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cbsscbss

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cbsscbss

C B SC B S

EFECTO DE LA TEMPERATURAEFECTO DE LA TEMPERATURASOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA YSOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Y

LA CONCENTRACIÓN DE ENZIMA ACTIVALA CONCENTRACIÓN DE ENZIMA ACTIVA

De los Resultados Experimentales De los Resultados Experimentales al Modelo Molecular,al Modelo Molecular,

al Modelo Cinético y de Éste,al Modelo Cinético y de Éste,al Modelo Matemáticoal Modelo Matemático

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

El análisis detallado y completo de las curvas de actividad enzimática contra temperatura, nos revela la existencia de efectos complejos y opuestos, responsables de la apariencia que presentan dichas curvas.

Por un lado, tenemos el efecto positivo o de incremento en el valor de la constante de velocidad k. Este efecto, puede ser simple como en el caso de las enzimas solubles y las enzimas membranales de plantas resistentes a la temperatura y de animales exotérmicos (poiquilotermos) o complejo como en el caso de las enzimas membranales de plantas sensibles al frío y de animales endotérmicos (homeotermos).Por el otro lado tenemos el efecto negativo o del aparente decremento en el valor de la constante de velocidad k. Este efecto en realidad es resultado de la desnaturalización de la enzima, la cual por lo general tiene dos componentes, uno que es reversible y otro irreversible.

Actividad EnzimáticaContra Temperatura

0

200

400

600

800

1,000

1,200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Temp. Celcius

Act

ivid

ad

Actividad

-+

Efecto de la TemperaturaSin Quiebre o Cambio de Pendiente

0

1

2

3

4

5

6

10 15 20 25 30

Temp. Celcius

k

k

RESULTADOS EXPERIMENTALESRESULTADOS EXPERIMENTALES

Efecto PositivoEfecto Positivo

Efecto de la TemperaturaCambio de Pendiente Contínuo

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 15 20 25 30 35

Temp. Celcius

kb k

a &

k kb

ka

k


Efecto PositivoEfecto Positivo

Efecto de la TemperaturaSobre la Concentración de Enzima

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Temp. Celcius

[E]o

D [

E]o

d &

[E

] ac

t.

[E]oD

[E]od

[E]act


Efecto NegativoEfecto Negativo

MODELO MOLECULARMODELO MOLECULAR


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 15 20 25 30 35

Temp. Celcius

kb k

a &

k kb

ka

k

MODELO MOLECULAR Y CINÉTICOMODELO MOLECULAR Y CINÉTICO

MODELO CINETICOMODELO CINETICO

Ksb Ksa

Regresar

Concentración de Enzima

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120

Temp. Celcius

[E]oD

[E]od

[E]act

Efecto de la TemperaturaSobre la Concentración de Enzima

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Temp. Celcius

[E]o

D [

E]o

d &

[E

] ac

t.

[E]oD

[E]od

[E]act

MODELO MOLECULAR Y CINÉTICOMODELO MOLECULAR Y CINÉTICO

Reversible Irreversible

Efecto de la TemperaturaSin Quiebre o Cambio de Pendiente

0

1

2

3

4

5

6

10 15 20 25 30

Temp. Celcius

k

k

RT

H

R

SB eehTk

k

MODELO CINÉTICO Y MATEMÁTICOMODELO CINÉTICO Y MATEMÁTICO


Efecto de la TemperaturaEnzima sin Cambio de Pendiente

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Temp. Celcius

k k

RT

H

R

SB eehTk

k

RT

H

R

S

D

DD

eeK

RT

H

R

SB

d

dd

eehTk

k


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 15 20 25 30 35

Temp. Celcius

kb k

a &

k kb

ka

k

RT

H

R

SB

b

bb

eehTk

k

RT

H

R

SB

a

aa

eehTk

k

Con Compensación EntrópicaCon Compensación Entrópica

Sin Compensación EntrópicaSin Compensación Entrópica

ab GG

ab GG

ba

a

ba

bab

K

k

K

kk

111


RT

H

R

S

ba

baba

eeK

RT

H

R

SB

d

dd

eehTk

k

Efecto de la TemperaturaEnzima con Cambio Contínuo

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Temp. Celsius

k d

e ve

l.

kb ka

k

RT

H

R

S

D

DD

eeK


Modelos Matemáticos a Considerar

Tipo de EnzimaCaracterísticas

CinéticasDesnaturalización

SolublesSolubles Sin “Quiebre”Sin “Quiebre” Reversible e IrreversibleReversible e Irreversible

Plantas Resistentes al Frío Plantas Resistentes al Frío y Animales Exotérmicosy Animales Exotérmicos Sin “Quiebre”Sin “Quiebre” Reversible e IrreversibleReversible e Irreversible

Plantas Sensibles al Frío y Plantas Sensibles al Frío y Animales EndotérmicosAnimales Endotérmicos

““Quiebre” ContinuoQuiebre” Continuo

Reversible e IrreversibleReversible e Irreversible““Quiebre” DiscontinuoQuiebre” Discontinuo

Modelo MatemáticoModelo MatemáticoSin “Quiebre”Sin “Quiebre”

)1(

1

1])[(

)1(11

][

00

00

RT

H

R

SB

RT

H

R

SRT

H

R

SB

dD

dd

DDee

hTk

ee

EeehTk

v

kK

Ekv

Modelo MatemáticoModelo MatemáticoCon “Quiebre Contínuo”Con “Quiebre Contínuo”

Modelo MatemáticoModelo MatemáticoCon “Quiebre Discontínuo”Con “Quiebre Discontínuo”

ab

RT

H

R

SB

RT

H

R

S

RT

H

R

S

RT

H

R

S

RT

H

R

S

RT

H

R

S

B

dD

ba

a

ba

b

GG

eehTk

ee

E

ee

ee

ee

eehTk

v

kK

E

K

k

K

kv

dd

DD

baba

aa

baba

bb

)1(

1

1])[

111

(

)1(11

])[1

11(

00

00

ab

RT

H

R

SB

RT

H

R

S

RT

H

R

S

RT

H

R

S

RT

H

R

S

RT

H

R

S

B

dD

ba

a

ba

b

GG

eeh

Tk

ee

E

ee

ee

ee

ee

h

Tkv

kK

E

K

k

K

kv

dd

DD

baba

aa

baba

bb

)1(

1

1])[

111

(

)1(1

1])[

111

(

00

00

KhTk

k B

Glosario de Términos Variables y Constantes

Cinética Medición de cambio por unidad de tiempo.

Enzimática Referente a las Enzimas (Catalizadores Proteicos).

Desnaturalización Pérdida de la Estructura funcional de la Enzima.

Cristal líquido Estructura que toman algunas moléculas anfipáticas (como los fosfolípidos) en agua.

Sustratos Nombre de los reactantes en la reacción enzimática.

Animales Endotérmicos

Aquellos que mantienen una temperatura corporal constante.

Animales Exotérmicos

Aquellos cuya temperatura corporal varía en función de la temperatura de su entorno.

Energía de activación Energía mínima necesaria para que ocurra un proceso.

Entalpía Cantidad de calor que se absorbe (endotérmica) o que se libera (exotérmica) al llevarse a cabo un proceso a presión constante.

Calor (Entalpía) de activación

Cantidad mínima de calor necesaria para que ocurra un proceso.

Entropía Medida de la cantidad de orden que se adquiere (negaentrópico) o que se pierde (entrópico) al llevarse a cabo un proceso.

Energía libre de Gibbs

Energía útil transformable en trabajo a presión constante.

K mayúsculas Constantes de Equilibrio.

k minúsculas Constantes de velocidad.

Quiebre Cambio brusco de pendiente en las curvas de temperatura.

Subíndice b Referente a temperaturas por abajo del “Quiebre”.

Subíndice a Referente a temperaturas por encima del “Quiebre”.

Subíndice ba Referente al “Quiebre”

Subíndice D Referente a la desnaturalización reversible.

Subíndice d Referente a la desnaturalización irreversible.

kB Constante de Boltzman

h Constante de Plank

[E]0 Concentración total de enzima.

T Temperatura Kelvin.

Superíndice ≠ Referente al estado activado o de transición de la Teoría de Eyring.

c

oefic

ient

e de

tra

nsm

isió

nco

efic

ient

e de

tra

nsm

isió

n

c

oefic

ient

e de

tra

nsm

isió

nco

efic

ient

e de

tra

nsm

isió

n

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Effect of TemperatureEffect of TemperatureOn Adenylate CyclaseOn Adenylate CyclaseEffect of TemperatureEffect of TemperatureOn Adenylate CyclaseOn Adenylate Cyclase

Role of Surface Charge &Role of Surface Charge &Hydrophobic InteractionsHydrophobic Interactions

On Adenylate CyclaseOn Adenylate Cyclase

Role of Surface Charge &Role of Surface Charge &Hydrophobic InteractionsHydrophobic Interactions

On Adenylate CyclaseOn Adenylate Cyclase

Efecto de la TemperaturaEfecto de la TemperaturaSobre la Adenilato CiclasaSobre la Adenilato CiclasaEfecto de la TemperaturaEfecto de la TemperaturaSobre la Adenilato CiclasaSobre la Adenilato Ciclasa Las EnzimasLas EnzimasLas EnzimasLas Enzimas

TermocinéticaTermocinéticaTermocinéticaTermocinéticaEfecto de la TemperaturaEfecto de la TemperaturaSobre las Enzimas MembranalesSobre las Enzimas Membranales

Efecto de la TemperaturaEfecto de la TemperaturaSobre las Enzimas MembranalesSobre las Enzimas Membranales

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