ENZIMAS_ estrutura e função

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ENZIMAS: estrutura e função
Objetivos de Aprendizagem
Apresentar as enzimas do ponto de vista estrutural e funcional.
Verificar a importância do conhecimento do mecanismo de ação
enzimático
Identificar quais as nomenclaturas e os tipos de reações catalisadas por
enzimas.
Verificar quais fatores interferem na velocidade de reação enzimática.
Questões Norteadoras
1. Descreva a estrutura e a função das enzimas.
2. Defina energia de ativação. Como as enzimas interferem com essa
energia?
3. Como as enzimas são classificadas? Cite as 6 grandes classes.
4. O que são cofatores e coenzimas?
5. Cite dois fatores que alteram a atividade enzimática.
Enzimas são
● proteínas
● Ribozimas (a partir de RNA)
A MAIORIA DAS ENZIMAS SÃO PROTEÍNAS, MAS NEM TODA PROTEÍNA É UMA
ENZIMA
FUNÇÃO:
- aceleram reações químicas (CATÁLISE)
PRATICAMENTE TODAS(não são todas) AS REAÇÕES PRECISAM DE ENZIMAS
As pouquíssimas reações que não precisam de enzimas, iram acontecer mais
lentamente e não são tão eficientes, não sendo tão importantes.
Desse modo:
➔ não são tão reguladas
As reações que necessitam de enzimas são eficientes e rápidas. Se estas
enzimas não estão funcionando de modo correto, pelo acúmulo ou pela falta,
ocasionará em um problema ao organismo como ERROS METABÓLICOS.
Desse modo precisam ser:
➔ reguladas
➔ tempo certo/velocidade
➔ ter uma síntese de enzimas de acordo com a reação, nem muito nem
pouco
USO DE MEDICAÇÃO NA PRÁTICA MÉDICA:
● Medicação/fármacos -> atuar para controlar(diminuir/ativar) as enzimas
em reações químicas corporais
● Determinar a atividade de enzimas plasmáticas para o diagnóstico ex:
ALT, TGO, TGP, lactase, lipase, etc.
ONDE AS ENZIMAS SÃO ENCONTRADAS? E QUAIS SÃO ELAS?
Enzimas devem estar no meio INTRACELULAR, sendo usadas para identificar se
há uma lesão tecidual, quando encontradas no plasma sabe-se que houve
extravasamento.
Enzimas:
● citosólicas(lesão aguda quando encontrada no plasma, sem ser crônico),
● mitocondriais(lesão crônica quando encontradas no plasma, pois estava
dentro das organelas),
● extracelulares (ser encontradas no tecido circulante teve extravasamento,
pois são produzidas em locais específicos para ter ação específica ex:
amilase pancreática que atua no intestino e a lipase pancreática)
Informações:
PROTEÍNAS SÃO ENZIMAS/Catalisadores biológicos
● Estrutura proteica quaternária (composto por aminoácidos), para ter
ação catalítica
● Algumas necessitam de outros grupos químicos além da cadeia lateral
de seus aminoácidos para a catálise. -> precisam de proteína
quaternária + Grupos prostéticos para funcionar
As CONDIÇÕES ESPECÍFICAS para as enzimas funcionarem:
● temperatura: se tiver um alteração(alta temperatura), a proteína irá
desnaturar e a velocidade será PREJUDICADA
● pH: ex pepsina é ativada no estômago(ácido ideal para ela, protonada) e
encaminhada ao intestino(baixo), logo a mesma ira desprotonar e ira
PARAR de FUNCIONAR
REALIZAM/NÃO REALIZAM:
● Enzimas não alteram o equilíbrio da reação.
● Aumentam a velocidade de reação em 109 a 1020 vezes. -> Reagente ->
Produto e com a catálise são aceleradas
● Maioria apresenta grande especificidade.: enzima catalisa reação para
que o reagente/substrato forme produto, podendo também ser mais de
um substrato.
● Mais de 3000 por célula.
HISTÓRIA:
1. São catalisadores biológicos... (L. Pasteur, 1850),
2. ...que continuam a funcionar mesmo quando isolados das células vivas
(E. Buchner, 1897). 1860-1917
3. Todas as enzimas são proteínas (J. Sumner, 1926). 1887-1955
(Hoje: Nem todas são proteínas, apenas a maioria! ! !)
4. Necessitam de sua estrutura primária, secundária, terciária e
quaternária para a catálise (J. Haldane, 1935). 1892-1964
Enzimas atuam como catalisadores biológicos, permitindo a conversão de
substratos em produtos.
EQUAÇÃO: enzima que atua sobre substrato/reagente -> enzima se liga ao
substrato = complexo enzima substrato -> a enzima vai fornecer a energia de
ativação necessária para que esse substrato se transformar na molécula de
produto (molécula atingiu o ESTADO de TRANSIÇÃO)-> quando conseguir o
produto irá se soltar da enzima -> a enzima voltará a ficar LIVRE para captar
mais substrato.
● Sítio ativo da enzima: local onde a reação acontece.. Composto de
aminoácidos, cadeias laterais de aminoácidos virados para fora para que
haja interação química
● Substrato: molécula que se liga no sítio ativo e sobre a qual a enzima
age.
● Complexo enzima-substrato (ES): ponto central da ação das enzimas.
Enzima fornece energia para que o substrato se rearranque: troque suas ligações,
faça quebra, mudança de posição, etc.
Reações que não precisam de enzimas:
(a partir do choque entre moléculas de temperatura e pressão controlada)
Enzima pode ser degradada de forma ENDÓGENA, se não for mais necessária
Informações:
MECANISMO DE AÇÃO DAS ENZIMAS: as enzimas catalisar a reação, pois
reduzem a EA para
(EA)energia de ativação: energia necessária para que o substrato atinja o
(ES)ESTADO DE TRANSIÇÃO
O ápice das curvas é chamado de: (ES)ESTADO DE TRANSIÇÃO
A própria interação é acelerada a partir do complexo enzima substrato
-> esta energia é chamada de (EI) ENERGIA DE INTERAÇÃO
↑EA(energia de ativação) = ↓Velocidade da reação
↓EA(energia de ativação) = ↑Velocidade da reação
vermelho: -> REAÇÃO SEM ENZIMA
- precisou de mais energia,
- chegou de modo mais lento,
- MAIOR EA(energia de ativação)
verde: -> REAÇÃO CATALISADA POR ENZIMA
- precisou de menos energia,
- chegou de modo mais rápido,
- com um MENOR EA(energia de ativação)
As duas curvas são de acordo com o MESMO substrato, para conseguir se
transformar em produto
Enzimas aumentam a velocidade de ação
Aumentam devido:
● Reações químicas ocorrem entre substratos e grupos funcionais da
enzima.
● Ligações covalentes transitórias são formadas com um substrato para
ativá-lo para a reação ou um grupo pode ser transitoriamente transferido
do substrato para enzima.
● Ou, interações não-covalentes entre enzima e substrato.
RESULTADO: geração de uma energia de ligação, que induz a redução da
energia de ativação acelerando a reação.
Informações:
Modelos de ação enzimática
MODELO CHAVE FECHADURA
Proposto na década de 50 por Emil Fisher, para explicar a especificidade do
substrato pela enzima. -> MODELO CHAVE FECHADURA: sítio ativo é pré formado,
e não muda sua conformação, sendo de modo rígido (logo o S.A. não relaxa
para o encaixe ser melhor)
● Nesse modelo, o sítio ativo da enzima é pré-formado e tem a forma
complementar à molécula do substrato – formas rígidas.
● No entanto, o encaixe é tão perfeito que compromete a ativação e
consequentemente a alteração química do substrato para formar o
produto.
● substrato deverá ser perfeitamente complementar ao sitio ativo para
funcionar
● utilizado até hoje, para explicar a especificidade do substrato, mas
compromete a alteração química do substrato comprometendo a
formação do produto
obs: é necessário um S.A. maleável ao substrato, por conta das estruturas
químicas que precisam acontecer para chegar ao produto.
★ alta seletividade
★ alta afinidade
★ alta especificidade
Interações covalentes ou não que determinam a ligação
MODELO de ENCAIXE INDUZIDO
O contato com a molécula do substrato induz mudanças conformacionais na
enzima, que otimizam as interações com os resíduos do sítio ativo.
Logo, o sítio ativo não será rígido. Dará espaço ao substrato para realizar suas
alterações químicas conformacionais até chegar no produto.
- Otimiza a formação do complexo ES (estado de transição) e gera-se a
melhor força para formação dos produtos.
- Portanto, as interações formadas apenas no estado de transição são
aquelas que dão a principal contribuição para a catálise.
Contato/interação da molécula do substrato + enzima = modifica sua
conformação, a enzima se ADAPTAR à necessidade do substrato.
para:
- otimizar a formação do produto -> do complexo enzima substrato ->
otimiza para chegar no Estado de Transição -> mais RÁPIDA será a
reação.
Informações:
Esse é o modelo atualmenteaceito para explicar a especificidade pelas
enzimas
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
Classes Nome da
Classe
Reação catalisada
1 Oxirredutases Transferencia de eletrons
2 Transferases transferem grupos funcionais da sua estrutura
química
obs: substrato encaixa na enzima promovendo
transferência do grupo f. para que chegue ao
produto
3 Hidrolases enzimas que vão catalisar reações de hidrólise
- Para ela funcionar é necessário ter AGUA no
meio para a enzima se encaixar no
substrato, e assim passar a energia por
meio da água ligada.
- Ou pode fazer a hidrólise de um grupo f. na
estrutura química do substrato, formando
também um produto.
4 Liases Enzimas que vão clivar/romper ligações do
carbono (C=C, C=O, C=N), seja lig. duplas oi anis, ou
adição de grupos em ligações duplas(por meio de
uma adição há a quebra)
5 Isomerases transferência de grupos funcionais dentro de uma
mesma molécula produzindo formas isoméricas
6 Ligases Formação de ligações C=C, C=S, C=O e C=N por
reações de condensação(muito gasto de ATP)
acopladas a hidrólise de ATP ou cofatores similares.
NOMECLATURA DAS ENZIMAS:
Nome sistemático: identifica a reação catalisada pela enzima. São 6 classes, que
apesar de identificar a enzima de forma sistemática, exata e informativa, são
pouco convenientes.
● Ex.: a enzima que catalisa a oxidação do etanol usando NAD+ como
aceptor de elétrons é designada (álcool desidrogenase) ➔ álcool :
NAD+ : oxirredutase e tem o número de classificação EC 1.1.1.1 (EC de
Enzyme Comission), que significa:
Identifica: classe, gupo funcional, qual o substrado utilizado pela enzima,etc
EC 1 oxirredutases
EC 1.1 oxirredutases que atuam sobre doadores de elétrons com
grupo -OH.
Informações:
EC 1.1.1 oxirredutases que atuam sobre doadores com grupo –OH e
catalisam uma reação que tem NAD+ ou NADP+ como
aceptores de elétrons
EC 1.1.1.1 enzima que catalisa a oxidação do etanol.
Enzimas e a Necessidade de outras grupos químicos
COFATORES
COENZIMAS
Informações:
FATORES QUE INTERFEREM NA REAÇÃO ENZIMÁTICA
Condições do meio:
- pH
- temperatura
Tempo de reação
Concentração dos componentes da reação
- enzima
- substrato
TEMPERATURA
- acima da temperatura ótima proteína começa a desnaturar
Informações:
pH
● O pH ótimo de uma enzima reflete variações no estado de ionização de
resíduos de aminoácidos do sítio ativo.
● A enzima está pelo menos parcialmente desnaturada em pHs afastados
do pH ótimo.
● Quando o substrato é uma molécula ionizável, o pH ótimo da enzima
também reflete o seu estado de ionização.
CONCENTRAÇÃO DE ENZIMA E DE SUBSTRATO
aumento da concentração de substrato -> aumenta velocidade
aumento da concentração das enzimas -> aumenta a velocidade
Informações:
ENZIMAS E DIAGNÓSTICO CLÍNICO
Um indivíduo tem suspeita de câncer de próstata e o outro de dano hepático.
Quem é quem?
- fosfatase acida prostatica
- aspartato transaminase
- alanina transaminase
Indivíduo A possui maior dano.
ENZIMAS E ALVOS FARMACOLÓGICOS
CAPTOPRIL inibe a ECA
Informações:
Informações: