Resolução - Lista de Exercícios de catálise

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Universidade Federal de São Paulo 
Engenharia Química 
UC: Físico-Química 
 
Lista de Exercícios - Catálise 
 
1. Explique por que o catalisador não aparece na equação de velocidade de uma reação catalisada. 
O catalisador é uma substância que aumenta a velocidade da reação, fornecendo um caminho 
alternativo que evita a etapa lenta, determinante para o mecanismo de reação. No entanto ele não 
diminui a energia de Gibbs envolvida na reação e não sofre nenhuma mudança química e, 
portanto, não participa da estereoquímica da reação (nem nos reagentes, nem nos produtos). 
Assim o catalisador não aparece na definição das leis de velocidade, seu efeito é observado no 
aumento da constante de velocidade em comparação com a reação não catalisada. 
 
2. A decomposição térmica do clorato de potássio, KClO3, para formar KCl e O2 é catalisada pelo 
dióxido de manganês sólido, MnO2. Como você determinaria se esta catálise é homogênea ou 
heterogênea? 
Para verificação se a catálise é homogênea ou heterogênea basta identificar se reagente e 
catalisador estão na mesma fase. Como neste exercício ambos são sólidos pode-se afirmar que a 
catálise é homogênea. 
 
3. A enzima urease aumenta a velocidade da hidrólise da uréia em pH 8,0 e 20º C por um fator de 
1014. Se uma dada quantidade de urease pode hidrolisar completamente uma certa quantidade de 
uréia em 5 minutos a 20º C e pH 8,0, quanto tempo (em anos) levaria para que essa mesma 
quantidade de uréia fosse hidrolisada sob as mesmas condições na ausência da uréase. 
Se a enzima aumenta a velocidade da reação de hidrólise da uréia em um fator de 1014, o tempo 
para que a reação se complete também é acelerado nesta mesma ordem de grandeza. Se a reação 
não for catalisada pela enzima (ausência da enzima), o tempo necessário para a reação se 
completar será 1014 vezes maior. 
Portanto, na ausência da enzima o tempo para a reação se completar será igual à: 
t = 5 min x 1014 Transformando isto em horas: 
t = 5 x 1014 min / 60 = 0,083 x 1014 horas. Transformando em dias: 
t = 0,083 x 1014 horas / 24 = 0,00347 x 1014 dias 
Transformando em anos: 
t= 0,00347 x 1014 dias/365 = 9,5x108 anos. 
 
 
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4. Utilize a equação de Michaelis-Menten para responder as questões abaixo: 
a) Qual a concentração de substrato para que uma enzima com kcat de 30,0 s-1 e Km de 0,005 
M opere com um quarto da velocidade máxima? (Resposta 1,7 mM) 
 
b) Determine a fração de Vmáx que seria obtida nas seguintes concentrações de substrato: 
1/2Km; 2Km e 10Km. (Resposta 𝑉𝑜 = 0,33.𝑉𝑚ax; (Resposta 𝑉𝑜 = 0,66.𝑉𝑚ax; Resposta 𝑉𝑜 
= 0,9.𝑉𝑚ax ). 
 
 
c) Enzimas que catalisam a reação X↔Y são isoladas de 2 espécies de bactérias. As enzimas 
possuem a mesma Vmax, mas diferentes valores de Km. A enzima A tem Km=2 µM e a 
enzima B tem Km=0,5 µM. Qual destas enzimas possui maior afinidade pelo substrato? 
(Resposta = A enzima B) 
 
 
5. Embora haja disponibilidade de métodos gráficos precisos para determinação de Vmáx e Km de 
uma reação catalisada por enzimas, algumas vezes estes parâmetros podem ser rapidamente 
estimados pelo exame dos valores de Vo aumentando a [S]. Estime os valores de Vmáx e Km da 
reação catalisada por uma enzima na qual foram obtidos os seguintes dados: 
 
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[S] (M) Vo (µM/min) 
2,5 x 10-6 28 
4 x 10-6 40 
1 X 10-5 70 
2 x 10-5 95 
4 x 10-5 112 
1 x 10-4 128 
2 x 10-3 139 
1 x 10-2 140 
2 x 10 -1 140 
 
Vmáx = 140 µM.min-1 
Km = 1x10-5 M 
 
6. A anidrase carbônica de eritrócitos (PM: 30.000 g/mol) tem um dos números de renovação mais 
altos conhecidos. Ela catalisa a hidratação reversível do CO2. 
 
H2O + CO2 ↔ H2CO3 
 
Se 10 µg de anidrase carbônica pura catalisam a hidratação de 0,3 g de CO2 em 1 min em 
Vmáx, qual é o número de renovação (Kcat) da anidrase carbônica (em unidades de min-1)? 
 
- Primeiro, calcular o número de mols de CO2 e da enzima (anidrase carbônica) presente 
nas massas dadas no enunciado. 
 
• 0,3 g de CO2: 
 
Massa molar CO2: 46g/mol 
 
46g – 1 mol 
0,3g – x 
 
x= 0,00652 mols de CO2 
 
• 10 µg de anidrase carbônica: 
Massa molar da enzima: 30.000 g/mol 
30.000 g – 1 mol 
10.10-6 g – x x= 3,33 .10-10 de anidrase carbônica 
- A velocidade máxima atingida pela enzima é igual a 0,00652 mols/min, já que, 
segundo o enunciado, é esta a quantidade de moléculas de CO2 transformadas pela 
enzima por minuto, quando ela atinge a velocidade máxima. 
- Agora, é só substituir os valores de Vmáx e concentração total da enzima (em 
mols, [Et]) na equação da Kcat: 
 
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Kcat ≈ 2x107 min-1 
7. (a) A 25 °C a conversão enzimática de um substrato tem a constante de Michalis-Menten 
igual a 0,035 mol.L-1.A velocidade da reação é de 2,45x10-4 mol.L-1.s-1 quando a 
concentração de substrato é de 0,11 mol.L-1. Qual a velocidade máxima desta 
enzimólise/? 
(b) Considerando a concentração total de enzima (E0) igual a 2,5x10
-10 mol.L-1, qual 
seria a eficiência da enzima? Ela estaria atuando na faixa de “perfeição catalítica”?