Enzimas

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Enzimas são proteínas catalisadoras que
aumentam a velocidade das reações, sem
sofrerem alterações no processo global.
As enzimas seletivamente canalizam reatantes
(chamados substratos) para rotas úteis.
Direcionam todos os eventos metabólicos.
Os nomes de enzimas mais comumente usados
têm o sufixo "-ase" adicionado ao nome do
substrato da reação ou à descrição da ação
realizada.
A União Internacional de Bioquímica e Biologia
Molecular desenvolveu um sistema de
nomenclatura no qual as enzimas são divididas
em seis classes principais:
Oxidorredutases: Catalisam reações de
oxidorredução;
Transferases: Catalisam a transferência de
grupos contendo C-, N- ou P-;
Hidrolases: Catalisam a quebra de ligações pela
adição de água;
Liases: Catalisam a quebra de ligações C-C, C-S
e certas ligações C-N;
Isomerases: Catalisam racemização de
isômeros ópticos ou geométricos;
Ligases: Catalisam a formação de ligações
entre carbono e O, S, N, acoplada à hidrólise de
fosfatos de alta energia.
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Enzimas27/09/2021
Aula 02
Visão Geral
Propriedades das Enzimas
As enzimas são catalisadores proteicos que
aumentam a velocidade de uma reação química.
Não são consumidos durante a reação que
catalisam.
Os RNAs com atividade catalítica são chamados
ribozimas.
As moléculas de enzimas contêm uma região
específica formando uma fenda ou bolso, que é
chamada de sítio ativo.
O sítio ativo contém cadeias laterais de
aminoácidos que criam uma superfície
tridimensional complementar ao substrato. 
O número de moléculas de substrato
convertidas em moléculas de produto por
molécula de enzima por segundo é chamado
de número de renovação (turnover).
As enzimas são altamente específicas,
interagindo com um ou alguns poucos
substratos e catalisando apenas um tipo de
reação química.
Algumas enzimas se associam com um
cofator não proteico, o que é necessário
para a atividade enzimática.
Os cofatores comumente encontrados
incluem íons metálicos, tais como Zn²⁺ ou
Fe²⁺, e moléculas orgânicas, conhecidas
como coenzimas, que frequentemente são
derivadas de vitaminas.
O conjunto da enzima com seu cofator é
chamado holoenzima.
A apoenzima refere-se à porção proteica
da holoenzima. Na ausência do cofator
apropriado, a apoenzima geralmente não
apresenta atividade biológica.
Um grupo prostético é uma coenzima
firmemente ligada à enzima, que desta não
se dissocia.
A atividade enzimática pode ser regulada,
ou seja, as enzimas podem ser ativadas ou
inibidas, de modo que a velocidade de
formação do produto responda às
necessidades da célula.
Alanis Rafaella
Muitas enzimas estão localizadas em organelas
específicas dentro da célula. Essa
compartimentalização serve para isolar o
substrato ou o produto da reação de outras
reações competitivas.
Energia livre de ativação: É a diferença entre a
energia dos reatantes e aquela de um
intermediário de alta energia que ocorre
durante a formação do produto.
Devido à grande energia de ativação, as
velocidades das reações químicas não
catalisadas são frequentemente lentas.
Velocidade da reação: É determinada pelo
número de moléculas "energizadas".
Quanto menor a energia livre de ativação, mais
moléculas têm energia suficiente para superar o
estado de transição e mais rápida é a
velocidade da reação.
Uma enzima permite que uma reação ocorra
rapidamente nas condições normais na célula,
oferecendo uma rota de reação alternativa,
com uma menor energia livre de ativação.
A enzima não altera a energia livre dos
reatantes ou dos produtos e, assim sendo, não
altera o equilíbrio da reação.
O sítio ativo é uma máquina molecular
complexa, empregando uma diversidade de
mecanismos químicos para facilitar a
conversão do substrato em produto.
Esse sítio ativo se liga ao substrato em uma
geometria que lembra estruturalmente o
estado de transição ativado da molécula.
Estabilizando o substrato em seu estado de
transição, a enzima aumenta enormemente a
concentração do intermediário reativo que
pode ser convertido no produto e, assim,
acelera a reação.
O sítio ativo pode fornecer grupos
catalíticos que aumentam a probabilidade
de se formar o estado de transição.
Em algumas enzimas, esses grupos podem
participar de uma catálise ácido-básica
geral, na qual os resíduos de aminoácidos
doam ou aceitam prótons.
Em outras enzimas, a catálise pode envolver
a formação transitória de um complexo
covalente enzima-substrato.
Fatores que Afetam a Velocidade da Reação
Concentração do substrato:
A velocidade de uma reação é o número de
moléculas de substrato convertidas em
produto por unidade de tempo.
A velocidade é expressa como µmol de
produto formado por minuto.
A velocidade de uma reação catalisada por
enzima aumenta conforme a concentração
do substrato.
1.
A curva de velocidade de reação inicial (vₒ)
contra a concentração do substrato (S)
possui uma forma hiperbólica.
Essa curva é semelhante à curva de
dissociação do oxigênio da mioglobina.
As enzimas alostéricas frequentemente
mostram uma curva sigmoide, a qual é
semelhante à curva de dissociação do
oxigênio da hemoglobina. 
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A velocidade da reação aumenta com a
temperatura, até um pico da velocidade ser
atingido.
Esse aumento é devido ao aumento do número
de moléculas com energia suficiente para
atravessar a barreira de energia e formar os
produtos da reação.
Uma elevação maior da temperatura resulta
em redução na velocidade da reação, como
resultado da desnaturação da enzima.
 2. Temperatura:
O processo catalítico geralmente requer que
a enzima e o substrato tenham determinados
grupos químicos em um estado ionizado ou
não ionizado, de modo a interagirem.
Valores extremos de pH também podem levar
à desnaturação da enzima, pois a estrutura
da molécula proteica cataliticamente ativa
depende do caráter iônico das cadeias
laterais dos aminoácidos.
O pH no qual a atividade máxima da enzima é
atingida difere para cada enzima e,
geralmente, reflete a [H⁺] na qual a enzima
funciona no organismo.
 3. pH:
Equação de Michaelis-Menten
A enzima combina-se reversivelmente com o
substrato, formando um complexo ES que,
subsequentemente, degrada-se em produto,
regenerando a enzima livre.
Onde:
 k₁ k₂
 E + S ⇌ ES → E + P
 k₋₁
 S é o substrato
 E é a enzima
 ES é o complexo enzima-substrato
 P é o produto
 k₁, k₂ e k₋₁ são as constantes de velocidade
A equação de Michaelis-Menten descreve como
a velocidade da reação varia com a
concentração do substrato.
Onde:
A concentração de substrato (S) é muito maior
do que a concentração da enzima (E), de modo
que a porcentagem de substrato ligado à
enzima em qualquer tempo é pequena.
A enzima-substrato não varia com o tempo,
isto é, a velocidade de formação de ES é igual
àquela da degradação de ES (para E + S e para
E + P).
Um intermediário em uma série de reações é
dito estar em estado de equilíbrio quando sua
velocidade de síntese é igual a sua velocidade
de degradação.
Somente as velocidades iniciais da reação são
utilizadas na análise das reações enzimáticas.
O Kₘ não varia com a concentração da enzima.
 vₒ é a velocidade inicial da reação
 vₘₐₓ é a velocidade máxima
 Kₘ é a constante de Michaelis (k₋₁+k₂/k₁)
 [S] é a concentração do substrato
Alanis Rafaella
Um Kₘ numericamente pequeno reflete uma
alta afinidade da enzima pelo substrato, pois
uma baixa concentração de substrato é
necessária para atingir a metade da
saturação da enzima.
Um Kₘ numericamente grande (elevado)
reflete uma baixa afinidade da enzima pelo
substrato, pois é necessária uma alta
concentração de substrato para atingir a
metade da saturação da enzima.
A velocidade da reação é diretamente
proporcional à concentração da enzima em
qualquer concentração de substrato.
Se a concentração da enzima é reduzida pela
metade, a velocidade inicial da reação, assim
como sua velocidade máxima, são reduzidas à
metade da velocidade original.
Em altas concentrações de substratos
([S]>Kₘ), a velocidade da reação é deordem
zero, isto é, é constante e independente da
concentração do substrato.
Em baixas concentrações de substratos ([S]
<Kₘ), a velocidade da reação é de primeira
ordem, isto é, é proporcional à concentração
do substrato.
Inibição das Enzimas 
Inibidor é qualquer substância que possa
diminuir a velocidade de uma reação
catalisada por uma enzima.
Os inibidores reversíveis ligam-se à enzima
por meio de ligações não covalentes.
A inibição irreversível ocorre quando uma
enzima inibida não recupera sua atividade
quando o complexo enzima-inibidor é diluído.
Esse tipo de inibição ocorre quando o inibidor
liga-se reversivelmente ao mesmo sítio que o
substrato normalmente ocuparia e, dessa
forma, compete com o substrato por esse
sítio.
O efeito de um inibidor competitivo é
revertido pelo aumento da [S].
Em uma concentração de substrato
suficientemente alta, a velocidade da reação
atinge a Vₘₐₓ observada na ausência do
inibidor.
 1. Inibição Competitiva:
Um inibidor competitivo aumenta o Kₘ aparente
para determinado substrato, assim na
presença de um inibidor competitivo, mais
substrato é necessário para atingir ¹⁄₂Vₘₐₓ.
Esse tipo de inibição pode ser reconhecido por
seu efeito característico sobre Vₘₐₓ.
Acontece quando o inibidor e o substrato
ligam-se a sítios diferentes sobre a enzima.
O inibidor não competitivo pode ligar-se tanto
à enzima livre quanto ao complexo ES, de modo
a impedir que a reação ocorra.
A inibição não competitiva não pode ser
superada pelo aumento da concentração de
substrato.
Esses inibidores diminuem a Vₘₐₓ da reação.
Os inibidores não competitivos não interferem
na ligação do substrato com a enzima, assim a
enzima mostra o mesmo Kₘ na presença e
ausência dos inibidores.
 2. Inibição Não Competitiva:
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A regulação da velocidade das reações
enzimáticas é essencial para o organismo
coordenar seus numerosos processos
metabólicos.
Um aumento na concentração do substrato é
refletido no aumento da velocidade da
reação, o que tende a fazer a concentração
do substrato retornar ao valor normal.
As enzimas alostéricas são reguladas por
moléculas chamadas efetores (ou
modificadores ou moduladores), os quais
ligam-se de forma não covalente a outro sítio
que não o sítio catalítico.
Os efetores que inibem a atividade
enzimática são denominados efetores
negativos, enquanto aqueles que aumentam a
atividade enzimática são os efetores
positivos.
As enzimas alostéricas geralmente possuem
subunidades múltiplas e, frequentemente,
catalisam o passo comprometido com a via,
no início da rota metabólica.
Quando o substrato em si atua como efetor, o
efeito é dito homotrópico.
Um substrato alostérico funciona, mais
frequentemente, como efetor positivo.
A presença de uma molécula de substrato em
um sítio da enzima aumenta as propriedades
catalíticas de outros sítios de ligação ao
substrato, ou seja, seus sítios exibem
cooperatividade.
Efetores positivos e negativos de enzimas
alostéricas podem afetar tanto a Vₘₐₓ quanto
o Kₘ ou ambos.
Regulação das Enzimas 
O efeito é dito heterotrópico quando o efetor
é diferente do substrato.
A inibição por retroalimentação é um exemplo
de efetor heterotrópico, a qual fornece à
célula um produto de que ela necessita
regulando o fluxo de moléculas de substratos
em uma via que leva à síntese daquele produto.
Efetores heterotrópicos são comumente
encontrados.
Muitas enzimas podem ser reguladas por
modificações covalentes, mais frequentemente
pela adição ou remoção de grupos fosfatos de
resíduos específicos de serina, trionina ou
tirosina na enzima.
As reações de fosforilação e desfosforilação
são catalisadas por uma família de enzimas
(proteínas-cinases), que utilizam trifosfato de
adenosina (ATP) como doador de fosfato.
Os grupos fosfatos são clivados de enzimas
fosforiladas pela ação das fosfoproteínas-
fosfatases.
Dependendo da enzima específica, a forma
fosforilada pode ser mais ou menos ativa do
que a forma não fosforilada.
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