Reac. EnzimáTicas

Universidad Nacional de TrujilloEscuela de Ingeniería Química

Cinética y CatálisisProf: Ms. Rosa Nomberto Torres

Ms. Rosa E. Nomberto Torres 2

Reacciones Enzimáticas

• Enzimas.

• Cómo trabajan las enzimas.

• Modelo de necanismo.

• Cálculos en un Reactor batch.

• Ejemplos.


Enzimas

• Son generalmente proteínas de alto peso molecular(15000<MW<varios millones).

• 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.

• Más de 2000 enzimas son conocidas.


...Enzimas

• 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.

• Las reacciones catalizadas enzimáticamente, son característica de muchas reacciones biológicas, en las cuales se aplica el criterio de seudo estado estable.


...Enzimas

• 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.

• Las enzimas catalizan las reacciones bajos condicioes: pH de 4-9 y temperatura de 75-160ºF.


Cómo trabajan las enzimas

• 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.

• 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.


Energía de activación en reacciones catalizadas enzimaticamente y no catalizadas


...Cómo tarabajan las enzimas

• Los aspectos moleculares de la interacción enzima-sustrato no es plenamente conocido.

• La interacción enzima-sustrato se da por fuerzas débiles.

• El sustrato se adhiere a lugares específicos de las enzimas denominados centros activos.

• El sustrato es una molécula relativamente pequeña y encaja en una cierta región de la enzima, la cual es una molécula mucho más grande.


Esquema de catálisis enzimática


• Sustrato (S): Es la sustancia que es químicamente transformada a una gran velocidad por la acción de una enzima.


Mecanismo

• Existen tres tipos de reacciones enzimáticas:

I. Enzima soluble – Sustrato insoluble.

II. Enzima insoluble – Sustrato soluble.

III. Enzima soluble – Sustrato soluble.


• Un ejemplo del tipo de reacción I, es la que usa enzimas como propeasas o amilasas en detergentes de lavandería.

• Sin embargo la reacción de la enzima ha causado controversia en relación a la contaminación de aguas.

• Una vez en solución, la enzima soluble puede digerir un sustrato insoluble como por ejemplo una mancha de sangre.


• 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.

• 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.


• Muchas de estas reacciones son homogéneas en fase líquida, es decir son del tipo III (enzima soluble – sustrato soluble).

• 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.


Ejemplo de reacción enzimática

• La acción catalítica de la ureasa podría originar la descomposición de urea a amoniaco y dióxido de carbono.

*ureasa.CONHNHk

ureasaCONHNH 221

22

222

22 CONHNHureasak

*ureasa.CONHNH

ureasaCONHk

OH*ureasa.CONHNH 2323222


• En forma simbólica:

S.Ek

SE 1

SEk

S.E 1

EPk

WS.E 2

Donde: E, S, W, E.S y P representan la enzima, sustrato, agua, el complejo enzima-sustrato y producto respectivamente.


Modelo de mecanismo para la cinética

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)


Sustituyendo (5) en (1), se obtiene: (6)

Donde vm representa la máxima velocidadLa hipotesis del seudo estado estable:

De la ec. (2) se obtiene: (7)

Sustituyendo (3) en (7) (8)

Despejando para [ES] (9)


(9) En (1) (10)

(11)

Los valores de Km y Vm se determinan a partir de datos experimentales

haciendo d[P]/dt = v, se obtiene: (12)


1. Doble recíprocos: Tomando el inverso de la ec. (12), y graficando se obtiene:


2.Gráfica de Eadie-Hofstee: La ecuación (12), se arregla de la manera siguiente:

Graficando se obiene Vm y Km


3. Gráfica de Hanes-Woolf.: Arreglando la ec. (12), se obtiene:

Graficando, se obtiene Vm y Km

Reac. EnzimáTicas

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