cinetica enzimatica- rosana
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Cinética enzimáticaEstágio de Docência Aluna: Rosana O. Henriques
Enzimas
• Catalisadores biológicos.
• Apresentam um alto grau de especificidade.
• Reações seguras.
• Possuem mecanismo de turnover,
desempenhando a mesma função
consecutivamente, sem serem consumidas no
processo.
Enzimas
• São econômicas, reduzindo a energia de ativação
necessária para a reação catalisada.
• São biodegradáveis, sendo o lodo residual
reciclado como biofertilizante.
• Não são tóxicas.
• Altamente eficientes: aumentando a velocidade
de reação de 108 a 1011 vezes mais rápida.
• Condições brandas.
Aplicação Industrial
•Alimentícia
•Têxtil
•Farmacêutica
•Detergentes
Catálise Enzimática ( Biocatálise):
Representaçãotermodinâmicada ação catalíticade uma enzima:(+) reação nãocatalisada(o) reaçãoenzimaticamentecatalisada
Durante a reação as enzimas:
Não alteram o estado de equilíbrio
•Abaixam a energia de ativação;
•Keq não é afetado pela enzima.
Não apresenta efeito termodinâmico global
G não é afetada pela enzima.
Componentes da Reação
EE ++ SS EE SS P P + + EE
Substrato se liga ao SÍTIO ATIVOda enzima
Video 1
Fatores que Influenciam a Velocidade das Reações Biocatalisadas:
1) Concentração do Substrato:
O efeito de [S] varia durante o curso de uma reação conforme [S] é convertido em [P]
Medir a velocidade inicial.
[E] = cte
[S] = V0 linear
[S] = V0 por incrementos cada vez menores
V0 = Vmáx
2) Temperatura:
• Depende do pH e da força iônica do meio;
• Acima da T ótima pode ocorrer
desnaturação da enzima- rompimento das
pontes de hidrogênio e nova conformação.
• A temperatura ótima depende de cada tipo
de enzima.
3) pH:
No valor ótimo de pH, a atividade da enzima é máxima.
Velocidade da reação: pH afasta do ótimo;
O pH ótimo é dependente dos grupos ionizáveis na reação
4) Concentração de Enzima:
A Velocidade de transformação do S em P é
proporcional a quantidade de E.
Podem ocorrer mudanças na linearidade
com :
• presença de inibidores na solução de enzima;
• presença de substancias tóxicas;
• presença de um ativador que dissocia a enzima;
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Victor Henri (1903):
1913 1913 Leonor Michaelis -Leonor Michaelis -EnzimologistaEnzimologistaMaud Menten - PediatraMaud Menten - Pediatra
E + SK1
K-1
ESKp
E + P
Etapa rápida Etapa lenta
Portanto:
A velocidade de formação de produto é dependente de [ES].
(eq. 1)
Essa expressão não é muito utilizada!!!
Como [ES] não é facilmente medida, precisamos descobrir uma expressão alternativa para [ES].
Excesso de substrato ESTADO ESTACIONÁRIO
[ES] permanece praticamente constante durante todo o tempo.
V reflete o estado estacionário.
No estado estacionário:
Velocidade de formação de ES = Velocidade de decomposição de ES
Para simplificar a equação 4, foi definida uma constante, KM, conhecida como Constante de Michaelis:
Note que KM é a razão da soma das taxas de desaparecimento do complexo ES pela taxa de formação deste.
quando KM é pequeno, k1 é relativamente
grande e a barreira de energia livre para a
formação do complexo é pequena, portanto a
ligação do substrato à enzima será forte e a
enzima irá catalisar a reação com baixas
concentrações.
KM, assim, reflete uma habilidade da enzima
a se ligar aos substratos e realizar a catálise.
desaparecimento
formação1
32 )(
k
kkKM
Substituindo a eq. 5 na eq. 4, teremos:
Na reação, pode-se assumir que o sítio da enzima pode estar ocupado ou livre. Assim a enzima existe em duas formas:
A forma livre E, e a forma ligada ES.
Substituindo a eq. 7 em 6, temos:
Que pode ser transformada em:
Podemos substituir esta eq. 9 na da velocidade inicial da reação
Em que situação teremos V= k3[E]TOTAL?
Quando a concentração de substrato for MUITO MAIOR que Km!
Como a velocidade máxima todas as enzimas estão na forma de complexo ES
[E]TOTAL= [ES]
a velocidade da reação não pode ser mais rápida do que quando todas as moléculas de enzimas estão na forma de complexo ES.
Portanto, enquanto houver E livre, pode-se aumentar a [S] até chegar em um ponto em que tudo estará como [ES], que é a velocidade máxima VMAX.
Vmáx = k3[E]TOTAL (eq.
11)
Então a equação 10, pode ser representada por:
Equaçao de Michaelis-Menten
Vmáx = k3[Et] (eq. 11)
v =
Vmax [S]
Km + [S]Km + [S]
[S]
v
Vmax
2
v = Vmax
v = Vmax [S]Km
Km
11
22
33
1- [S] Km>>[S]
2- [S] [S]>>Km
3- v = Vmax
2
Exercício
• A reação de p-nitrofenolfosfato → p-nitrofenol é catalisada pela enzima fosfatase. Para determinadas condições verificou-se que esta reação obedece a cinética de Michaelis-Menten onde Km= 0,5 mmol/L.min Vm=10mmol/L e a [E] 1,4 mg/L Calcule:
• O volume do reator batelada que produza 100 moles/h de p-nitrofenol a partir do p-nitrofenolfosfato 2M , com conversão de 75% utilizando [E]= 20mg/L. Sabe-se que o tempo entre uma batelada e outra é de 5h.
27
1[S]
1 v
-1Km
11VVmaxmax
Km
Vmax
Inclinação =
kmS
SV
km
V
SV
Km
V
1
][
1
]max[max
1
][
1
maxmax
10
•Quando y=o:
Modelos de Inibição Enzimática
• Alguns compostos podem ligar-se às enzimas
reduzindo sua atividade catalítica.
• Esses compostos são chamados inibidores.
• Inibidores irreversíveis: metais pesados formam um complexo com a enzima, deixando-a inativa.
▫ A inibição pode ser impedida somente utilizando
agentes quelantes como EDTA e citrato.
Modelos de Inibição Enzimática
•Inibidores reversíveis: podem se dissociar mais facilmente depois de ligados com a enzima. Apresentam-se de 3 formas:
▫Inibidores competitivos▫Inibidores não competitivos▫Inibição Acompetitica ( excesso de
substrato)
1) Inibição Competitiva
Ocorre entre substratos análogos, que acabam competindo com este no sítio ativo da enzima.
Efeitos: aumento do Km,app
Altas concentrações de substrato podem impedir a inibição.
Ki
ImKappmK
onde
SappmK
SVmv
SKi
ImK
SVmv
][1´,´
:
][,´
][
][][
1´
][
• Ocorre entre substratos
não análogos. O
inibidor liga-se ao sítio
ativo da enzima
bloqueando-o
• Efeito: redução da Vm.
2)Inibição Não-Competitiva
KiI
VmappVm
onde
KmS
SappVmv
][1
,
:
][
][,
3) Inibição Acompetitiva
• O inibidor é o próprio
substrato . Quando
em excesso ele pode
inibir a reação.
Ki
SSmK
SappVmv
²][][´
][,
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