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Planta Piloto de FermentacionesDepartamento de Biotecnología
Sistemas MultiespeciesReacciones bi-sustrato
Sergio Huerta OchoaUAM-Iztapalapa
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Reacciones bi-substratos
• El modelo de cinética enzimática de Michaelis-Menten fue derivado para una reacción de un substrato• La mayoría de las reacciones enzimáticas tienen múltiples substratos y productos• Las reacciones bi-substratos son aproximadamente el 60% de las reacciones enzimáticas conocidas
A + B P + Q E
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1. Oxidoreductasas Catalizan reacciones redox en las cuales un sustrato es reducido a expensas de un segundo que es oxidado
2. Transferasas Catalizan reacciones en las cuales un grupo es transferido de un sustrato a otro
3. Hidrolasas Catalizan reacciones en las cuales un sustrato es hidrolizado
4. Liasas Catalizan reacciones en las cuales un grupo es eliminado de un sustrato para formar un doble enlace
5. Isomerasas Catalizan reacciones de isomerización
6. Ligasas Catalizan la unión de dos moléculas a expensas de ATP o de alguna otra “fuente de energía”
Reacciones catalizadas por enzimas
Price N.C. y Dwek R.A., Principles and Problems in Physical Chemistry for Biochemist
Solamente las reacciones de las categorías 4 y 5 pueden ser consideradas como reacciones realmente de un solo sustrato
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Adición de substrato – liberación de producto
� El orden de la adición de substrato y liberación de producto en la mayoría de las reacciones enzimáticas sigue dos mecanismos de reacción
� Reacción secuencial– todos los substratos deben enlazarse a la enzima antes de que la reacción ocurra y los productos sean liberados
• Secuencial ordenada• Secuencial aleatoria
� Reacción Ping-pong– uno o más productos son liberados antes de que todos los substratos hayan sido adicionados y una forma estable alterna de la enzima, F, es producida a la mitad de la reacción
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Reacción bi-bi secuencial ordenada
• Secuencial ordenada– la reacción tiene obligatoriamente un orden de adición de substrato y liberación de producto
A B P Q
EAE EAB-EPQ EQ E
Característica de muchas oxido-reductasas NAD(P)H-dependientes.
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Mecanismo para una reacción bi-sustrato secuencial ordenada
[ ] [ ]
[ ] [ ] [ ]BAA
BA
max
KK
BA
K
A
KK
BA
V
v
⋅++
⋅
=1
E + A EA + B EAB E + P
Consideración de equilibrio rápido
La expresión de velocidad puede ser obtenida utilizando la consideración deequilibrio Rápido
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[ ][ ][ ] [ ][ ]BAAKKK
BAVv
BBA ++= max
[ ] [ ] maxmaxmax
111
VBV
K
AV
KK
vBBA +
+=
[ ] maxmax
1
V
K
AV
KKm BBA +=
Haciendo una doble recíproca 1/v versus 1/[B]
Graficando las pendientes obtenidas para cada [A] versus 1/[A]
Reacción secuencial ordenada
1/V
1/[B]
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• Secuencial aleatoria– la reacción no muestra preferencia por el orden de la adición de substrato y liberación de producto
AB
A B P
P
Q
Q
E EAB-EPQ E
EA
EB
EQ
EP
Reacción secuencial aleatoria
Característica de muchas quinasas y algunas dehidrogenasas.
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[ ] [ ]
[ ] [ ] [ ] [ ]BABA
BA
max
KK
BA
K
B
K
A
KK
BA
V
v
⋅⋅+++
⋅⋅
=
α
α
1
E + B EB+A
+A
EA + B EAB E + P
KB
KAαααα KB
αααα KA
kp
Consideración de equilibrio rápido
Mecanismo para una reacción bi-sustrato secuencial aleatoria
La expresión de velocidad puede ser obtenida utilizando la consideración deequilibrio Rápido
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[ ][ ][ ] [ ] [ ][ ]BAAKBKKK
BAVv
BABA +++=
αααmax
[ ] [ ] [ ]
++
+= 111
11
maxmax A
K
VBA
K
V
K
vAAB αα
[ ] maxmax
1
V
K
AV
KKm BBA αα
+=
[ ] maxmax
11
VAV
Kb A +=
α
Graficando las pendientes obtenidas para cada [A] versus 1/[A]
Graficando las ordenadas obtenidas para cada [A] versus 1/[A]
Reacción secuencial aleatoria
Haciendo una doble recíproca 1/v versus 1/[B]1/V
1/[B]
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A P B Q
EA-FPE F FB-EQ E
[ ] [ ][ ] [ ] [ ] [ ]BAAKmBKm
BA
V
v
BA ⋅++⋅=
max
Consideración de equilibrio rápido
Mecanismo para una reacción bi-sustrato Ping-Pong
La expresión de velocidad puede ser obtenida utilizando la consideración deequilibrio rápido
Característica de:
AminotransferasasSerin proteasas
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[ ][ ][ ] [ ] [ ][ ]BAAKBK
BAVv
BA ++= max
[ ] [ ]
++=
maxmaxmax
1111
VAV
K
BV
K
vAB
Haciendo una doble recíproca 1/v versus 1/[B]
Reacción Ping-Pong
Graficando las ordenadas obtenidas para cada [A] versus 1/[A]
[ ] maxmax
11
VAV
Kb A +=
1/V
1/[B]