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Cinética química
Clasificación de la reacciones químicasq
Número de molec. que reaccionan: Cinética:
• monomoleculares• bimoleculares• trimoleculares
• orden 0• primer orden• segundo orden• trimoleculares
• …• segundo orden• tercer orden
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1er orden: la velocidad es proporcional a la concentración d ide reactivo
A B
[A]0
dA [A]
[ ]0
tkdtdAv *=−=
[A][A]02
tt tt2
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tkAA *
30321
][][log −=A 303.2][ 0
pend = -kln [A]ln [A]
tt
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2do orden: la velocidad es proporcional al producto de la concentración de 2 reactivos (o a la segunda
i d d ll )potencia de uno de ellos)
A + B P
][dA ][dB ][dP dA][][][
dtdAv −=
][][
dtdB
−=][][
dtdP
+= [ ][ ]BAkdtdA
=−][][
2 A P
[ ]2][][ Ak
dtdA
=−][dt
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Las reacciones químicas deben salvar barreras energéticaspara transcurrir. Los catalizadores aceleran la velocidad de rx.
nerg
ía
Ea
E
A´Ea
B ΔG
Coordenada de reacciónCoordenada de reacción
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Equilibrio químico
A + B C + D
[ ][ ][ ][ ][ ][ ]BA
DCRTlnG ΔG 0 +Δ= [ ][ ]BA
[ ][ ]DC[ ][ ][ ][ ]BA
DCKeq =
En el equilibrio cuando ΔG = 0En el equilibrio, cuando ΔG = 0
ΔG° = -2,3 RT log Keqg q
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Si A + B C + D
Entonces en el equil. [C]*[D] > [A][B]
G° 0y ΔG° < 0
Si A + B C + DSi A + B C + D
Entonces en el equil. [C]*[D] < [A][B]q [ ] [ ] [ ][ ]
y ΔG° > 0
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Enzimas
Son catalizadores biológicos
Permiten que ocurran reacciones químicas dentro de los organismosg
Son en su mayoría proteínas pero también hay i d ARNenzimas de ARN
No afectan ΔG° ni la cte de equilibrioNo afectan ΔG ni la cte. de equilibrio
Son altamente específicas
Se denominan por la reacción catalizada más el fijsufijo asa
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Línea del tiempo en el estudio de enzimasenzimas
• Fines siglo 17, ppios del 18: digestion de carne por jugo gástrico,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”)• 1877: Kühne acuña el término enzima (de ενζυμον, en la levadura )• 1897: Buchner* publica su trabajo sobre enzimas en extractos de
levaduras muertas (zimasa).1912 Mi h li M t d ib l ió d l id d• 1912. Michaelis y Menten describen la ecuación de velocidad para reacciones catalizadas enzimáticamente
• 1926. 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• 1965. Phillips y col. cristalizan y resuelven la estructura de la lisozima1965. Phillips y col. cristalizan y resuelven la estructura de la lisozima
por difracción de rayos X• 1982. Cech* y Altman* descubren las ribozimas.
* Recibieron el Premio Nobel por sus trabajos
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Aplicaciones de las enzimasp
• Alimentación:amilasas (prod de azúcares de almidón)amilasas (prod. de azúcares de almidón)fermentaciones Proteasas: comida infantil, reducción de turbidez en cervezascelulasas y pectinasas (clarificantes)Renina: prod de quesoRenina: prod. de queso
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Aplicaciones de las enzimasp
• Industria del papel: amilasas, celulasas y ligninasas
• Biocombustibles: ligninasas, celulasas, lipasas• Jabones de lavar: proteasas, amilasas, lipasasJabones de lavar: proteasas, amilasas, lipasas• Biología molecular: enz. de restricción, ligasas,
etcetc.• Múltiples reacciones en la industria
farmacéuticafarmacéutica.
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Clasificación EC
consta de 4 elementos, por ejemplo 2.7.1.11
Primer elemento: clase
1.oxidorreductasas2 t f2.transferasas3.hidrolasas
4.liasas5.isomerasas
6.ligasas
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Segundo elemento: subclaseSegundo elemento: subclase
Tercer elemento: sub subclaseTercer elemento: sub subclase
C t l t ° d i d t d lCuarto elemento: n° de serie dentro de la sub subclase
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2.7.1.562.7.1.56Fosfofructokinasa
Fru6P + ATP Fru1,6bisP + ADP
2.7.1.90
Fru6P + PPi Fru1,6bisP + Pi
Fosfofructokinasa dep. de PPi oF t 6P i f f t 1 f f t fFructosa 6P, pirofosfato 1-fosfo transferasa
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¿Como se mide la cantidad de enzima?
Actividad enzimática
Unidad internacional (UI o U)
Cantidad de ez. que causa la qtransformación de 1 µmol de
sustrato por minuto en condicionessustrato por minuto, en condiciones óptimas de medida
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UI: µmol/min
Act. Específica: µmol/min*mg prot
N° de recambio o act molar: s-1N de recambio o act. molar: s
CEC: katal o catalUnidades: mol * s-1, mol*s-1*kg-1Unidades: mol s , mol s kg
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¿Cómo se puede seguir una reacción catali adareacción catalizada enzimáticamente?enzimáticamente?
A BMedida directa A BSe puede medir abs, rotación óptica, luminiscencia, fluorescencia, producción o consumo de CO2, O2, etc.
A B + C DA B + C DMediante reacciónacoplada
B + NADH C + NAD+
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EjemplosPiruvato kinasa
Piruvato + ADP PEP + ATP
Piruvato kinasa
PEP + HCO3- OAA + Pi
OAA + NADH malato + NAD+
Piruvato + ADP PEP + ATPluciferina + ATP luciferil adenilato + PPiluciferil adenylate + O2 oxiluciferina + AMP + luz
Glucosa oxidasa
Glucosa + O2 + H2O ác. glucónico + H2O22 H2O2 + 4-aminophenazona + 4-OH benzoato quinonimina
(roja)(roja)
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Cinética enzimática
Leonor Michaelis – Maud Menten(1879-1949) - (1879-1960)
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Sacarosa Glc + Fru+66 5° -22°66.5 22
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4000
3500
4000
vida
d 2500
3000
Act
iv
1500
2000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500500
1000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
[Sacarosa] (mM)
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AA
BB
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Modelo de M y M:Aproximación al equilibrio
S P
k+1 k+2 k+3E + S ∏ ES ∏ EP ∏ E + P (1)
k k kk-1 k-2 k-3
k+1 kpE S ES E P (2)E + S ∏ ES E + P (2)
k-1
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k+1 kppE + S ∏ ES E + P (2)
k-1
Si k+1 y k-1 >> kp
Se tienen condiciones de equilibrio químico
v = kp [ES] (3)
[E]t = [E] + [ES] (4)[ ]t [ ] [ ] ( )
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[ ]ESkv p
[ ][ ]
[ ] [ ]ESEEp
t += (5)
[ ][ ] [ ]SkSE v = k [E][S](6)
[ ][ ][ ] [ ] [ ][ ]E
KSES
kk
ESSEK
s1
1s =∴==
+
−v+1 = k+1 [E][S]yv-1 = k-1 [ES][ ]
[ ]S
(7)
[ ][ ]EKSkv s
p(7)[ ] [ ] [ ][ ]E
KSE
KE
s
t +=
Ks
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[ ]S
[ ] [ ]s
t S1K
Ekpv
+= (8)[ ] [ ]
s
t
K1Ekp +
[ ]sK
Svkp [E]t = Vmax
(9)[ ]s
s
max
KS1
KV
v
+=
sK
[ ] (10)[ ][ ]SK
SV
vsmax +
= [ ]SKV smax +
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Ecuación de Michaelis Menten
[ ] VSv max*= [ ]SK
vs +
=
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Aproximación al estado estacionario (Briggs y Haldane)
k+1 kk+1 kpE + S ∏ ES E + P (2)
k-1
Si k+1 y k-1 son de la misma magnitud k t NO tique kp entonces NO se tienen
condiciones de equilibrio químico
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k+1 kppE + S ∏ ES E + P (2)
k-1
v = kp [ES] (3)
[ ]ESkv p
[ ][ ]
[ ] [ ]ESEEp
t += (5)
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R ió d f ióReacción de formación
k 1k+1 E + S ES (12)
Reacciones de descomposiciónkk-1
ES E + S (13)
ykpp
ES E + P (14)
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vf = k+1 [E][S] (15)
vd = k-1 [ES] + kp [ES] (16)
= (k-1 + kp)[ES]( -1 p)[ ]
[ ] 0ES∂[ ] 0t
=∂
k+1 [E][S] = (k-1 + kp)[ES] (17)
[E][S]k 1[ ])k(k
[E][S]kESp1
1
+=
−
+(18)
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1k1 + p1 kkK − +p1m kkK +
=− 1
mk
K+
= (19)
[ ] [E][S]ES =[ ]mK
ES =
[ ](5)
[ ]ESkv p=
[ ][ ]EKSkv s
p= (20)(5)[ ] [ ] [ ]ESEE t +
=[ ] [ ] [ ][ ]E
KSEE
s
t += (20)
Ks
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[ ] VSv max*= [ ]SK
vm +
=
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Determinación de Km y VMAX
Transformación de Lineweaver y BurkeTransformación de Lineweaver y Burke
[ ][ ] [ ]S
1VK
VSVKS
v1 mm *1
*+=
+= [ ] [ ]SVVSVv maxmaxmax *
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1/v
1/V1/Vmaxpendiente: Km/Vmax
1/[S]1/[S]-1/Km
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Transformación de Eadie-HofsteeTransformación de Eadie Hofstee
v
Vmax
pendiente: -Km
Vmax/Km
v/[S]
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Transformación de Woolf y Hanesy
[S]/v[ ] [ ] mKSS 1[ ] [ ]max
m
max VKS
VvS
+=1
Km/VmaxKm/Vmax-Km
[S]
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Sitio activo
SModelo de llave y cerradura
de Fischer
S
Enzima Enzima
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Modelo de ajuste inducido de Koshlandj
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Especificidad y eficiencia catalítica: el caso de la PEP Pasa
Sustrato Vmax(U/mg)
Km(mM)
Constante de especificidad(V /K )(Vmax/Km)
PEP 380 0.05 7600pNPP 1193 0.57 2093ATP 452 0.50 904ADP 714 0.74 964Glc1P 304 0.24 12676PGluconato 452 0.59 766Glc6P 80 2.01 40
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Especificidad: los residuos del sitio activo determinan la eficiencia catalítica
Enzima/Sustrato Vmax(U/ )
Km( M)
Constante de ifi id d(U/mg) (mM) especificidad
(Vmax/Km)M til l tMetilmalonatoWT 2.44 0.12 21T207S 2.13 0.06 35.5M306I 2.05 0.44 4.7EtilmalonatoWT 0.61 1.12 0.54T207S 6.11 0.14 43.6M306I 4.91 0.17 29
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