Post on 01-May-2015
CINETICA CHIMICA
• Cinetica: studio della velocità di una reazione
• Scopo della Cinetica: comprendere il meccanismo della reazione, ovvero la sequenza delle tappe elementari che compongono una trasformazione chimica
PBA
PIIIBA 321
La velocità di una reazione ed il modo in cui essa varia inrisposta a condizioni diverse sono strettamente correlati almeccanismo della reazione. Per questo, studiando la cineticadi una reazione si possono avere informazioni sul suo meccanismo.
PA
Molecolarità di una reazione
PBA
PCBA
Unimolecolare
Bimolecolare
Trimolecolare
Ordine di una reazione
Akv
BAkv
CBAkv
PA
PBA
PCBA
Primo ordine
Secondo ordine
Terzo ordine
PbBaA
ba BAkvelocità
a= ordine rispetto ad A
a+b = ordine della reazione
PCBA
PCIBA velocelenta
BAkv
Molecolarità e ordine non devono necessariamentecoincidere
Secondo ordine
Trimolecolare
kdtAdA
1
Akdt
Adv
t
t
A
A
dtkAdA
t
00
1
ktAA t lnln 0
ktt eAA 0
PA k
ktA
A
t
0ln
Equazione di velocità di primo ordine
t (s)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ln
(A0
/A)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
t (s)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ln
(A0
/A)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
t (s)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t (s)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ln
(A0
/A)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Ln
(A0
/A)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
ktA
A
t
0ln
tA
A 0ln
)(st
Pendenza = k
k = 2 s-1
k = t-1
ktt eAA 0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 50 1 2 3 4 5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 50 1 2 3 4 5
)(m
Mio
neC
once
ntra
z
)(sTempo
2/1
0ln ktA
A
ktAA 0lnln
2/1
2lnt
k 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 50 1 2 3 4 5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 50 1 2 3 4 5
)(m
Mio
neC
once
ntra
z
)(sTempo
t1/2 = costantet1/2
PA 2 2Akdt
Adv
kdtA
Ad2
t
t
A
A
dtkA
Ad
0
2
ktAA
0
11k = M-1t-1
Equazione di velocità di secondo ordine
02/1
1A
kt
CINETICA ENZIMATICA
1902 – Adrian Brown dimostrò che quando laconcentrazione del saccarosio è molto più altadi quella dell’enzima, la velocità della reazionediventa indipendente da quella del substrato:la velocità è di ORDINE ZERO rispetto al saccarosio
ESkdt
Pdv 2
ESkESkSEkdt
ESd211
fruttosioiogluOHsaccarosio invertasi cos2
EPESSE kk 21 1k
Non può essere integrata a meno diassunzioni semplificatrici
ASSUNZIONE DI EQUILIBRIO
1913 – Leonor Michaelis e Maude Menten, lavorandosu una precedente ipotesi di Victor Henri, assunsero chek-1>>k2, cioè che la prima tappa della reazione potesseraggiungere l’equilibrio.
MS KES
SE
k
kK
1
1
v VS
S Km0
max
Equazione di Michaelis - Menten
S
S Km
1
2
MKS ][
SK
SEES
ESEE
M
T
T
SK
SEkv
M
T
20
max0 2
1Vv
1) Fase pre-stazionaria
2) Fase stazionaria (quando la reazione ha
raggiunto un equilibriodinamico)
ASSUNZIONE DI STATO STAZIONARIO
FASI DI UNA REAZIONE CATALIZZATA DA UN ENZIMA:
(G.E Briggs e James B.S. Haldane)
EPESSE kk 21
1k
ESEE T
ESkkSESEk T 211
SK
SEES
M
T
1
21
k
kkKM
0
dt
ESdEPESSE kk 21
1k
ESkkSEk 211
GRAFICO DEI DOPPI RECIPROCI
L’equazione di Michaelis – Menten può essere trasformata in una equazionelineare rispetto a 1/v0
][
111
maxmax0 SV
K
Vvm
Il rapporto kcat/Km (costante di specificità) è una misura dell’efficienza cataliticadi un enzima:
kV
EcatTOT
max
La costante catalitica di un enzima (kcat) è il numero di cicli catalitici completatinell’unità di tempo. Viene anche chiamata “numero di turnover” di un enzima edè di fatto una frequenza.
S Km v VS
Km0 max v E k
S
KTOT catm
0 v E Sk
KTOTcat
m0
S
PKeq
PS fk rk
rf vv
fMTf KS
SEv
rMTr KP
PEv
eqcat
M
M
catK
k
K
K
k
r
P
S
f
EQUAZIONE DI HALDANE
INIBIZIONE
ENZIMATICA
INIBIZIONE COMPETITIVA
mKS
SVv
max0
maxmax0
111
vSv
K
vM
INIBIZIONE INCOMPETITIVA
mKS
SVv
'max0
maxmax0
'11
vSv
K
vM
INIBIZIONE MISTA
mKS
SVv
'max0
maxmax0
'11
vSv
K
vM
Vmax/’
KM/’
EFFETTO DEL pH
IDROLISI DELL’RNA CATALIZZATA DALL’RNasi
REAZIONI A DUE SUBSTRATI
Le reazioni a due substrati sono quasi sempre reazioni di trasferimento
A + B P + Q
P-X + B P + B-X
Il trasferimento può avvenire:
• tramite un singolo spostamento : REAZIONI SEQUENZIALI O A SINGOLO SPOSTAMENTO
• tramite un doppio spostamento: REAZIONI PING - PONG O A DOPPIO SPOSTAMENTO
REAZIONI A SINGOLO SPOSTAMENTO (o sequenziali)
In questo tipo di reazioni entrambi i substrati devono legarsi all’enzima affinché possa avvenire la reazione
1) Meccanismo casuale
2) Meccanismo ordinato
REAZIONI A DOPPIO SPOSTAMENTO (o ping-pong)
In questo tipo di reazioni un prodotto viene rilasciato prima che entrambi i substrati si siano legati
Bi Bi sequenziale ordinato
Bi Bi sequenziale casuale
Bi Bi a ping pong
Bi Bi a
ping pong
Bi Bi sequenziale
1) Meccanismo casuale
2) Meccanismo ordinato
I meccanismi sequenziale e a ping pong possono essere differenziatimediante studi di scambi isotopici (oltre che mediante studi cinetici)
Se il meccanismo è a ping-pong:
• Esperimento in cui oltre all’enzima è presente solo uno dei due substrati (A) insieme al primo prodotto rilasciato, marcato radioattivamente (P*)
(è assente !)
(la reazione si blocca qui)
(è assente !)
E + P-X E-X + P (A) (F)
P* + E-X E + P*-X (F) (A*)
EAP*
EP*A*
Si forma A* !!
Se il meccanismo è sequenziale:(è assente !)
(è assente !)
(è assente !)
NON SI PUO’ FORMARE A* !!
Esempio
1) Saccarosio fosforilasi
glucosio-fruttosio + fosfato glucosio-1-fosfato + fruttosio
glucosio-fruttosio + fruttosio* glucosio-fruttosio* + fruttosio
Esperimento di scambio isotopico:
Il meccanismo è a ping pong
1) Maltosio fosforilasi
glucosio-glucosio + fosfato glucosio-1-fosfato + glucosio
glucosio-glucosio + glucosio* glucosio-glucosio + glucosio
Esperimento di scambio isotopico:
Il meccanismo è sequenziale