Bioquímica - Enzimas

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Universidade Federal da Fronteira Sul – UFFS 
Rackel Resende 
@medibulandex 
 
ENZIMAS 
As enzimas são essenciais para a existência 
da vida. Elas são classificadas como 
catalisadores biológicos, em decorrência da 
sua capacidade de aumentar a velocidade da 
reação. 
APLICABILIDADE DAS 
ENZIMAS 
 Doenças por falta ou excesso; 
 Engenharia, indústria; 
 Diagnósticos; 
 Interação medicamentosa. 
Muitas doenças podem ser causadas pela 
ausência ou ineficiência de enzimas ou, até, 
podem causar inativação enzimática. Para 
tanto, é necessária a compreensão desse 
tópico para a uma melhor conduta médica. 
TODA ENZIMA É UMA 
PROTEÍNA? 
 A maioria das enzimas são 
proteínas, entretanto, há grupos 
que fogem da regra, a exemplo das 
ribosinas; 
 Algumas enzimas necessitam 
cofatores (íons) e/ou coenzimas 
(vitaminas) para que haja o pleno 
funcionamento. 
CONCEITOS IMPORTANTES 
Apoenzima: Parte da enzima formada 
pelos aminoácidos (Aas). 
Holoenzima: A junção formada pela 
parte proteica da enzima + coenzimas + 
cofator, de modo a apresentar um sítio 
catalítico efetivo e eficiente. 
Grupo prostético: todo cofator ou 
enzima ligado muito firmemente à 
enzima. 
 
 
 
PROPRIEDADES DAS 
ENZIMAS 
 Sítio ativo – local em que o 
substrato se ligará. NÃO É CHAVE-
FECHADURA. 
 Eficiência catalítica – quanto 
mais específica e veloz, maior sua 
eficiência catalítica; 
 Especificidade – cada enzima só 
funciona para um substrato 
específico; 
 Cofatores e/ou coenzimas – 
algumas enzimas necessitarão 
desses grupos; 
 Regulação – haverá os 
moduladores de enzimas que 
possuem a responsabilidade de 
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indicar como e de que forma aquela 
enzima precisa trabalhar. 
 Após a catálise a enzima manterá 
suas propriedades conformacionais. 
As enzimas proporcionam um ambiente 
específico e adequado para que uma dada 
reação ocorra mais rapidamente. 
A enzimas precisam ser grandes para que 
haja estabilização e o sítio ativo seja 
funcional. 
Sítio ativo: funciona como um bolsão 
dentro da enzima, confinado, no qual 
ocorrerá a reação. 
Substrato: Molécula que se ligará ao sítio 
ativo da enzima. 
FUNCIONAMENTO 
ENZIMÁTICO 
As enzimas são responsáveis por alterar a 
velocidade da reação sem que haja 
quaisquer alterações no equilíbrio. Dessa 
maneira, a propensão para a formação do 
produto não é afetada pelo catalisador. 
Quanto maior a energia livre, mais instável 
é a molécula. 
As enzimas, é valido ressaltar, podem 
promover reações reversíveis ou não. 
Afinal, a função da enzima consiste em 
diminuir a energia de ativação. 
 
Função do catalisador: aumentar a 
velocidade da reação. 
Energia de ativação: Diferença entre o 
estado basal e o estado de transição; 
quantidade de energia necessária para que a 
reação aconteça. 
 
ENERGIA LIVRE DE GIBBS 
A energia livre de GIBBS é, 
conceitualmente, a energia que está livre em 
um sistema e será responsável pela 
realização de trabalho. Em suma, é a energia 
útil do sistema. 
 
ENERGIA DE ATIVAÇÃO 
 Barreira energética para reações 
químicas; 
 Crucial para a manutenção da vida; 
 A velocidade na qual uma molécula 
sofre uma determinada reação 
diminui à medida que a barreira da 
reação aumenta; 
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 Sem essas barreiras energéticas, 
macromoléculas complexas 
poderiam reverter 
espontaneamente para formas 
moleculares mais simples e as 
estruturas complexas e altamente 
ordenadas e os processos 
metabólicos das células não 
poderiam existir. 
 À medida que a energia de ativação 
aumenta, a energia livre de GIBBS 
diminui, conferindo maior 
dificuldade para a ocorrência de 
processos espontâneos. 
A ENZIMA E O SUBSTRATO 
A correspondência entre o sítio ativo de 
uma enzima e o substrato não é igual a duas 
peças de um quebra-cabeça que se encaixam 
(embora os cientistas tenham pensado que 
fosse, em um modelo antigo, chamado de 
modelo "chave-fechadura"). 
Em vez disso, uma enzima muda de forma 
ligeiramente quando se liga ao substrato, 
resultando em um encaixe ainda mais 
apertado. Esse ajustamento da enzima para 
encaixar confortavelmente no substrato é 
chamado de encaixe induzido. 
Quando uma enzima se liga ao seu 
substrato, sabemos que ela diminui energia 
de ativação da reação, permitindo que a 
reação aconteça mais rapidamente. Mas, 
você pode se perguntar, o que a enzima faz 
ao substrato para tornar a energia de 
ativação mais baixa? 
A resposta depende da enzima. Algumas 
enzimas aceleram as reações químicas 
reunindo dois substratos na orientação 
certa. Outras criam um ambiente dentro do 
sítio ativo que é favorável à reação (por 
exemplo, um ambiente ligeiramente mais 
ácido ou não polar). O complexo enzima-
substrato também pode diminuir a energia 
de ativação dobrando as moléculas do 
substrato de uma forma que facilita a 
ruptura da ligação, ajudando a alcançar o 
estado de transição. 
Finalmente, algumas enzimas diminuem as 
energias de ativação ao participar, elas 
mesmas, da reação química. Ou seja, 
resíduos do sítio ativo podem formar 
ligações covalentes temporárias com as 
moléculas do substrato como parte do 
processo de reação. 
Uma palavra importante aqui é 
"temporária". Em todos os casos, a enzima 
retornará ao seu estado original ao final da 
reação — não ficará ligada às moléculas que 
reagem. Na verdade, uma marca registrada 
das enzimas é que elas não são alteradas 
pelas reações que catalisam. Quando uma 
enzima termina a catalisação de uma reação, 
ela libera o produto (ou produtos) e está 
pronta para o próximo ciclo de catálise. 
De maneira geral, no modelo que é aceito 
atualmente, o do encaixe induzido, assim 
que o substrato se liga com a enzima, esta 
sofrerá uma mudança conformacional no 
sítio ativo, para que haja a reação ocorra de 
forma mais favorável energeticamente. 
PODER CATALÍTICO E 
ESPECIFICIDADE 
ENZIMÁTICA 
 Rearranjo de ligações covalentes – 
“grupos funcionais catalíticos 
podem formar ligações covalentes 
transitórias com um substrato e 
ativá-lo para a reação, ou um grupo 
pode ser transitoriamente 
transferido do S para a E.” 
 Interação não covalente entre E e S 
– “a formação de cada interação 
fraca no complexo ES é 
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acompanhada pela liberação de 
energia livre que se estabiliza a 
interação.” 
Energia de ligação: principal fonte usada 
para reduzir a energia de ativação. 
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
Cinética é o estudo das velocidades de 
reação e como elas são afetadas. Muitos 
fatores, tais como a concentração, pressão, 
temperatura e atividade enzimática, podem 
afetar a velocidade de uma reação. Por 
exemplo, a energia cinética de uma molécula 
é diretamente proporcional à sua 
temperatura, então o aumento da 
temperatura irá resultar em um aumento na 
velocidade da reação. 
Em suma, a cinética enzimática irá 
determinar a velocidade da reação e como 
ela se modifica em resposta a mudanças nos 
parâmetros experimentais. 
 A quantidade de substrato influi na 
velocidade de reações; 
 Em situação de saturação 
enzimática, a reação funcionará 
sempre em velocidade máxima, de 
modo constante. 
 
 
 
 
CONCLUSÕES IMPORTANTES 
 Características do Km: é 
característico de uma enzima e de 
seu substrato e é indicativo da 
afinidade da enzima para aquele 
substrato; 
 Km baixo: alta afinidade da enzima 
pelo seu substrato, pois uma baixa 
concentração de seu substrato é 
necessário para atingir a metade da 
saturação da enzima; 
 Km alto: reflete uma baixa afinidade 
da enzima pelo seu substrato, pois é 
necessário uma alta concentração 
de substrato para atingir a metade 
da saturação da enzima; Quanto mais alto for o Km, menor 
será a velocidade inicial da reação. 
INIBIDORES ENZIMÁTICOS 
A inibição enzimática é a redução da 
velocidade de uma reação enzimática 
provocada por uma molécula. As moléculas 
que provocam essa ação inibitória são 
chamadas de inibidores e podem ser tanto 
constituintes da própria célula como podem 
ser substâncias estranhas a ela. 
Quanto ao tipo, a inibição enzimática pode 
ser inespecífica ou específica. A inibição 
inespecífica é aquela que o inibidor, como 
um agente desnaturante, diminui a atividade 
de todas as enzimas. Já a inibição específica, 
o inibidor diminui a atividade de uma única 
enzima ou de um grupo restrito de enzimas. 
Este tipo de inibição pode ser do tipo 
reversível ou irreversível. 
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 
REVERSÍVEL 
 
A inibição de enzimas reversível diminui a 
atividade enzimática através de interação 
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reversível. Ou seja, o inibidor estabelece 
com a enzima um complexo com uma 
ligação instável, não covalente. Como a 
ligação é instável, após a dissociação com o 
inibidor, a enzima pode retomar sua 
atividade. Existem três tipos de inibição 
enzimática reversível: competitiva, não 
competitiva e Incompetitiva. Esses tipos 
podem ser distinguidos experimentalmente 
pelos efeitos do inibidor sobre a cinética de 
reação da enzima. 
Inibição Competitiva 
A molécula inibidora apresenta estrutura 
semelhante ao substrato da enzima que se 
liga para realizar a catálise. Ela liga-se ao sítio 
ativo da enzima, que não pode realizar o 
processo catalítico, pois seu sítio ativo está 
ocupado para poder ligar-se ao substrato 
correto. Portanto o inibidor compete como 
substrato pelo sítio de ação. 
 O inibidor forma com a enzima o 
complexo enzima-inibidor EI, que é 
análogo ao complexo enzima 
substrato ES; 
 A molécula do inibidor não é 
modificada pela enzima; 
 O efeito da reação modifica o Km, 
mas não altera a velocidade. 
Inibição não competitiva 
Um inibidor não competitivo pode se 
combinar com a enzima livre ou com o 
complexo ES, interferindo na ação de 
ambos. Esses inibidores ligam-se a um sítio 
da enzima diferente do sítio ativo, muitas 
vezes ocasionando deformação dela de 
forma que ela não forme o complexo ES na 
velocidade usual e, uma vez formado, ele 
não se desdobra na velocidade normal para 
originar o produto. 
Ocorre quando uma molécula ou íon pode 
se ligar em um segundo local na superfície 
enzimática, que não seja o sítio ativo. Isto 
pode distorcer a enzima tornando o 
processo catalítico ineficiente. 
O inibidor não competitivo pode ser uma 
molécula que não se assemelha com o 
substrato, mas apresenta uma grande 
afinidade com a enzima. É o mecanismo 
inverso do inibidor competitivo, porque 
inibe a ligação do complexo ES e não da 
enzima livre. 
O efeito da reação modifica a velocidade e 
o Km permanece constante. 
Inibição Incompetitiva 
A inibição Incompetitiva caracteriza-se pelo 
fato de o inibidor não se combinar com a 
enzima livre, nem afetar sua reação com o 
substrato normal; contudo ele se combina 
com o complexo ES para originar um 
complexo ternário inativo ESI, incapaz de 
sofrer a etapa subsequente da reação para 
produzir o produto. 
 Essas interrelações indicam que o 
grau de inibição pode aumentar à 
medida que se aumenta a 
concentração do substrato; 
 Podem ser observada em reações 
catalisadas por enzimas que 
possuem mais de um substrato; 
 Reduz igualmente a Vmax e Km. 
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 
IRREVERSÍVEL 
Os inibidores irreversíveis são aqueles 
inibidores que se ligam no sítio ativo da 
enzima, de modo a formar um complexo 
estável, ou seja, há a formação de uma 
ligação covalente entre o inibidor e a 
enzima, o que pode promover uma 
destruição dos grupos funcionais essenciais 
da enzima. Essa inibição é progressiva, 
aumentando com o tempo até que atinja 
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uma máxima inibição. As substâncias que 
modificam quimicamente os resíduos de 
aminoácidos específicos podem agir como 
inibidores irreversíveis. Os inibidores 
irreversíveis são muito úteis em estudos de 
mecanismo de reação. 
A cinética do inativador irreversível é 
comparável à de um inibidor não 
competitivo puro. Nesse tipo de inibição há 
inibidores chamados de inibidores suicidas 
ou inibidores com base no mecanismo, os 
quais são compostos geralmente pouco 
ativos, até que se liguem à enzima. Eles agem 
de duas formas, ou é convertido em um 
composto muito reativo que se combina 
irreversivelmente com a enzima ou forma 
um produto que é um potente inibidor do 
passo seguinte da via metabólica. 
REGULAÇÃO ENZIMÁTICA 
Como as enzimas guiam e regulam o 
metabolismo de uma célula, elas tendem a 
ser cuidadosamente controladas. Há fatores 
que podem afetar ou controlar a atividade 
enzimática, os quais incluem pH e 
temperatura, bem como: 
 Moléculas reguladoras - A 
atividade enzimática pode ser 
"aumentada" ou "diminuída" por 
moléculas ativadoras e inibidoras 
que se ligam especificamente às 
enzimas. 
 Cofatores - Muitas enzimas só são 
ativas quando ligadas a moléculas 
não proteicas coadjuvantes 
conhecidas como cofatores. 
 Compartimentalização - O 
armazenamento das enzimas em 
compartimentos específicos 
impedem-nas de causar danos ou 
fornecem condições adequadas 
para sua atividade. 
 Inibição retroativa. As enzimas 
metabólicas-chave geralmente são 
inibidas pelo produto da via que elas 
controlam (inibição retroativa). 
MOLÉCULAS REGULADORAS 
As enzimas podem ser reguladas por outras 
moléculas que aumentam ou reduzem sua 
atividade. As moléculas que aumentam a 
atividade das enzimas são chamadas de 
ativadoras, as moléculas que diminuem a 
atividade de uma enzima são chamadas de 
inibidoras. 
Existem muitos tipos de moléculas que 
bloqueiam ou promovem a função da 
enzima e que afetam a função da enzima por 
diferentes vias. 
COMPETITIVO VS. NÃO 
COMPETITIVO 
Em muitos casos bem estudados, a ligação 
de um inibidor ou de um ativador é 
reversível, significando que a molécula não 
se prende à enzima de forma permanente. 
Os inibidores reversíveis são divididos em 
grupos com base em seu comportamento 
de ligação. Não vamos discutir todos os 
tipos aqui, mas veremos dois grupos 
importantes: os inibidores competitivos e os 
não competitivos. 
 Um inibidor pode se ligar a uma 
enzima e bloquear a ligação do 
substrato, por exemplo, ao se ligar 
ao sítio ativo. Isso é chamado 
de inibição competitiva, porque 
o inibidor "compete" com o 
substrato pela enzima, isto é, 
somente o inibidor ou o substrato 
podem estar ligados em um 
determinado momento. 
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 Na inibição não competitiva, o 
inibidor não impede o substrato de 
se ligar ao sítio ativo. Em vez disso, 
ele se liga a outro sítio e impede a 
enzima de realizar seu trabalho. 
Essa inibição é chamada de "não 
competitiva", pois o inibidor e o 
substrato podem ambos estar 
ligados à enzima ao mesmo tempo. 
 
Inibidores competitivos e não competitivos 
podem ser distinguidos pelo modo como 
afetam a atividade de uma enzima em 
concentrações diferentes de substrato. 
Se um inibidor for competitivo, ele 
diminuirá a taxa de reação quando as 
concentrações de substrato forem baixas, 
mas pode ser superado se houver adição de 
grandes quantidades de substrato. Ou seja, 
a enzima pode ainda alcançar sua taxa 
máxima de reação se houver bastante 
substrato, porque quase todos os sítios 
ativos de quase todas as moléculas de 
enzima estarão ocupados pelo substrato e 
não pelo inibidor. 
Se um inibidor for não competitivo, a reação 
catalisada por enzima nunca chegará à sua 
velocidade máxima normal mesmo commuito substrato. Isso acontece porque as 
moléculas de enzimas ligadas a inibidores 
não competitivos estão "envenenadas" e não 
conseguem realizar uma catálise eficiente, 
não obstante a quantidade de substrato 
disponível. 
 
REGULAÇÃO ALOSTÉRICA 
Regulação alostérica, em termos gerais, é 
qualquer forma de regulação em que a 
molécula reguladora (um ativador ou 
inibidor) se liga a uma enzima em algum 
lugar diferente do sítio ativo. O lugar onde 
o regulador se liga é chamado de sítio 
alostérico. 
 
Praticamente todos os casos de inibição não 
competitiva (juntamente com alguns casos 
exclusivos de inibição competitiva) são 
formas de regulação alostérica. 
No entanto, algumas enzimas que são 
reguladas de forma alostérica apresentam 
um conjunto de propriedades únicas que as 
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distinguem. Estas enzimas, que incluem 
alguns dos nossos principais reguladores 
metabólicos, muitas vezes recebem o nome 
de enzimas alostéricas. 
 Enzimas alostéricas normalmente têm 
múltiplos sítios ativos localizados em 
subunidades proteicas diferentes. Quando 
um inibidor alostérico liga-se a uma enzima, 
todos os sítios ativos nas subunidades 
proteicas são alterados ligeiramente de 
forma que não funcionem tão bem. 
Também existem ativadores alostéricos. 
Alguns ativadores alostéricos ligam-se a uma 
enzima em locais diferentes do sítio ativo, 
causando um aumento na função do sítio 
ativo. Além disso, em um processo chamado 
de cooperatividade, o próprio substrato 
pode servir como um ativador alostérico: 
quando se liga a um sítio ativo, a atividade 
dos outros sítios ativos sobe. Isso é 
considerado uma regulação alostérica 
porque o substrato afeta os sítios ativos 
longe de seu local de ligação. 
COFATORES E COENZIMAS 
Muitas enzimas não funcionam otimamente, 
ou nem sequer funcionam, a não ser quando 
ligadas a outras moléculas não proteicas 
auxiliares chamadas cofatores. Estas 
moléculas podem estar ligadas às enzimas 
temporariamente por ligações iônicas ou de 
hidrogênio, ou ligadas permanentemente 
através de ligações covalentes mais fortes. 
Os cofatores mais comuns incluem íons 
inorgânicos como o ferro e o magnésio. 
As coenzimas são um subconjunto de 
cofatores que são moléculas orgânicas (base 
de carbono). As fontes mais comuns de 
coenzimas são as vitaminas nutricionais. 
Algumas vitaminas são precursoras de 
coenzimas e outras agem diretamente como 
coenzimas. Por exemplo, a vitamina C é uma 
coenzima para várias enzimas que 
participam da construção da proteína 
colágeno, uma parte fundamental do tecido 
conjuntivo. 
COMPARTIMENTALIZAÇÃO DE 
ENZIMAS 
As enzimas são muitas vezes 
compartimentadas (armazenadas em uma 
parte específica da célula, onde fazem o seu 
trabalho) por exemplo, em uma organela 
específica. Compartimentalização significa 
que as enzimas necessárias para processos 
específicos podem ser mantidas nos lugares 
onde atuam, garantindo que elas podem 
encontrar seus substratos prontamente, 
não danificam a célula e têm o 
microambiente certo para funcionar bem. 
As enzimas lisossômicas têm baixa atividade 
no pH do citosol, o que pode servir como 
um "seguro" para a célula: mesmo se um 
lisossomo romper e derramar suas enzimas, 
tais enzimas não começarão a digerir a 
célula, pois elas não mais terão o pH certo 
para funcionar. 
INIBIÇÃO RETROATIVA DE VIAS 
METABÓLICAS 
No processo de inibição retroativa, o 
produto de uma via metabólica age na 
enzima chave que regula a entrada a essa via, 
evitando que mais do produto seja 
fabricado. 
Isso pode parecer estranho - por que uma 
molécula iria querer desligar sua própria via? 
Mas, na verdade, é um jeito inteligente da 
célula produzir apenas a quantidade certa de 
produto. Quando há pouco produto, a 
enzima não será inibida, e a via seguirá a 
todo vapor para renovar o estoque. 
Quando há muito produto, este irá bloquear 
a enzima, evitando a produção de produto 
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novo até que o suprimento existente tenha 
sido consumido. 
 
Normalmente, a inibição retroativa age no 
primeiro passo compromissado da via, isto 
é, o primeiro passo que é efetivamente 
irreversível. Todavia, algumas vezes a 
inibição retroativa pode também atingir 
múltiplos pontos numa via, particularmente 
se a via possuir muitas ramificações. Os 
passos da via regulados por inibição 
retroativa são frequentemente catalisados 
por enzimas alostéricas. 
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	Aplicabilidade das enzimas
	Toda enzima é uma proteína?
	Conceitos importantes
	Propriedades das enzimas
	fUNCIONAMENTO ENZIMÁTICO
	Energia livre de gibbs
	Energia de ativação
	A enzima e o substrato
	Poder catalítico e especificidade enzimática
	Cinética enzimática
	Conclusões importantes
	Inibidores enzimáticos
	Inibição Enzimática Reversível
	Inibição Enzimática Irreversível
	Regulação enzimática
	Moléculas reguladoras
	Competitivo vs. não competitivo
	Regulação alostérica
	Cofatores e coenzimas
	Compartimentalização de enzimas
	Inibição retroativa de vias metabólicas