EJERCICIOS DEL TEMA DE CATALISIS ENZIMATICA
Pr eguntas de repas repas o 1 ¿Cómo aumenta un catalizador la velocidad de reacción? 2 ¿Cuáles son las características de un catalizador? 3 Se sabe que cierta reacción procede lentamente a temperatura ambiente. ¿Es posible hacer que la reacción, ocurra con mayor velocidad sin cambiar la temperatura 4 Indique la diferencia entre catálisis homogénea y catálisis heterogénea. 5 Mediante un esquema describe cuales son los pasos mediante los cuales se lleva a cabo la catálisis heterogénea 6¿Las reacciones catalizadas por enzimas son ejemplo de catálisis homogénea o de catálisis heterogénea Explique. 7. La concentración de las enzimas enzimas en las células por lo general es muy pequeña ¿Cuál es la importancia biológica de este hecho? 8. cuál es la diferencia entre un cofactor y una coenzima? 9. Qué significa la Km? 10. Qué es un inhibidor en la catálisis enzimática? 11. Explica cómo se afecta la Vmax y La ks cuando ocurre inhibición competitiva, no competitiva y acompetitiva.
Problemas 1. Una enzima con Km de 2.4X10-4 M se ensayó a las siguientes concentraciones de sustrato: a) 1.8 X 10-7 M b) 5.8 X 10-5 M c) 10.24 M d) 1.8 X 10-3 M e) 0.07 M La velocidad observada a 0.05 M fue de 190 nmol/L·min. Calcula las velocidades iniciales en las otras concentraciones de sustrato.
2.
Las velocidades iniciales a varias varias concentraciones de sustrato para una reacción catalizada por un enzima son las que se muestran en la tabla, cuando la concentración total de la enzima fue de de 3x10-1 M [S] (moles/l) V (μmoles/min) 5x10-2 0.25 5x10-3 0.25 5x10-4 0.25 5x10-5 0.20 5x10-6 0.071 5x10-7 0.0096 a) ¿Cuál es la velocidad velocidad máxima y la Km de la enzima para esta reacción? b) Calcular la velocidad inicial para [S]=1x10-6 y [S]=1x10-1 c) ¿Cuál es la concentración de enzima libre para una [S] de 5x10-4 M? e) Calcular la velocidad de formación de producto para una concentración de sustrato 2x10-3 M f) ¿Por qué la velocidad inicial permanece constante a una [S] mayor de 5x10-3 M ET = E + ES,
E= ES(Km/S), ES = ET/(1+(Km/S))
Vmax= K2*ET , dP/dt = K2*ES
Una enzima se ensayó a una concentración inicial de sustrato de 2 X 10-5 M. En 6 minutos, se ha utilizado la mitad del sustrato. La Km para el sustrato es 5 X 10 -5 M. a) Calcula Vmax 3.
b)
Calcula K, si se asume que k
V max
Km
4. Un extracto enzimático crudo contenía 20 mg de proteína por mililitro. 10 l de ese extracto se adicionaron a un volumen total de reacción de 0.5 ml, lo que catalizó la formación de 30 nmoles de producto en 1 minuto de reacción bajo las condiciones de ensayo óptimas (pH y temperatura óptimos, concentraciones saturantes de las enzimas, sustratos, cofactores, etc). Expresa la velocidad de reacción en términos de: a. nmoles/ml·min b. nmoles/l·min c. moles/l·min d. M/min e. Cuál sería el valor de V si se utilizan los mismos 10 l de extracto pero el volumen final de reacción es de 1 ml? f. ¿Cuál es la concentración de la enzima en la mezcla de ensayo? g. ¿Cuál es la actividad específica de la preparación?
5. Los siguientes datos se obtuvieron de una enzima que cataliza la reacción S valores de Km y Vmax, justifica la elección del método que emplees. Sustrato (M) V(nmoles L-1 min-1) -6 7.33 x10 13.8 -5 0.98 x10 16.0 1.38 x10-5 18.0 -5 1.54 x10 22.6 1.95 x10-5 26.1 -5 2.43 x10 30.1 -5 3.40 x10 35.3 3.87 x10-5 40.0 -5 4.25 x10 44.8 5.89 x10-5 47.5 -5 8.23x10 53.4 112 x10-4 57.7 -4 2.07 x10 65.7
P,
determina los
6. Se listan los datos de velocidad inicial para la hidrólisis de 4-nitrofenil metil carbonato a 30ºC, pH 8.1 producidos por un anticuerpo catalítico. La concentración del anticuerpo fue de 1 µM. Para comparación se incluyen los datos de la hidrólisis del etil ester de bensoil-L-tirosina por tripsina a 30°C, pH 7.5. La concentración de la enzima fue 3. 4 mM, de la cual un 70% corresponde a enzima activa. Se reportan las velocidades iniciales de concentración de producto por minuto. Determine los valores de la constante catalítica y km para el anticuerpo catalítico y la tripsina.
S (µM) 210 110 85 64 42
Anticuerpo Vo (µM/min) 15.0 13.3 10.80 8.84 7.67
S (µM) 20 15 10 5.0 2.5
Tripsina Vo (µM/min) 315 298 254 220 109
7.
Los siguientes datos se obtuvieron al monitorear una reacción biológica catalizada por una enzima: [S] (M) 6.25 X 10-6 7.50 X 10-6 1.00 X 10-4 1.00 X 10-3 1.00 X 10-2
v
(nmoles*L-1*min-1) 14.0 55.25 62.0 76.9 74
a. Calcula los valores de Km y Vmax b. Calcula el valor de la velocidad cuando [S] = 2.5 X 10-5 M y cuando [S] = 5 X 10 -5 M. c. ¿Cuál será la velocidad si [S] = 5 X 10-5 M y la cantidad de enzima se duplica? 8. El tejido de hígado de embriones contiene una enzima que cataliza la reacción S P. El hígado adulto también muestra dicha actividad. A continuación se muestran algunos datos cinéticos. ¿Qué conclusiones puedes tener respecto a la identidad de las dos enzimas?
[S] (M) 1.67 X 10-5 2.5 X 10-5 3.33 X 10-5 5.0 X 10-5 7.0 X 10-5 1.0 X 10-4 1.5 X 10-4 1.67 X 10-4 2.0 X 10-4 3.0 X 10-4
Velocidad inicial observada (mol/ mg de proteína · min) Extracto de hígado adulto Extracto de Hígado de embrión (E2) (E1) 1.15 5.45 1.70 6.10 2.08 7.89 2.96 10.00 3.98 11.43 4.98 13.03 6.93 14.75 7.45 15.05 8.00 15.89 10.50 17.45
9. Durante daño severo en el hígado, una enzima (E1 del problema anterior) es liberada en el torrente sanguíneo. Después de ejercicio severo, una enzima muscular, E3, que cataliza la misma reacción que E1 también es liberada al torrente sanguíneo. E1 y E3 pueden diferenciarse fácilmente, debido a que tienen distintos valores de Km (el Km de la enzima muscular es 2X10 -5 M). Un ensayo de una muestra de sangre tomada de un paciente inconsciente se muestra en la siguiente tabla. Este paciente tiene una enfermedad del riñón o simplemente se sobre ejercitó? [S] 4.80 X 10-5 5 X 10-5 1 X 10-4 1.5 X10-4 2.8X10-4 6.0X10-4 8.0 X10-4
v
45 98 157 278 387 435 453
10. Una enzima tiene una Km = 4.7 X 10 -5 M. Si la Vmax de la preparación es de 22 moles/l·min, ¿qué velocidad se observará cuando se tiene 2 X 10 -4 M de sustrato y 5 X 10-4 M de un inhibidor. En todos los casos, Ki = 3 X 10 -4 M a. b. c.
Competitivo No competitivo Acompetitivo
11. La actividad de una aminoácido descarboxilasa puede ensayarse manométricamente siguiendo el desprendimiento de CO 2. En un experimento realizado con esta enzima en presencia o ausencia de un hidroxiácido (0,05 M) se obtuvieron los siguientes resultados: aminoácido (mM) (mmol/l H)
12,5
6,67
25
50
100
-Hidroxiácido
13,3
7,2
22,2
33,3
40
+Hidroxiácido
-
6,4
11,8
20,0
4,6
Indica el tipo de inhibición que ejerce el hidroxiácido en la reacción enzimática 12. La siguiente tabla indica las velocidades a las cuales un sustrato reacciona al ser catalizado por una enzima que sigue el mecanismo de Michaelis-Menten: (1) en ausencia de inhibidor; (2) y (3) ante la presencia de una concentración 10 mM de dos diferentes inhibidores. Asumiendo que [E T] es la misma para todas las reacciones. S (mM) 1 2 5 10 20
Vo (μM/seg) 1
2
3
2.5 4 6.3 7.6 9.0
1.17 2.1 4.0 5.7 7.2
0.77 1.25 2.00 2.50 2.86
a. Calcula los valores de Km y Vmax de la enzima. b. Para cada inhibidor, determina el tipo de inhibición que este ejerce sobre la enzima y calcula el valor de Ki 13. Un microorganismo marino contiene una enzima que hidroliza la glucosa-6-sulfato (S). El ensayo se basa en la velocidad de formación de glucosa. En un extracto celular, la enzima tiene las constantes cinéticas Km = 6.7 X 10-4 M y Vmax = 300 nmoles/l·min. Por otra parte, la galactosa-6-sulfato es un inhibidor competitivo de esta enzima (I ). Si se tiene 10-5 M de galactosa-6-sulfato y 2 X 10 -5 M de glucosa6-fosfato, y V es de 1.5 nmol/l·min. Calcula el valor de Ki para el inhibidor.
ECUACIONES
=
Michaeles Menten
Inhibición competitiva
= 1
Inhibición incompetitiva
(+) = 1
Inhibición no competitiva
11 =
