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][][´

][,