Reacciones enzimaticas

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Reacciones enzimaticas

  1. 1. Universidad Nacional de Trujillo Escuela de Ingeniería Química Cinética y Catálisis Prof: Ms. Rosa Nomberto Torres
  2. 2. Reacciones Enzimáticas <ul><li>Enzimas. </li></ul><ul><li>Cómo trabajan las enzimas. </li></ul><ul><li>Modelo de necanismo. </li></ul><ul><li>Cálculos en un Reactor batch. </li></ul><ul><li>Ejemplos. </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  3. 3. Enzimas <ul><li>Son generalmente proteínas de alto peso molecular(15000<MW<varios millones). </li></ul><ul><li>Son específicas, versátiles y catalizadores biológicos muy efectivos, dando como resultado una más alta velocidad de reacción, comparada con las reacciones químicamente caalizadas bajo condiciones ambientales. </li></ul><ul><li>Más de 2000 enzimas son conocidas. </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  4. 4. ...Enzimas <ul><li>Son generalmente nombradas en términos de las reaccciones que catalizan. Es una práctica común adicionar el sufijo asa al nombre del sustrato sobre la cual va a actuar la enzima. P.e., la enzima que cataliza la descomposición de urea es la ureasa. </li></ul><ul><li>Las reacciones catalizadas enzimáticamente, son característica de muchas reacciones biológicas, en las cuales se aplica el criterio de seudo estado estable. </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  5. 5. ...Enzimas <ul><li>Una propiedad importante de las enzimas es que son específicas y pueden catalizar solamente a una reacción. P.e., una proteasa hidroliza solamente lazos específicos entre aminoácidos específicos en proteínas; una liptasa ataca a grasas, degradándolas a ácidos grasos y glicerol. </li></ul><ul><li>Las enzimas catalizan las reacciones bajos condicioes: pH de 4-9 y temperatura de 75-160ºF. </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  6. 6. Cómo trabajan las enzimas <ul><li>Las enzimas bajan la energía de activación de las reacciones catalizadas por atracción del sustrato, formando un complejo enzima-sustrato. Las enzimas no afectan la constante de equilibrio. </li></ul><ul><li>P.e., la energía de activación para la descomposición del peróxido de hidrógeno varía dependiendo del tipo de catalizador. Para la reacción no catalizada a 20 ºC, Ea=18 kcal/mol, para la reacción catalizada por la enzima catalasa, Ea=7 kcal/mol. </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  7. 7. Energía de activación en reacciones catalizadas enzimaticamente y no catalizadas Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  8. 8. ...Cómo tarabajan las enzimas <ul><li>Los aspectos moleculares de la interacción enzima-sustrato no es plenamente conocido. </li></ul><ul><li>La interacción enzima-sustrato se da por fuerzas débiles. </li></ul><ul><li>El sustrato se adhiere a lugares específicos de las enzimas denominados centros activos. </li></ul><ul><li>El sustrato es una molécula relativamente pequeña y encaja en una cierta región de la enzima, la cual es una molécula mucho más grande. </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  9. 9. Esquema de catálisis enzimática Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  10. 10. <ul><li>Sustrato (S): Es la sustancia que es químicamente transformada a una gran velocidad por la acción de una enzima. </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  11. 11. Mecanismo <ul><li>Existen tres tipos de reacciones enzimáticas: </li></ul><ul><li>I. Enzima soluble – Sustrato insoluble. </li></ul><ul><li>II . Enzima insoluble – Sustrato soluble. </li></ul><ul><li>III. Enzima soluble – Sustrato soluble. </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  12. 12. <ul><li>Un ejemplo del tipo de reacción I, es la que usa enzimas como propeasas o amilasas en detergentes de lavandería. </li></ul><ul><li>Sin embargo la reacción de la enzima ha causado controversia en relación a la contaminación de aguas. </li></ul><ul><li>Una vez en solución, la enzima soluble puede digerir un sustrato insoluble como por ejemplo una mancha de sangre. </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  13. 13. <ul><li>Las reacciones tipo II son las que se desarrollan por acción de los grupos de enzima a las superficies sólidas en procesos continuos, esto puede ser desarrollado de manera similar que un reactor catalítico de lecho empacado. </li></ul><ul><li>La más grande actividad en el estudio de las enzimas ha sido en relación con las reacciones biológicas, porque cada reaccion de síntesis y degradación en todas las células vivas, son controladas y catalizadas por enzimas específicas. </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  14. 14. <ul><li>Muchas de estas reacciones son homogéneas en fase líquida, es decir son del tipo III (enzima soluble – sustrato soluble). </li></ul><ul><li>Para la reacción enzimática sugerida por Levine y LaCourse, como parte de un sistema que podría reducir el tamaño de un riñón artificial. Se plantea la eliminación de nitrógeno de productos residuales tales como ácido úrico y creatinina. </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  15. 15. Ejemplo de reacción enzimática <ul><li>La acción catalítica de la ureasa podría originar la descomposición de urea a amoniaco y dióxido de carbono. </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  16. 16. <ul><li>En forma simbólica: </li></ul>Ms. Rosa E. Nomberto Torres Donde: E, S, W, E.S y P representan la enzima, sustrato, agua, el complejo enzima-sustrato y producto respectivamente.
  17. 17. Modelo de mecanismo para la cinética Ms. Rosa E. Nomberto Torres Para el producto: Para el complejo ES (1) (2) La conc. de la enz. total (3) La asunción de Michaelis y Menten Se asume un equilibrio rápido entre E y S para formar E.S (4) Reemplazando (3) en (4) y despejando [ES] (5)
  18. 18. Ms. Rosa E. Nomberto Torres Sustituyendo (5) en (1), se obtiene: (6) Donde v m representa la máxima velocidad La hipotesis del seudo estado estable : De la ec. (2) se obtiene: (7) Sustituyendo (3) en (7) (8) Despejando para [ES] (9)
  19. 19. Ms. Rosa E. Nomberto Torres (9) En (1) (10) (11) Los valores de K m y V m se determinan a partir de datos experimentales haciendo d[P]/dt = v, se obtiene: (12)
  20. 20. 1. Doble recíprocos : Tomando el inverso de la ec. (12), y graficando se obtiene: Ms. Rosa E. Nomberto Torres
  21. 21. 2.Gráfica de Eadie-Hofstee : La ecuación (12), se arregla de la manera siguiente: Ms. Rosa E. Nomberto Torres Graficando se obiene V m y K m
  22. 22. Ms. Rosa E. Nomberto Torres 3. Gráfica de Hanes-Woolf.: Arreglando la ec. (12), se obtiene: Graficando, se obtiene V m y K m

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