Phillips y col. cristalizan y resuelven la estructura de la lisozima por difracción de rayos X Cech* y Altman* descubren las ribozimas. * Recibieron el Premio Nobel por sus trabajos

10 Aplicaciones de las enzimas Alimentación: amilasas (prod. de azúcares de almidón) fermentaciones Proteasas: comida infantil, reducción de turbidez en cervezas celulasas y pectinasas (clarificantes) Renina: prod. de queso

11 Aplicaciones de las enzimas Industria del papel: amilasas, celulasas y ligninasas Biocombustibles: ligninasas, celulasas, lipasas Jabones de lavar: proteasas, amilasas, lipasas Biología molecular: enz. de restricción, ligasas, etc. Múltiples reacciones en la industria farmacéutica.

12 Clasificación EC consta de 4 elementos, por ejemplo Primer elemento: clase 1.oxidorreductasas 2.transferasas 3.hidrolasas 4.liasas 5.isomerasas 6.ligasas

13 Segundo elemento: subclase Tercer elemento: sub subclase C t l t d i d t d l Cuarto elemento: n de serie dentro de la sub subclase

14 Fosfofructokinasa Fru6P + ATP Fru1,6bisP + ADP Fru6P + PPi Fru1,6bisP + Pi Fosfofructokinasa dep. de PPi o Fructosa 6P, pirofosfato f 1-fosfo f transferasa

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16 Como se mide la cantidad de enzima? Actividad enzimática Unidad internacional (UI o U) Cantidad de ez. que causa la transformación de 1 µmol de sustrato por minuto, en condiciones óptimas de medida

17 UI: µmol/min Act. Específica: µmol/min*mg prot N de recambio o act. molar: s -1 EC: katal o catal Unidades: mol * s -1, mol*s -1 *kg -1

18 Cómo se puede seguir una reacción catalizada ada enzimáticamente? Medida directa A B Se puede medir abs, rotación óptica, luminiscencia, fluorescencia, producción o consumo de CO 2, O 2, etc. Mediante reacción acoplada A B+ C D B + NADH C + NAD +

19 Piruvato kinasa Ejemplos Piruvato + ADP PEP + ATP PEP + HCO - 3 OAA + Pi OAA + NADH malato + NAD + Piruvato + ADP PEP + ATP luciferina + ATP luciferil adenilato + PPi luciferil adenylate + O 2 oxiluciferina + AMP + luz Glucosa oxidasa Glucosa + O 2 + H 2 O ác. glucónico + H 2 O 2 2 H 2 O aminophenazona + 4-OH benzoato quinonimina (roja)

20 Cinética enzimática Leonor Michaelis Maud Menten ( ) - ( )

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22 Sacarosa Glc + Fru

23 Activ vidad [Sacarosa] (mm)

24 B A

25 Modelo de M y M: Aproximación al equilibrio S P k +1 k +2 k +3 E + S ES EP E + P (1) k -1 k -2 k -3 k +1 k p E + S ES E + P (2) k -1

26 k +1 k p E + S ES E + P (2) k -1 Si k +1 y k -1 >> k p Se tienen condiciones de equilibrio químico v = k p [ES] (3) [E] t = [E] + [ES] (4)

27 v k [ ES] p [ E] [ E] [ ES] = (5) t + K [ E ][ S ] k [ ] 1 S = [ ES] [ E] [ ES ] k + 1 Ks s = = (6) v +1 =k +1 [E][S] y v -1 = k -1 [ES] v E = k p [ ] [ E] t + [ S] [ E] K s S E Ks [ ] [ ] (7)

28 v kp [ S] s = (8) [ E ] [ S ] t K 1 + K s kp [E] t =Vmax v V max = 1+ [ S] K Ks [ S] K Ks (9) v = V max K s + [ S] [ S ] (10)

29 Ecuación de Michaelis Menten v = [ S] * Vmax K [ S] s +

30 Aproximación al estado estacionario (Briggs y Haldane) k +1 k p E + S ES E + P (2) k -1 Si k +1 y k -1 son de la misma magnitud que k p entonces NO se tienen condiciones de equilibrio químico

31 k +1 k p E + S ES E + P (2) k -1 v = k p [ES] (3) v E [ ] k [ ES ] p [ E] [ ES] = (5) t +

32 Reacción de formación k +1 E + S ES (12) Reacciones de descomposición k -1 ES E + S (13) y k p ES E + P (14)

33 v f = k +1 [E][S] (15) v d = k -1 [ES] + k p [ES] (16) = (k -1 + k p )[ES] [ ES] t = 0 k +1 [E][S] = (k -1 + k p )[ES] (17) [ ES] = k + 1[E][S] 1 (k 1+ kp) (18)

34 1 k + 1 k 1+ kp Km m 1 p + 1 = K k + k = (19) k [ ] ES = v k [ ES] p = [ E] [ E] [ ES] t + [E][S] Km (5) v E k p [ S] [ E] Ks S K = (20) [ ] [ E] t + [ ] [ E] Ks

35 v = [ S] * Vmax K [ S] m +

36 Determinación de K m y V MAX Transformación de Lineweaver y Burke [ S] 1 + Km 1 Km = = + v V * max * * 1 [ S ] V V [ S ] max max

37 1/v 1/V max pendiente: K m /V max -1/K m 1/[S]

38 Transformación de Eadie-Hofstee v V max pendiente: -K m V max /K m v/[s]

39 Transformación de Woolf y Hanes [ S ] S = 1 v V max [ S ] + K V Km max [S]/v K m /V max -K m [S]

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41 Sitio activo S Modelo de llave y cerradura de Fischer S Enzima Enzima

42 Modelo de ajuste inducido de Koshland

43 Especificidad y eficiencia catalítica: el caso de la PEP Pasa Sustrato Vmax (U/mg) Km (mm) Constante de especificidad (Vmax/Km) PEP pnpp ATP ADP Glc1P PGluconato Glc6P

44 Especificidad: los residuos del sitio activo determinan la eficiencia catalítica Enzima/Sustrato Vmax Km Constante de (U/mg) (mm) especificidad id d (Vmax/Km) Metilmalonato l t WT T207S M306I Etilmalonato WT T207S M306I

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