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 La velocità di una reazione ed il modo in cui essa varia in risposta a condizioni diverse sono strettamente correlati al meccanismo della reazione. Per questo, studiando la cinetica di una reazione si possono avere informazioni sul suo meccanismo.

Molecolarità di una reazione Unimolecolare Bimolecolare Trimolecolare

Ordine di una reazione Primo ordine Secondo ordine Terzo ordine

a= ordine rispetto ad A a+b = ordine della reazione

Molecolarità e ordine non devono necessariamente coincidere Trimolecolare Secondo ordine

Equazione di velocità di primo ordine

Pendenza = k k = 2 s-1 k = t-1

t1/2 t1/2 = costante

Equazione di velocità di secondo ordine k = M-1t-1

CINETICA ENZIMATICA

1902 – Adrian Brown dimostrò che quando la concentrazione del saccarosio è molto più alta di quella dell’enzima, la velocità della reazione diventa indipendente da quella del substrato: la velocità è di ORDINE ZERO rispetto al saccarosio Non può essere integrata a meno di assunzioni semplificatrici

ASSUNZIONE DI EQUILIBRIO 1913 – Leonor Michaelis e Maude Menten, lavorando su una precedente ipotesi di Victor Henri, assunsero che k-1>>k2, cioè che la prima tappa della reazione potesse raggiungere l’equilibrio.

Equazione di Michaelis - Menten

ASSUNZIONE DI STATO STAZIONARIO (G.E Briggs e James B.S. Haldane) FASI DI UNA REAZIONE CATALIZZATA DA UN ENZIMA: 1) Fase pre-stazionaria 2) Fase stazionaria (quando la reazione ha raggiunto un equilibrio dinamico)

GRAFICO DEI DOPPI RECIPROCI L’equazione di Michaelis – Menten può essere trasformata in una equazione lineare rispetto a 1/v0

La costante catalitica di un enzima (kcat) è il numero di cicli catalitici completati nell’unità di tempo. Viene anche chiamata “numero di turnover” di un enzima ed è di fatto una frequenza. Il rapporto kcat/Km (costante di specificità) è una misura dell’efficienza catalitica di un enzima:

EQUAZIONE DI HALDANE

INIBIZIONE ENZIMATICA

INIBIZIONE COMPETITIVA

INIBIZIONE INCOMPETITIVA

INIBIZIONE MISTA

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 differenziati mediante studi di scambi isotopici (oltre che mediante studi cinetici) Esperimento in cui oltre all’enzima è presente solo uno dei due substrati (A) insieme al primo prodotto rilasciato, marcato radioattivamente (P*) Se il meccanismo è a ping-pong: (è assente !) (la reazione si blocca qui)

E + P-X  E-X + P (A) (F) P* + E-X  E + P*-X (F) (A*) E E A P* P* A* (è assente !) E + P-X  E-X + P (A) (F) P* + E-X  E + P*-X (F) (A*) E A P* E P* 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 Esperimento di scambio isotopico: glucosio-fruttosio + fruttosio*  glucosio-fruttosio* + fruttosio Il meccanismo è a ping pong 1) Maltosio fosforilasi glucosio-glucosio + fosfato  glucosio-1-fosfato + glucosio Esperimento di scambio isotopico: glucosio-glucosio + glucosio*  glucosio-glucosio + glucosio Il meccanismo è sequenziale