A síntese de glutamina a partir de glutamato e amônia é uma reação endergônica nas condições padrão:
Apesar de não ocorrer perceptivelmente na ausência de catalizadores, a reação acima é eficientemente catalizada pela enzima E1. Qual seria o sentido da reação acima (síntese de glutamina ou quebra de glutamina) na presença de E1 quando as concentrações de glutamato, glutamina e amônia fossem todas 1M (ou seja, condição padrão) ?
Passo 1
Então, você tem uma reação química onde o glutamato reage com amônia (NH₃) para formar glutamina. Essa reação, nas condições padrão, consome energia (endergônica) com ΔGº’ = +3400 cal/mol. Sem um catalisador, essa reação não acontece de forma perceptível. Porém, quando a enzima E1 está presente, ela facilita essa reação. A questão é descobrir em qual direção a reação vai ocorrer (síntese de glutamina ou a quebra dela) quando todas as concentrações dos reagentes e produtos são de 1 M, ou seja, nas condições padrão. Vamos precisar entender sobre energia livre de Gibbs (ΔG), constante de equilíbrio e como a enzima influencia a reação.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que a variação da energia livre de Gibbs (ΔG) nos diz se uma reação vai ocorrer espontaneamente. Se ΔG é negativo, a reação é espontânea no sentido direto; se for positivo, é espontânea na direção oposta. Nas condições padrão, a reação de síntese de glutamina tem ΔGº’ = +3400 cal/mol, o que indica que, sem catalisador, não é espontânea nessa direção.
Passo 3
Contudo, a enzima E1 acelera a reação, diminuindo a energia de ativação necessária para que a reação ocorra. Importante notar que a enzima não altera o ΔG da reação, apenas torna mais rápida a direção favorecida termodinamicamente. Portanto, precisamos considerar as concentrações dos reagentes e produtos para ver qual direção está mais favorecida.
Passo 4
A constante de equilíbrio (K) de uma reação está relacionada com ΔGº’ pela equação:
Onde:
-
é a constante dos gases, -
é a temperatura em Kelvin, -
é a constante de equilíbrio.
Como ΔGº’ é positivo (+3400 cal/mol), isso significa que K é menor que 1, ou seja, a reação favorece os reagentes (glutamato e amônia) no equilíbrio.
Passo 5
Quando todas as concentrações são iguais a 1 M, estamos nas condições padrão. Nessa situação, a reação tende a ir no sentido que reduz o ΔG. Como ΔGº’ é positivo, a reação favorece a formação dos reagentes, ou seja, a quebra da glutamina para formar glutamato e amônia.
Resposta
Na presença da enzima E1 e com concentrações de glutamato, glutamina e amônia todas em 1 M, a reação ocorre no sentido da quebra da glutamina.