RESUMO - ENZIMAS

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RESUMO - ENZIMAS
BIOQUÍMICA BÁSICA 2021.2
ENZIMAS
São proteínas especializadas na catálise de reações biológicas
Biomoléculas mais notáveis
Têm extraordinária especificidade e poder catalítico
Superiores aos catalisadores sintéticos produzidos pelo homem
Todas as enzimas são proteínas (globulares, de estrutura terciária)
Com exceção das ribozimas e desoxirribozimas (descobertas in vitro, em laboratório,
recentemente)
SUBSTRATO
Reagentes participantes da reação que a enzima catalisa
FUNÇÃO DAS ENZIMAS
Viabilizam a atividade das células, quebrandomoléculas ou juntando-as para formar novos compostos
Compatibilidade das reações químicas necessárias para a vida, com o tempo de vida da célula
Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas
São catalisadores celulares poderosos
Aceleram a velocidade de uma reação sem participar dela como reagente ou produto
As enzimas atuam, ainda, como reguladoras do METABOLISMO.
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS
Atuam em concentrações muito baixas, em condições favoráveis de temperatura e pH
Podem ter sua atividade regulada e estão, quase sempre, dentro da célula, compartimentalizadas
Separadas em áreas específicas da célula
Apresentam alto grau de especificidade em relação ao substrato que catalisa
NOMENCLATURA ENZIMÁTICA
Existem 3 métodos:
Nome Recomendado
Mais curto e utilizado no dia a
dia de quem trabalha com
enzimas
Utiliza o sufixo "ase" para
caracterizar a enzima
Urease, Peptidase
Nome Sistemático
Mais complexo, nos dá
informações precisas sobre a
função metabólica da enzima
ATP-glicose-fosfotransferase
Nome Usual Consagrados pelo uso Tripsina, Pepsina, Ptialina(“amilase salivar”)
No entanto, a nomenclatura mais adequada está atrelada à função da enzima, deixando-a clara ao ler.
Normalmente se adiciona o sufixo -ase ao nome do substrato ou à atividade realizada
Urease - hidrolisa a uréia
DNA-polimerase - polimeriza DNA
Nomenclatura oficial das enzimas é dada pela Enzyme Comission da International Union for
Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB)
Exemplo:
ATPase - EC 3.6.1.3
Hidrolase................................. 3
Atua em um anidrido............3.6
Anidrido contém fosfato...3.6.1
Anidrido é o ATP............ 3.6.1.3
Estão classificadas em seis grandes grupos, de acordo com sua atividade, ou seja, as reações que
catalisam:
NOMENCLATURA REAÇÃO DESCRIÇÃO
1. Óxido-Redutases Reações de óxido-redução Transferência de elétrons - se uma
molécula se reduz, há outra que se
oxida
2. Transferases Transferência de grupos funcionais Transfere grupos aldeído, acila,
glucosil, ou fosfatos (enzimas
quinases)
3. Hidrolases Reações de hidrólise Quebram polímeros em
monômeros, atuam sobre ligações
éster, glicosídicas, peptídicas, e
carbono-nitrogênio (C-N)
4. Liases Adição a ligações duplas Ligações carbono-carbono ou
carbono-oxigênio (e atémesmo
carbono-nitrogênio)
5. Isomerases Reações de isomerização Troca da posição dos grupos da
molécula no espaço
6. Ligases Formação de ligações covalentes,
com gasto de ATP
Entre carbono-oxigênio (C-O),
carbono-enxofre (C-S), carbono-
nitrogênio (C-N), carbono-carbono
(C-C)
COFATORES ENZIMÁTICOS
São moléculas que, ao se ligarem às enzimas, auxiliam na sua função, muitas vezes ativando-as
A holoenzima é formada pela proteína associada ao cofator
Cofator pode ser íon inorgânico oumolécula orgânica (coenzima)
Se a molécula orgânica estiver ligada covalentemente à porção proteica (apoenzima ou
apoproteína), será um grupo prostético
Ribozimas: enzimas com estrutura de RNA
Ao se ligar ao seu cofator, a proteína inativa é ativada, e seu sítio de ligação agora pode se ligar ao
substrato
Visualização: apoenzima (parte proteica da enzima) e holoenzima (apoenzima + cofator - molécula
vermelha)
COFATORES INORGÂNICOS - ÍONS
ÍON ENZIMAATIVADA
Zn2+ Deshidrogenases, anidrase carbônica, RNA e DNA polimerases
Mg2+ Hexoquinase, glicose-6-fosfato, piruvato quinase, RUBISCO
Mn2+ Arginases, peptidases, quinases
Mo Nitratoredutase, nitrogenase
Fe2+, Fe3+ Citocromos, catalases, ferredoxina, peroxidases, nitritoredutase
Cu2+ Citocromo oxidase, tirosinase, ácido ascórbico oxidase, plastocianina
Ca2+ 1,3-beta glucana sintetase, calmodulina
K+ Piruvato fosfoquinase, ATPase
Co Vitamina B12 (em microorganismos e animais, mas não em plantas -fixação simbiótica de nitrogênio)
Ni Urease
Se Glutationa peroxidase
COFATORES ORGÂNICOS - COENZIMAS: VITAMINAS
VITAMINAS FUNÇÕES E COENZIMASRELACIONADAS HIPOVITAMINOSES (CARÊNCIA)
ÁCIDO
ASCÓRBICO
(C)
Coenzima de algumas peptidases,
intervém na síntese de colágeno
Escorbuto (disfunção na síntese
de colágeno, problemas na
estrutura tecidual)
TIAMINA (B1)
Coenzima das descarboxilases e
de enzimas que transferem
grupos aldeídos
Beriberi
RIBOFLAVINA
(B2)
Constituinte das coenzimas FAD e
FMN Dermatites e lesões nas mucosas
ÁCIDO
PANTOTÊNICO
(B5)
Constituinte da Coenzima A (CoA) Fadiga e transtornos do sono
NIACINA (B3) Constituinte das coenzimas NAD eNADP Pelagra
PIRIDOXINA
(B6)
Intervém nas reações de
transferência de grupos amino Depressão, anemia
COBALAMINA
(B12)
Coenzima na transferência de
grupos metil Anemia perniciosa
BIOTINA
Coenzima das enzimas que
transferem grupos carboxila, no
metabolismo de aminoácidos
Fadiga, dermatites
Algumas coenzimas funcionam como transportadoras transientes (temporárias) de grupos funcionais
ou de átomos específicos, durante diversas reações:
COENZIMA ALGUNS GRUPOS QUÍMICOSTRANSFERIDOS
PRECURSORESDIETÉTICOS (NOS
MAMÍFEROS)
FLAVINA ADENINA
DINUCLEOTÍDEO
(FAD)
Elétrons Riboflavina (B2)
NICOTINAMIDA
ADENINA
DINUCLEOTÍDEO
Hidreto Niacina (B5)
COENZIMAA Grupos acila Ácido pantotênico (B3)
PIRIDOXAL FOSFATO
(PYF) Grupos amino Piridoxina (B6)
TIAMINA
PIROFOSFATO (TPP) Aldeídos Tiamina (B1)
TETRAHIDROFOLATO Un. Mono C (??) Ácido fólico
BIOCITINA CO2 Biotina
COMOAS ENZIMAS FUNCIONAM?
Sítio catalítico ou sítio ativo: ligação do substrato e ação da enzima
Sítio ativo + subtrato - várias ligações fracas, que são a base para a especificidade da enzima quanto
ao seu substrato (complexo enzima-substrato)
Figura mostra a DNA polimerase, com cofatores inorgânicos (Mg++), se ligando à dinucleotídeos para
formar uma molécula de DNA, liberando um pirofosfato inorgânico
1. Enzima sacarase (degrada sacarose) se ligando à sacarose
2. Entrada de molécula de água (hidrólise)
3. Enzima + substrato + água reagem de forma a liberar os produtos (glicose e frutose)
4. Enzima também é liberada, e se mantém da mesma maneira como iniciou (regeneração)
DNA polimerase + Mg++ + Nucleotídeos -> Molécula de DNA + Pirofosfato inorgânico + DNA
polimerase (regenerada)
CONCEITOS IMPORTANTES - FUNCIONAMENTO DAS ENZIMAS
Maior estabilidade moleular - maior “controle” das reações dentro das células (regulação do
metabolismo)
Figura abaixo à esquerda: grande quantidade de energia livre para elevar o substrato ao estado de
transição
Figura abaixo à direita: Na presença de enzima, ocorre a modificação do substrato até o estado de
transição mais rapidamente, pois forma complexos enzima-substrato e enzima-produto, reação
acontece mais rapidamente (menor quantidade de energia livre necessária)
Enzimas catalisam diminuindo a energia de ativação para a reação
Dois sentidos: equilíbrio químico
À direita: enzima sem estar ligada / enzima ligada ao substrato
ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA
Dessolvatação do substrato: se livra de moléculas de água ligadas
Ajuste induzido: proteína adapta sua forma para se adequar ao substrato
Uma enzima pode ter mais de um substrato (nesse caso, 2)
REAÇÃO ENZIMÁTICA
a- Reação ocorre sem enzima: o substrato entra em estado de transição, mas a variação de energia
livre necessária para isso é máxima
b- Reação ocorre com enzima completamente complementar: estabiliza o substrato e acaba
aumentando a variação de energia livre necessária para elevar o complexo enzima-substrato até o
estado de transição (não ocorre na realidade)
c- Reação ocorre com enzima complementar ao estadode transição: nesse caso, a reação ocorre
bastante rapidamente, funcionando como uma “alavanca” - a variação de energia livre necessária foi
muito inferior ao usual
ENZIMAS – CATALISADORES BIOQUÍMICOS
Não alteram o estado de equilíbrio da reação
Abaixam a energia de ativação requerida para uma reação acontecer;
Constante de equilíbrio (Keq) não é afetada pela enzima
Não apresenta efeito termodinâmico global
Variação de energia livre (deltaG) não é afetada pela enzima - a energia inicial (substratos) e final
(produtos) não são alteradas
São como “máquinas” ou “ferramentas” bioquímicas
Enzimas aceleram as reações:
ENZIMAS X SUBSTRATOS
São biomoléculas imensamente maiores que seus substratos
FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS
pH
Temperatura
Concentração das enzimas
Concentração dos substratos
Presença de inibidores enzimáticos
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Efeito do pH
Variações no estado de ionização dos componentes do sistema, à medida que o pH varia
Se o pH muda de forma abrupta, enzimas podem desnaturar e perder sua função
ENZIMA pH ÓTIMO
PEPSINA 1,5
TRIPSINA 7,7
CATALASE 7,6
ARGINASE 9,7
FUMARASE 7,8
RIBONUCLEASE 7,8
Efeito da temperatura (T)
Precisam de uma temperatura ótima para exercer sua função da melhor maneira possível
Enzimas humanas atuam a 36°C, em bactérias termofílicas (resistentes ao aumento de calor) atuam a
quase 80°C
Grande diminuição ou aumento da temperatura, enzimas podem ser desnaturadas e perder sua
função
O aumento da temperatura pode aumentar a atividade enzimática, até antes de seu ponto de
desnaturação (como um “overclock”)
Mais choques úteis entre enzima e substrato
Maior chance de ocorrer reação
Efeito da concentração de substrato [S]
Estudada porMichaelis-Menten
Equação descreve o efeito da concentração na velocidade da reação catalisada pela enzima
Neste gráfico, a concentração de enzima é fixa: o que muda é a concentração de substrato, elevado
ao longo do tempo
Constante deMichaelis-Menten - número no qual ocorre a metade da velocidade máxima da reação
na presença desse substrato, aumentado gradativamente
Valor numérico que expressa maior ou menor afinidade da enzima pelo substrato
Gráfico se aproxima de um valor fixo: Saturação da enzima
Efeito da concentração de enzima [E]
Se a [E] for constante ao longo do tempo, a velocidade da reação não muda
PRESENÇADE INIBIDORES ENZIMÁTICOS
Inibidor - qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática.
COMPETITIVO: inibidor liga reversivelmente à enzima e compete com o substrato pelo sítio ativo
NÃO COMPETITIVO: Inibidor e substrato ligam-se em locais diferentes da enzima.
O inibidor pode ligar-se a enzima livre ou ao complexo enzima-substrato, impedindo a reação.
Inibição competitiva
Os inibidores competitivos ligam-se ao sítio ativo da enzima: K1 é a constante de equilíbrio da ligação
do inibidor a E.
Inibição não-competitiva ou incompetitiva
Os inibidores incompetitivos ligam-se em sítios diferentes, mas ligam-se apenas ao complexo ES; K1’ é
a constante de equilíbrio para a ligação a ES.
Inibição mista
Os inibidores mistos ligam-se a sítios separados, mas podem se ligar tanto a E quanto a ES.
REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Controle pela concentração de enzima [E]
Depende da quantidade produzida pela célula
Bloqueio de alguma das etapas de produção da enzima (transcrição em RNA mensageiro, síntese
proteica)
Controle por compartimentalização celular
Enzimas dentro do lisossomo (pH ótimo 5,0) não atuariam suficientemente no citosol (pH 7,2)
Enzimas em cloroplastos oumitocôndrias são diferentes das enzimas presentes no citoplasma
Controle alostérico
Modulador positivo estabiliza a forma ativa da enzima, e todos os seus sítios ativos estão disponíveis
para reação, prontos para receber substrato
Modulador negativo estabiliza a forma inativa da enzima, e impede que seus sítios ativos possam se
ligar ao substrato
Controle por modificação covalente
Modificação covalente na sua estrutura - perda ou ativação da enzima
Ex: medicamentos ou toxinas que causam inibição irreversível (restituição da função apenas
depois da síntese de novas enzimas
Controle por clivagem proteolítica
Zimogênios são ativados por clivagem (quebra) na sua estrutura
Transforma uma forma inativa em ativa, com sítio ativo acessível
Ex: pepsinogênio (zimogênio) e pepsina (enzima ativa)
ENZIMAS VS CATALISADORES QUÍMICOS
CARACTERÍSTICA ENZIMAS CATALISADORES QUÍMICOS
ESPECIFICIDADE AO
SUBSTRATO Alta especificidade Baixa especificidade
NATUREZADA
ESTRUTURA Complexa Simples
SENSIBILIDADE À
TEMPERATURA (T) E pH Alta sensibilidade Baixa sensibilidade
CONDIÇÕESDE REAÇÃO
(T, P E pH) Suaves Drásticas (geralmente)
CUSTODEOBTENÇÃO
(ISOLAMENTO E
PURIFICAÇÃO)
Alto Moderado
CONSUMO DE ENERGIA Baixo Alto
FORMAÇÃODE
SUBPRODUTOS Baixa Alta
SEPARAÇÃO
CATALISADOR/PRODUTO Difícil e cara Simples
ATIVIDADE CATALÍTICA
(T AMBIENTE) Alta Baixa
PRESENÇADE
COFATORES Sim Não
ESTABILIDADE DO
PREPARADO Baixa Alta
ENERGIA DE ATIVAÇÃO Baixa Alta
VELOCIDADE DE REAÇÃO Alta Baixa
	RESUMO - ENZIMASBIOQUÍMICA BÁSICA 2021.2
	SUBSTRATO
	FUNÇÃO DAS ENZIMAS
	PROPRIEDADES DAS ENZIMAS
	NOMENCLATURA ENZIMÁTICA
	COFATORES ENZIMÁTICOS
	COFATORES INORGÂNICOS - ÍONS
	COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM?
	CONCEITOS IMPORTANTES - FUNCIONAMENTO DAS ENZIMAS
	ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA
	REAÇÃO ENZIMÁTICA
	ENZIMAS – CATALISADORES BIOQUÍMICOS
	ENZIMAS X SUBSTRATOS
	FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES ENZIMÁ
	CINÉTICA ENZIMÁTICA
	Efeito do pH
	Efeito da temperatura (T)
	Efeito da concentração de substrato [S]
	Efeito da concentração de enzima [E]
	PRESENÇA DE INIBIDORES ENZIMÁTICOS
	Inibição competitiva
	Inibição não-competitiva ou incompetitiva
	Inibição mista
	REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
	Controle pela concentração de enzima [E]
	Controle por compartimentalização celular
	Controle alostérico
	Controle por modificação covalente
	Controle por clivagem proteolítica