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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
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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
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Temp. Celcius
k
k
RESULTADOS EXPERIMENTALESRESULTADOS EXPERIMENTALES
Efecto PositivoEfecto Positivo
Efecto de la TemperaturaCambio de Pendiente Contínuo
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Temp. Celcius
kb k
a &
k kb
ka
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RESULTADOS EXPERIMENTALESRESULTADOS EXPERIMENTALES
Efecto PositivoEfecto Positivo
Efecto de la TemperaturaSobre la Concentración de Enzima
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Temp. Celcius
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RESULTADOS EXPERIMENTALESRESULTADOS EXPERIMENTALES
Efecto NegativoEfecto Negativo
MODELO MOLECULARMODELO MOLECULAR
Efecto de la TemperaturaCambio de Pendiente Contínuo
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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
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0 20 40 60 80 100 120
Temp. Celcius
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Efecto de la TemperaturaSobre la Concentración de Enzima
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Temp. Celcius
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D [
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d &
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[E]act
MODELO MOLECULAR Y CINÉTICOMODELO MOLECULAR Y CINÉTICO
Reversible Irreversible
Efecto de la TemperaturaSin Quiebre o Cambio de Pendiente
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Temp. Celcius
k
k
RT
H
R
SB eehTk
k
MODELO CINÉTICO Y MATEMÁTICOMODELO CINÉTICO Y MATEMÁTICO
MODELO CINÉTICO Y MATEMÁTICOMODELO CINÉTICO Y MATEMÁTICO
Efecto de la TemperaturaEnzima sin Cambio de Pendiente
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Temp. Celcius
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H
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RT
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H
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Efecto de la TemperaturaCambio de Pendiente Contínuo
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Temp. Celcius
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H
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Con Compensación EntrópicaCon Compensación Entrópica
Sin Compensación EntrópicaSin Compensación Entrópica
ab GG
ab GG
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k
K
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MODELO CINÉTICO Y MATEMÁTICOMODELO CINÉTICO Y MATEMÁTICO
RT
H
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RT
H
R
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Efecto de la TemperaturaEnzima con Cambio Contínuo
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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
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MODELO CINÉTICO Y MATEMÁTICOMODELO CINÉTICO Y MATEMÁTICO
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”
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1
1])[(
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RT
H
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SB
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Modelo MatemáticoModelo MatemáticoCon “Quiebre Contínuo”Con “Quiebre Contínuo”
Modelo MatemáticoModelo MatemáticoCon “Quiebre Discontínuo”Con “Quiebre Discontínuo”
ab
RT
H
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(
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111
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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
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nco
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ient
e de
tra
nsm
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n
c
oefic
ient
e de
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nsm
isió
nco
efic
ient
e de
tra
nsm
isió
n
BibliografíaBibliografía 1.- Physical Chemistry . 1.- Physical Chemistry . Gilbert W. Castellan. Gilbert W. Castellan. Addison-Wesley Publishing Addison-Wesley Publishing Company, USA.Company, USA.2.- Fisicoquímica Para Biólogos. 2.- Fisicoquímica Para Biólogos. J. Gareth Morris. J. Gareth Morris. Editorial Reverté, S.A. Editorial Reverté, S.A. Barcelona, España.Barcelona, España.3.- Chemical Kinetics. Keith J. Laidler. McGraw-Hill Book Company, New York, 3.- Chemical Kinetics. Keith J. Laidler. McGraw-Hill Book Company, New York, USA.USA.4.- The Kinetic Basis of Molecular Biology. F. H. Johnson, H Eyring, & M. J. 4.- The Kinetic Basis of Molecular Biology. F. H. Johnson, H Eyring, & M. J. Polissar, 1954. Wiley, New York, USA.Polissar, 1954. Wiley, New York, USA.5.- The Theory of Rate Processes in Biology and Medicine. F. H. Johnson, H. 5.- The Theory of Rate Processes in Biology and Medicine. F. H. Johnson, H. Eyring & B. J. Stover, 1974. John Wiley & Sons, New York, USA.Eyring & B. J. Stover, 1974. John Wiley & Sons, New York, USA.6.- The Chemical Kinetics of Enzyme Action. Keith J. Laidler & Peter S. 6.- The Chemical Kinetics of Enzyme Action. Keith J. Laidler & Peter S. Bunting. Clarendon Press, London, UK.Bunting. Clarendon Press, London, UK.7.- The Enzymes. P. D. Boyer, H Lardy & K. Myrback Eds.), 1959.7.- The Enzymes. P. D. Boyer, H Lardy & K. Myrback Eds.), 1959.8.- Enzymes. M. Dixon & E. C. Webb. Academic Press Inc., New York, USA.8.- Enzymes. M. Dixon & E. C. Webb. Academic Press Inc., New York, USA.9.- Contemporary Enzyme Kinetics and Mechanism. Daniel L. Purish.(Ed.) 9.- Contemporary Enzyme Kinetics and Mechanism. Daniel L. Purish.(Ed.) Academic Press, Inc., USA.Academic Press, Inc., USA.10.- Enzyme Kinetics. 10.- Enzyme Kinetics. Irwin H. Segel. Irwin H. Segel. John Wiley & Sons, New York, USA.John Wiley & Sons, New York, USA.11.- Mathematical Models in Molecular and Cellular Biology. Lee A. Segel 11.- Mathematical Models in Molecular and Cellular Biology. Lee A. Segel (Ed.). Cambridge University Press, Cambridge, UK.(Ed.). Cambridge University Press, Cambridge, UK.12.- Quantitative Problems in Biochemistry. E. A. Dawes. The Williams & 12.- Quantitative Problems in Biochemistry. E. A. Dawes. The Williams & Wilkins Co., Baltimore, USA.Wilkins Co., Baltimore, USA.13.- Biochemical Calculations. Irwin H. Segel. John Wiley & Sons, New York, 13.- Biochemical Calculations. Irwin H. Segel. John Wiley & Sons, New York, NY, USA.NY, USA.14.- 14.- Efecto de la Temperatura Sobre la Velocidad y la Energía de Activación de las Reacciones Catalizadas por Enzimas Membranales. J. A. Pliego, 1978. Mensaje Bioquímico I, Y. Saldaña, G. Alvarez Mensaje Bioquímico I, Y. Saldaña, G. Alvarez Llera & E. Piña (Eds.). Llera & E. Piña (Eds.). Facultad de Medicina, UNAM, México.Facultad de Medicina, UNAM, México.15.- Biochemistry. Donald Voet & Judith G. Voet, John Wiley & Sons, New 15.- Biochemistry. Donald Voet & Judith G. Voet, John Wiley & Sons, New York, NY, USA.York, NY, USA.16.- Biochemistry. Albert L. Lehninger, Worth Publishers, Inc., New York, USA.16.- Biochemistry. Albert L. Lehninger, Worth Publishers, Inc., New York, USA.17.- Biochemistry. Lubert Stryer,17.- Biochemistry. Lubert Stryer,18.- Lehninger Principles of Biochemistry, David N. Nelson and Michael M. 18.- Lehninger Principles of Biochemistry, David N. Nelson and Michael M. Cox, Worth Publishers, New York, NY, USA.Cox, Worth Publishers, New York, NY, USA.19.- 19.- Bioquímica. Robert C. Bohinsky, Addison-Wesley Iberoamericana, México.Bioquímica. Robert C. Bohinsky, Addison-Wesley Iberoamericana, México.
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