Cinetico enzimatica

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Conteúdo:
BIOQUÍMICA 
GERAL
Rodrigo Binkowski 
de Andrade
 
Cinética enzimática
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Descrever as principais propriedades das enzimas.
 � Enumerar os fatores que afetam a velocidade das reações catalisadas 
por enzimas.
 � Identificar os parâmetros cinéticos de K
m
 e V
máx
, e sua aplicação sobre 
a inibição de enzimas.
Introdução
Neste texto você será apresentado à cinética e às propriedades das en-
zimas. Você vai conhecer as diversas abordagens possíveis utilizadas no 
estudo do mecanismo de ação das enzimas e da sua contribuição na 
velocidade das reações. 
Principais propriedade das enzimas
A cinética enzimática estuda a velocidade das reações catalisadas pelas 
enzimas e o modo pelo qual certos fatores conseguem modificar a velocidade 
destas reações. A velocidade v de uma reação pode ser definida pela quanti-
dade de produto formado ou pela quantidade de substrato transformado pela 
unidade de tempo.
E + SP + E
Onde:
S = substrato
P = produto
E = enzima
A atividade de uma enzima pode, assim, ser medida pela velocidade 
da reação que ela é capaz de catalisar. Não é possível medir a atividade 
enzimática pela dosagem de uma enzima por método direto, semelhante 
a um teste de coloração. Recorre-se à medida da atividade expressa em 
unidades enzimáticas.
As unidades enzimáticas mais empregadas são: arbitrária, internacional 
e Katal. As unidades arbitrárias são expressas em bases empíricas, usu-
almente envolvendo a quantidade de substrato transformado em um tempo 
de incubação definido e sob condições padronizadas de pH, temperatura, 
concentrações e etc. Esta unidade chama-se arbitrária por ser estabelecida 
pelo pesquisador sem a obediência de um critério técnico ou científico. A 
unidade internacional é definida pelo número de micromols de substrato 
desdobrado ou de produto formado por um mililitro da solução em um minuto 
em condições padronizadas de pH e temperatura. Já o Katal é a unidade 
enzimática definida pelo número de mols de substrato desdobrado ou de 
produto formado por litro de solução em um segundo em condições padro-
nizadas de pH e temperatura.
Quando se trabalha com purificação de enzimas costuma-se expressar 
os resultados da medida da atividade enzimática em atividade específica. 
A atividade específica é o número de unidades internacionais (UI) por 
miligrama de proteínas num mililitro de material biológico que está sendo 
examinado.
A velocidade máxima da reação enzimática está relacionada com o número 
de renovação de uma enzima, que expressa o poder catalítico da enzima. O 
número de renovação de uma enzima é o número de mols do substrato trans-
formado em produto por mol de enzima na unidade de tempo. As unidades 
do número de renovação são segundos-1 (ou unidade de tempo-1). Para você 
entender mais sobre a aplicação da cinética enzimática nas nossas vidas, leia 
o box Saiba Mais.
Cinética enzimática2
Para começar, vamos considerar a chamada especificidade estereoquímica. A maioria 
das substâncias formadas ou destruídas nos processos metabólicos são oticamente 
ativas, porém, um dos membros da parelha de isômeros óticos encontra-se em grande 
quantidade na natureza. A maior parte das enzimas apresenta especificidade para um 
dos isômeros, e nisto consiste a especificidade estereoquímica.
A desidrogenase do ácido lático existente no músculo catalisa a desidrogenação do ácido 
L-lático. Da mesma forma, a hexoquinase atua sobre a D-glicose, e não sobre a L-glicose.
A glicoquinase e a hexoquinase no hepatócito têm diferenças na atividade de suas 
enzimas devido às suas funções metabólicas. Essas duas enzimas (isoenzimas) fosforilam 
a glicose no carbono 6. A glicoquinase tem um Km maior para glicose do que a hexoqui-
nase. Isto indica que a glicoquinase só atua quando a glicose atinge uma concentração 
relativamente alta que ultrapassa a capacidade fosforilante da hexoquinase.
As principais propriedades das enzimas
Os catalisadores atuam em reações que, em sua ausência, seriam muito len-
tas. As enzimas produzem resultados apreciáveis em concentrações ínfimas 
e aceleram as reações químicas sem modificar o estado de equilíbrio por 
agirem nos dois sentidos da reação. Os catalisadores não são consumidos 
nem transformados durante a reação química. As enzimas são catalisadoras 
porque apresentam as mesmas características dos catalisadores em geral. Por 
exemplo: as ligações peptídicas in vitro só podem ser hidrolisadas por ácidos 
ou bases fortes e em temperaturas muito elevadas. In vivo, por ação enzimá-
tica, o rompimento dessas ligações se faz com relativa rapidez. Apenas uma 
quantidade mínima (uma molécula) da enzima catalase decompõe 5 milhões 
de moléculas de água oxigenada em um minuto, em pH = 6,8. A renina faz 
coagular 72,3 milhões de vezes o seu peso de leite desengordurado em 10 
minutos, em pH= 5,8 e a 40°C de temperatura.
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Ao contrário, porém, dos catalisadores inorgânicos, as enzimas apresen-
tam especificidades para determinadas reações ou grupos de reações. As 
proteínas, os triacilgliceróis e o glicogênio podem ser hidrolisados in vitro 
inespecificamente com ácido clorídrico a quente, isto é, em condições não 
fisiológicas de temperatura e pH. A hidrólise desses compostos praticamente 
não ocorre espontaneamente em pH 7,3 e temperatura de 37°C. As células, 
em virtude de possuírem catalisadores especiais chamados de enzimas, são 
capazes de realizar o mesmo trabalho em condições fisiológicas de pH 7,34 
e temperatura de 37°C. Quando se adiciona ácido clorídrico a uma mistura 
aquecida de proteína, triacilglicerol e glicogênio, ocorre hidrólise dos três 
compostos: a proteína libera aminoácidos,os triacilgliceróis formam glicerol 
e ácidos graxos, e o glicogênio produz glicose.
Tal fato não ocorre quando se adiciona à mesma mistura uma enzima capaz 
de catalisar, seletivamente, a hidrólise do glicogênio. Neste caso as proteínas 
e os triacilgliceróis permanecem inalterados, enquanto que o glicogênio é 
totalmente degradado.
Os fatores que afetam a velocidade 
das reações catalisadas por enzimas
Diversos fatores influem na atividade das enzimas. Dois deles decorrem da 
natureza proteica da molécula da enzima, e dois são consequência da formação 
do complexo enzima-substrato.
1. Fatores decorrentes da natureza proteica das enzimas: 
a) pH do meio onde atua a enzima;
b) temperatura do meio em que se desenvolve a reação enzimática.
2. Fatores decorrentes da formação do complexo enzima-substrato:
a) concentração do substrato;
b) concentração da enzima.
Influência do pH do meio na atividade de uma enzima
Quando uma mesma quantidade de enzimas atua sobre uma mesma concen-
tração de substrato, em diferentes valores de pH do meio onde a reação se 
efetua, há uma região na qual a atividade da enzima é máxima. Esta região 
é denominada de pH ótimo da atividade. Em muitas enzimas o pH ótimo é 
Cinética enzimática4
fixo e determinado, enquanto que em outras, o pH ótimo se encontra dentro 
de um intervalo mais ou menos extenso.
A estrutura proteica das enzimas explica a influência do pH. As variações 
de pH afetam profundamente a ionização dos grupos amino e carboxílicos 
dos radicais dos aminoácidos colaboradores, auxiliares e de contato. Essas 
modificações do caráter iônico dos radicais determina uma pronunciada 
alteração no efeito catalítico da enzima por mudança de conformação da 
proteína enzimática.
Em adição às modificações puramente iônicas, a molécula proteica pode 
sofrer, também, desnaturação com consequente perda da atividade. A des-
naturação pode ocorrer quando o pH do meio se tornar muito baixo ou muito 
alto. Quando uma enzima atua sobre dois ou mais substratos que também 
modificam a ionização de suas moléculas de acordo com as variações de pH, a 
enzima pode apresentar um pH ótimo diferente para cada substrato (Figura 1).
Figura 1. Efeito do ph sobre reações catali-
sadas porenzimas.
Fonte: Harvey e Ferrier (2012).
Influência da temperatura na atividade da enzima
Quando uma mesma quantidade de enzimas atua sobre uma mesma concentra-
ção de substrato no pH ótimo, mas, em temperaturas diferentes, há um ponto 
onde a atividade da enzima é máxima, essa região é denominada temperatura 
ótima da atividade enzimática.
5Cinética enzimática
Muitas enzimas não revelam atividade a 0°C. Com a elevação da tempera-
tura, a enzima passa a funcionar e a atividade cresce à medida que a temperatura 
aumenta. Existe um determinado ponto no qual o aumento de temperatura, 
ao invés de aumentar a atividade enzimática, causa uma diminuição e até 
completa inativação.
O gráfico apresenta, como na curva de pH, uma forma de sino assimé-
trico, com o ramo esquerdo geralmente menos inclinado que o da direita. 
Ele é explicado pela estrutura proteica das enzimas. O ramo direito da 
curva é justificado pelo aumento natural da velocidade de uma reação pela 
temperatura (Figura 2). O aumento da temperatura determina, também, a 
desnaturação da proteína.
Figura 2. Efeito da temperatura sobre uma 
reação catalisada por enzima.
Fonte: Harvey e Ferrier (2012).
A partir de 45°C a desnaturação da enzima se faz rapidamente; aos 55°C 
a desnaturação é acelerada, e, acima deste valor, a enzima chega à completa 
inativação. Portanto, a curva obtida em forma de sino é a soma de duas outras 
curvas que representam um aumento da atividade enzimática pela elevação 
da temperatura e a desnaturação térmica.
As enzimas das bactérias que vivem em ambientes naturais quentes (bactérias 
termófilas) podem conservar a atividade em temperaturas superiores a 85°C.
Cinética enzimática6
Influência da concentração do substrato
Quando se faz variar a concentração do substrato mantendo-se a mesma concen-
tração da enzima, e a temperatura e o pH ótimos, observa-se que a velocidade 
da reação aumenta segundo uma reação linear. Porém, no momento em que 
esta concentração ultrapassa um determinado valor, a velocidade de reação 
permanece independente da concentração do substrato. Se a concentração 
do substrato for grande, a concentração do complexo enzima-substrato será 
maior, e, consequentemente, maior será a velocidade de reação.
Com a adição de novas moléculas de substrato, chegará um momento em 
que todas as moléculas da enzima estarão sob a forma de enzima-substrato, 
e, neste ponto, o acréscimo de maior quantidade de substrato não aumenta a 
concentração do complexo enzima-substrato e, portanto, a velocidade per-
manece constante.
Além dos fatores já mencionados, a atividade das enzimas depende, também, 
da concentração dos cofatores. Quando uma enzima requer um fator dissociável, 
a velocidade da reação varia com a concentração do cofator. Em muitos casos é 
encontrado um limite para a concentração do cofator, como já foi visto quando 
analisada a influência da concentração do substrato. A explicação para este 
caso é semelhante: os locais do centro catalítico da enzima, reservados aos 
cofatores, ficam saturados em presença de um excesso de cofator.
Influência da concentração da enzima
Fazendo-se variar a concentração da enzima, mantendo-se fixa uma alta 
concentração de substrato, na temperatura e no pH ótimos, verifica-se que a 
velocidade da reação aumenta linearmente com a concentração da enzima. A 
influência da concentração da enzima deve ser medida em presença de uma 
elevada concentração de substrato.
Além da influência do pH, da temperatura, da concentração da enzima 
e da concentração do substrato, a velocidade de uma reação enzimática de-
pende, também, da afinidade da enzima pelo substrato e do poder catalítico 
da enzima. Entende-se por afinidade da enzima pelo substrato a maior ou 
a menor capacidade da enzima de se ligar ao substrato. Já o poder catalítico 
é a capacidade de uma enzima em transformar o substrato ligado no com-
plexo enzima-substrato (ES) em produto. Todos esses fatores que influem na 
7Cinética enzimática
velocidade das reações enzimáticas são responsáveis por dois grandes tipos 
de cinética denominados cinética michaeliana e cinética não michaeliana.
Na cinética michaeliana, a afinidade da enzima pelo substrato e o poder 
catalítico da enzima permanecem constantes quando se faz variar a concentra-
ção do substrato. A hipérbole observada no gráfico já estudado, que representa 
a influência da concentração do substrato sobre a atividade de uma enzima, 
é característica da cinética michaeliana.
Na cinética não michaeliana, a afinidade da enzima pelo substrato ou o 
poder catalítico da enzima sofrem modificações em função da concentração 
do substrato ou outros modificadores da velocidade (efetores).
Os parâmetros cinéticos de Km e Vmáx e sua 
aplicação sobre a inibição de enzimas
A cinética michaeliana foi descoberta em 1913. Michaelis e Menten represen-
taram a reação enzimática em duas etapas:
Na maioria dos casos a etapa A é mais rápida do que a B, que será, assim, 
a etapa limitante. No estado inicial da reação, a concentração do produto 
P é ainda muito pequena para possibilitar uma inversão de sentido ESE + P. 
Conclui-se, então, que Km é igual à concentração do substrato quando a velo-
cidade da reação for igual à metade da velocidade máxima. O Km da enzima 
é expresso pela concentração do substrato em moles por litro.
Significado de Vmáx (velocidade máxima) e de Km
A velocidade máxima de uma reação catalisada por uma enzima está na 
dependência do complexo ES. A decomposição deste complexo (ES) em 
enzima (E) e produto (P) está na dependência do poder catalítico da enzima 
(E). A velocidade será máxima (Vmáx) quando toda a enzima (et) estiver sob 
a forma de ES, ou seja, quando não existir enzima livre.
O Km é diretamente proporcional a K2, o que nos mostra que quanto maior 
a afinidade da enzima pelo substrato, maior será K1 e consequentemente o Km 
será menor. O Km está relacionado com a afinidade da enzima pelo substrato 
– quanto maior o Km, menor a afinidade da enzima pelo substrato (Figura 3).
Cinética enzimática8
Figura 3. Efeito da concentração do subs-
trato sobre a velocidade de reação para duas 
enzimas: enzima 1 com K
m
 menor e enzima 
2 com K
m
 maior.
Fonte: Harvey e Ferrier (2012).
É importante conhecer o valor de Km pelas seguintes razões:
1. A concentração do substrato na célula não pode ser muito menor do 
que o Km, pois, neste caso, um pequeno aumento do nível intracelular 
do substrato acarretaria um grande incremento na velocidade da reação 
e haveria um verdadeiro desperdício de enzima. Uma concentração 
muito elevada do substrato não iria trazer nenhum benefício, pois, 
com [S] = 1.000 Km, a velocidade da reação seria apenas duas vezes 
maior que no Km.
2. O Km é uma constante diferente para cada enzima quando atua sobre 
um substrato específico. O valor numérico do Km permite verificar se 
duas amostras de uma mesma enzima de origens diferentes podem ser 
consideradas idênticas.
3. O Km também permite explicar porque uma mesma enzima pode em 
certos tecidos catalisar uma reação em um sentido e em outros tecidos, 
em sentido contrário. Isto ocorre com isoenzimas, por exemplo.
9Cinética enzimática
4. Do mesmo modo, esta constante torna possível interpretar a razão da 
existência de duas enzimas diferentes que catalisam exatamente a mesma 
reação em um mesmo tecido (veja o box Fique Atento). 
5. O substrato sobre o qual a enzima atua melhor é aquele que apresenta 
um valor mais elevado para a relação Vmáx/Km.
Especificidade da ação enzimática
Uma das propriedades mais características das enzimas é a especificidade. 
Entende-se por especificidade a propriedade das enzimas de catalisarem 
exclusivamente um grupo restrito de reações ou, em alguns casos, uma única 
reação (veja o box Fique Atento).
Para entender um pouco mais sobre a cinética enzimática, 
acesse o link abaixo e assista a um vídeo detalhado sobre 
o conteúdo (FIRESTONE, 2017).
https://goo.gl/CZghWx 
Os inibidores enzimáticos são largamente empregadosno estudo de vias metabólicas 
e em terapêutica para o tratamento de algumas enfermidades. As sulfas, por exemplo, 
por apresentarem semelhança estrutural com o ácido para-aminobenzoico (PABA), 
que é uma substância indispensável para o crescimento bacteriano, são utilizadas 
no tratamento de certas infecções. Elas funcionam como inibidor competitivo da 
enzima que sintetiza uma coenzima bacteriana que possui a PABA em sua estrutura. 
A coenzima não sendo sintetizada, a bactéria fica impossibilitada de se multiplicar.
Cinética enzimática10
https://goo.gl/CZghWx
FIRESTONE, R. An introduction to enzyme kinetics. Khan Academy, Mountain View, 
2017. Disponível em: <https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/biomolecules/
enzyme-kinetics/v/an-introduction-to-enzyme-kinetics>. Acesso em: 22 set. 2017.
HARVEY, R. A.; FERRIER, D. R. Bioquímica Ilustrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2012.
Leitura recomendada
NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: 
Artmed, 2014.
11Cinética enzimática
https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/biomolecules/
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