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Cinética Enzimática: Determinação da Taxa de Reação e Parâmetros Cinéticos, Slides de Sistemas Biológicos

A cinética enzimática, explorando a determinação da taxa de reação e a análise de parâmetros cinéticos como vmáx e ks. Através de exemplos práticos, o documento demonstra como calcular a atividade específica de uma enzima e como determinar a quantidade de produto formado em um determinado tempo. Além disso, o documento apresenta a equação de michaelis-menten e sua aplicação na análise de dados cinéticos.

Tipologia: Slides

2024

Compartilhado em 03/04/2025

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raissa-golin-1 🇧🇷

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Cinética enzimática
Como analisar o desempenho de uma enzima?
Como comparar o comportamento de duas enzimas que
processam o mesmo substrato?
E se elas processarem substratos diferentes?
Como se poderia definir o termo “atividade enzimática”?
Como se pode determinar a expressão da taxa de uma
reação enzimática?
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Cinética enzimática

❖ Como analisar o desempenho de uma enzima?

❖ Como comparar o comportamento de duas enzimas que

processam o mesmo substrato?

❖ E se elas processarem substratos diferentes?

❖ Como se poderia definir o termo “atividade enzimática”?

❖ Como se pode determinar a expressão da taxa de uma

reação enzimática?

Quantificação da atividade enzimática 2

UNIDADE DE ATIVIDADE ENZIMÁTICA

→ Uma unidade internacional (1U) de enzima é a quantidade que catalisa

a formação de 1 μmol de produto em um minuto em condições padronizadas

→ Atividade específica: U/massa de proteína total

Exemplo: Calcular a ATIVIDADE ESPECÍFICA (U/mg proteína) de glucoamilase em um preparado bruto. Adicionou-se 1 mL do preparado bruto, que continha 8 mg de proteína (total), em 9 mL de solução de amido a 4,44%. Os experimentos revelaram que a taxa inicial da reação produziu 0,6 μmol de glicose/mL.min. Neste caso específico: 1 U glucoamilase é definida como a quantidade de enzima que produz 1 μmol de glicose por minuto em uma solução aquosa de amido a 4% em pH 4,5 e 60oC. Cuidado … varia de acordo com cada tipo de enzima!!! 4

Atividade enzimática O valor da tangente expressa a

própria taxa (ou velocidade) da reação. Veja as unidades! mol/L.s → taxa volumétrica de reação! P (mol/L) Tempo (s) Taxa inicial da reação r 0 = 0,6 μmol de glicose/mL.min Amido (^) Glicose glucoamilase Reação : Preparado bruto 1 mL 8 mg prot. (total) 9 mL sol. amido 4,44% Experimento: 1 U glucoamilase: quantidade de enzima que produz 1 μmol de glicose por minuto (em uma solução 4% de Amido a pH 4,5 e 60 o C). Ajustar para a definição de U r 0 = 0,6 μmol de glicose/mL.min Base de cálculo: 1 mL Atividade específica: Em 10 mL Vtotal= 10 mL 5 Portanto:

7 / Reações elementares: são reações na qual a velocidade da reação corresponde à estequiometria da reação. Neste caso, a hipótese é que o número de colisões das moléculas é proporcional à velocidade da reação. Para uma reação do tipo: A velocidade (ou taxa) de consumo de A será dada pela expressão: Reações não-elementares: não há uma relação direta entre a estequiometria e a velocidade da reação.

8 / Reações reversíveis: a conversão de reagentes em produtos ocorre simultaneamente com a reversão de produtos em reagentes.

No EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO:

✓ cada reagente e produto apresenta concentração constante ao longo do tempo

✓ as reações não param ao longo do tempo!! As velocidades de reação direta e

inversa estão balanceadas e por isso não há variação líquida de concentração

A B Temperatura constante

REAGENTES PRODUTOS

Concentração (mols/m 3

Tempo (horas) Região cinética Região de equilíbrio B A

Reação reversível – Formação do complexo ES E + S

k 1

k- 1

ES

k: constante da taxa (ou velocidade específica) da reação ou constante da taxa de reação

No equilíbrio:

r

líquida,S

= 0 Duas importantes relações podem ser estabelecidas: Constante de equilíbrio (baseada na concentração) Constante de dissociação Importante para a proposição de modelos matemáticos em cinética e reatores químicos! EQ Importante para a proposição de modelos matemáticos em enzimologia e sistemas biológicos! EQ

CINÉTICA ENZIMÁTICA

Maude Menten - Pediatra

1902V.C.R. Henri

Leonor Michaelis - Enzimologista

11 journal Biochemische Zeitschrift

Observação experimental

  • Método das velocidades iniciais

de reação

  • Evitar acúmulo de produto e

desativação enzimática!

  • Conjunto de experimentos REATOR BATELADA Temperatura: constante [E] 0 : conhecida a quantidade (e atividade) de enzima adicionada inicialmente [S] 0 : Varia em cada reação! → monitorar a reação até cerca de 5% de consumo de S em cada condição
[E] 0
[S]0,
[E] 0
[S]0,
[E] 0
[S]0,
[E] 0

[S]0,n

[S]

V

P

(mol/L) Tempo (s) Em cada experimento: determinar a taxa inicial de reação 13

Enzimas - Cinética de saturação

Fonte: https://www.pathwayz.org/Tree/Plain/ENZYMES+%26+SUBSTRATE+CONCENTRATION (^) 14

Cinética Enzimática: Sistema com um Único Substrato

E + S ES E + P

k 1 k

- 1

k 2

Modelo cinético: Balanço de massa para a enzima:

A equação da velocidade ou taxa de

reação pode ser obtida a partir de

dois métodos:

  • Equilíbrio rápido
  • Hipótese do estado pseudo-

estacionário

16 É possível medir a concentração de enzima livre? E do complexo ES?

Cinética Enzimática Equilíbrio rápido 17

Perfil da Velocidade da Reação Reação em condições constantes de:

  • concentração de enzima total
  • pH (ótimo)
  • T (ótima) [S] V Vmáx S = KS 1/2 Vmáx 0 Cinética de primeira ordem Mistura de cinética de ordem zero e de primeira ordem Cinética de ordem zero Ordem da reação: Primeira ordem - [S] < 0,01 KS Ordem zero - [S] > 100 KS 19

o v deve ser medida em um tempo pequeno o suficiente

para que [S] permaneça praticamente constante.

o Para isto, não mais que 5 % do substrato deve ser utilizado

durante o tempo do ensaio.

Hipótese do Equilíbrio Rápido Validade da Equação de Henri-Michaelis-Menten:

PERGUNTA:

Para um sistema reacional enzimático Michaeliano, com um único

substrato, como se pode elevar a velocidade máxima da reação?

[S] V 20