ESTUDO DIRIGIDO_Enzimas_GABARITADO

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UNIGOIÁS 
CENTRO UNIVERSITÁRIO DE GOIÁS 
 
GABARITO - ESTUDO DIRIGIDO SOBRE ENZIMAS 
 
1. Definir enzimas e enumerar algumas de suas propriedades. 
R- Enzimas são catalisadores altamente efetivos das reações que ocorrem nos sistemas biológicos, 
aumentando comumente as velocidades da reação por um fator de 105 a 1017. São macromoléculas 
protéicas que aceleram a velocidade das reações bioquímicas sem alterar o equilíbrio delas. Por 
exemplo, cada molécula da anidrase carbônica hidrata a uma velocidade 107 moléculas de CO2 por 
segundo. Além disso, as enzimas possuem alta especificidade, ou seja, são altamente específicas 
tanto para as reações catalisadas quanto na escolha dos seus substratos. Uma enzima geralmente 
catalisa uma só reação química ou um conjunto de reações intimamente relacionadas. O grau de 
especificidade para o substrato é, na maioria das vezes, alto e absoluto discriminando muito bem 
entre substratos com estruturas químicas similares. 
Além das características citadas acima, as enzimas funcionam em soluções aquosas e sua 
concentração e atividade podem ser reguladas, permitindo um ajuste fino do metabolismo ao 
ambiente celular. 
 
2. Explicar a dependência da atividade catalítica com a integridade da estrutura protéica. 
R- A reação bioquímica/enzimática normalmente ocorre no interior da estrutura protéica, 
denominada centro ativo. Esse centro ativo possui estrutura tridimensional de modo a formar uma 
cavidade ou fenda (em que vários aminoácidos de várias regiões da cadeia polipeptídica fazem 
parte) e onde o substrato se aloja para ser transformado em produto. A atividade catalítica depende 
da integridade da estrutura tridimensional, a qual é formada pelas estruturas primária, secundária, 
terciária e, no caso de proteínas com várias subunidades, estrutura quaternária. Se houver perda 
desta estrutura tridimensional, no caso, desnaturação da enzima, há perda de sua atividade e, 
consequentemente, da catálise de reação. 
 
3. Conceituar substrato e centro ativo. 
R- Substrato é a molécula orgânica que se liga ao centro ativo da enzima para ser transformado em 
produto. 
Centro ativo é o local ou região na estrutura tridimensional da molécula de enzima (proteína, na 
maioria dos casos) onde o substrato se aloja para sofrer a reação. Esse local ocupa uma parte 
relativamente pequena do volume total de uma enzima. 
 
4. Dar o conceito de cofator, coenzima, grupo prostético, apoenzima e holoenzima. 
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R- Cofator: componentes químicos adicionais e diferentes dos aminoácidos que compõem a 
estrutura da enzima. Pode ser um ou mais íons metálicos (Fe+2, Mg+2, Mn+2 ou Zn+2 ou uma 
molécula orgânica complexa). 
Coenzima: quando um cofator é uma molécula orgânica complexa passa a ser denominado 
coenzima, que geralmente são moléculas derivadas de vitaminas e de nutrientes orgânicos (tiamina 
pirofosfato, flavina adenina dinucleotídeo, nicotinamida adenina dinucleotídeo etc). 
Grupo prostético: é a parte não aminoacídica de uma proteína. 
Apoenzima: parte protéica da molécula de enzima. 
Holoenzima: enzima completa, cataliticamente ativa. Em outras palavras é a estrutura completa –
cadeia polipeptídica unida à sua coenzima e/ou íons metálicos. 
 
5. Como são classificadas as enzimas? Dar o nome das seis classes de enzimas, indicando qual o 
tipo de reação que cada classe catalisa. 
R- As enzimas são classificadas de acordo com as reações que catalisam: 
a. oxidorredutases: transferência de elétrons (oxidação/redução) 
b. transferases: transferência de grupos químicos 
c. hidrolases: quebra de ligação com envolvimento da molécula de água 
d. liases: adição ou remoção de grupos às duplas ligações 
e. isomerases: rearranjos intramoleculares 
f. ligases: condensação de duas moléculas, associada à hidrólise de uma ligação de alta 
energia (geralmente da molécula de ATP) 
 
6. Mostrar, através de uma representação gráfica do conteúdo energético de uma reação, a energia 
de ativação na ausência e na presença de um catalisador biológico – enzimas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ausência de enzima Presença de enzima 
 
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Figura 1 – Diagrama da coordenada de reação, comparando a reação S  P na forma catalisada 
enzimaticamente com a não catalisada. 
G ncat = gradiente de energia livre da reação sem a presença de enzima (não catalisada) 
G cat = gradiente de energia livre da reação na presença de enzima (catalisada) 
Energia de ativação é a energia necessária que o sistema oferece às moléculas de substrato para 
ocorrer a reação química, transformando-os em moléculas de produto. 
 
7. Por que as enzimas são mais eficientes que os catalisadores inorgânicos? 
R- Porque as enzimas fornecem um ambiente específico dentro do qual uma reação química pode 
ocorrer rapidamente por ser energeticamente mais favorável. Assim a característica distintiva de 
uma reação catalisada enzimaticamente é que ela ocorre no interior dos limites de uma cavidade ou 
fenda, denominado centro ativo, na estrutura da enzima. 
 
8. Definir os parâmetros KM de uma enzima que segue a cinética de Michaelis-Menten. 
KM ou constante de Michaelis-Menten é o valor da concentração do substrato no qual a velocidade 
inicial da reação é igual a metade da velocidade máxima. Em outras palavras, o KM é o parâmetro 
cinético relacionado com a afinidade da enzima pelo seu substrato, isto é, se a enzima possui dois 
substratos, ela indiscutivelmente variará o valor de KM e o melhor substrato será aquele que melhor 
de adapta no centro ativo e, portanto, possui menor KM. 
Por exemplo, a hexoquinase, uma enzima do metabolismo de carboidratos, aceita como substrato 
dois açúcares simples: a glicose e a frutose. Para saber por qual das duas hexoses a hexoquinase 
apresenta maior afinidade, pode-se medir a Vmax da reação (e calcular a metade dessa velocidade), 
utilizando glicose como substrato, e compará-la com medidas semelhantes feitas usando frutose 
como substrato. No caso em que o substrato é a glicose, a metade da velocidade máxima é obtida 
com a concentração do açúcar igual a 0,15 mM. Dito de outra forma, é necessária uma concentração 
de 0,15 mM de glicose para que a metade da enzima disponível se encontre ligada à glicose, 
formando o complexo Enzima-Glicose. Para conseguir-se situação análoga com frutose, é 
necessária uma concentração de frutose 10 vezes maior, ou seja, 1,5 mM. A hexoquinase tem, 
portanto, uma afinidade muito maior pela glicose do que pela frutose. 
Outro exemplo, o KM da quimiotripsina para o substrato gliciltirosinilglicina é de 108 mM, 
enquanto para o substrato N-benziltirosinamida é de 2,5 mM. Portanto, a quimiotripsina apresenta 
mais afinidade pelo substrato N-benzimtirosinamida. 
 
9. Como o pH e a temperatura podem influenciar na atividade enzimática? 
A maioria das enzimas apresenta um pH característico em que sua atividade é máxima; a velocidade 
da reação diminui à medida que o pH se afasta desse valor ótimo, que é característico para cada 
enzima. A influência do pH sobre a catálise enzimática pode ser mais bem compreendida 
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lembrando que as enzimas apresentam grupos ionizáveis nos resíduos de aminoácidos com grupos 
R ionizáveis (arginina, histidina, lisina, aspartato e glutamato). Alguns desses grupos podem fazer 
parte do centro ativo ou serem importantes na manutenção da estrutura espacial da molécula. A 
cada valor de pH, alguns desses grupos apresentam-se protonados ou desprotonados. Existe uma 
concentração hidrogeniônica (de hidrogênio, prótons ou de H+) que propicia um determinado 
arranjo de grupos protonados e desprotonados que leva a molécula de enzima à conformação ideal 
para exercer seu papel catalítico. Este pH ótimo depende, portanto, do número e tipo de grupos 
ionizáveis que uma enzima apresenta e da seqüência em que estão organizados, ou seja, depende de 
sua estruturaprimária. Adicionalmente, quando o substrato contém grupos ionizáveis, as variações 
de pH também poderão afetar suas cargas. A eficiência da catálise dependerá, então, de 
encontrarem-se, enzima e substrato, com conformação e carga adequadas para permitir a interação. 
O perfil de atividade em função do pH de muitas enzimas tem a forma de sino, porém pode haver 
variação considerável em forma, como é o caso da enzima pepsina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 – Pico de atividade da Glicose-6-fosfatase e da Pepsina com o pH do meio de reação. 
 
O aumento da temperatura aumenta a velocidade da reação, uma vez que aumenta as colisões entre 
as moléculas e, consequentemente, a energia cinética entre as mesmas. Em outras palavras, pode-se 
dizer que a 0oC, a maioria, das reações enzimáticas apresenta velocidade de reação em valores 
próximos de zero, e que ocorre favorecimento das mesmas pela elevação da temperatura. O 
gradativo aumento da velocidade só se verifica enquanto a enzima conservar sua estrutura nativa. 
Acima de 50-55oC, a maioria das proteínas globulares – enzimas inclusive – são desnaturadas. A 
desnaturação provoca drásticas alterações, conformacionais nas moléculas, acarretando a perda do 
poder catalítico. No intervalo de temperatura entre 15 a 37 ºC a grande maioria dos seres vivos vive; 
há, entretanto, exceções, entre as quais a mais notável é representada por bactérias que vivem em 
águas termais, com temperaturas ao redor de 100oC. A estabilidade térmica das proteínas destes 
microrganismos constitui um caso excepcional. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 3 – Pico de atividade da Ribonuclease A e da Mioglobina com a temperatura do meio 
reacional. 
 
10. Dar o conceito de inibição enzimática. Descrever o que é inibição irreversível e inibição 
reversível. 
R- A atividade de uma enzima pode ser diminuída por grande número de substâncias, 
genericamente chamadas de inibidores. Algumas dessas substâncias são constituintes naturais das 
células; outras são estranhas aos organismos e sua presença (acidental ou intencional) nas células 
provoca alterações significativas no metabolismo. 
A inibição é o processo que causa diminuição ou perda da atividade enzimática em função da 
presença de inibidores. As enzimas catalisam virtualmente todos os processos que ocorrem nas 
células e não deve ser surpreendente que os inibidores das enzimas estão entre os mais importantes 
agentes farmacêuticos conhecidos. 
Os inibidores estão agrupados em dois grandes grupos: irreversíveis e reversíveis, segundo a 
estabilidade de sua ligação com a molécula de enzima. 
Inibição irreversível: é aquela em que os inibidores se ligam covalentemente a um grupo funcional 
na molécula da enzima que é essencial para sua atividade (normalmente se ligam a aminoácidos que 
fazem parte do centro ativo). Esses inibidores podem, também, promover a destruição dos grupos 
essenciais para a atividade enzimática. 
Os inibidores irreversíveis reagem quimicamente com as enzimas. Esse tipo de inibidor é muito 
tóxico para os organismos, devido não só à irreversibilidade da sua ligação às enzimas, mas também 
 
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em virtude de sua inespecificidade. Isto quer dizer que esses inibidores, em princípio, são capazes 
de inativar qualquer enzima. 
Exemplo: acetilcolinesterase apresenta um resíduo de serina no centro ativo essencial para sua 
catálise. Na presença de compostos organofosforados (por exemplo DIFP -diisopropilfluorfosfato) 
essa enzima é inibida irreversivelmente, uma vez que essa substância liga covalentemente ao 
resíduo de serina. 
 
Inibidores reversíveis: são classicamente divididos em dois grupos – os competitivos e os não-
competitivos. O critério usado para esta divisão é o estabelecimento (ou não) de competição entre o 
inibidor e o substrato pelo centro ativo da enzima. Nesse tipo de inibição, o inibidor reversível não 
reage quimicamente com os resíduos de aminoácidos localizados no centro ativo da enzima e, 
portanto, podem desalojar do centro ativo e a enzima retomar sua atividade. 
 
11. Quais são os tipos de inibição reversível? Explicar cada um. 
Inibição competitiva: é aquela em que o inibidor concorre com o substrato pelo centro ativo da 
enzima e, em geral, a reação não ocorre enquanto o inibidor (I) estiver ligado a enzima. Durante o 
tempo em que o inibidor ocupa o centro ativo ele impede a ligação do substrato. No entanto, alta 
concentração de substrato em relação à concentração do inibidor competitivo, reverte à situação 
original podendo a enzima atingir sua velocidade máxima. 
Normalmente, a estrutura do inibidor competitivo possui semelhança com a estrutura do substrato. 
Além disso, o valor de KM altera e o valor da Vmax permanece inalterada. 
Ex: a inibição competitiva é empregada terapeuticamente para tratar pacientes que ingerem 
metanol. No fígado da pessoa intoxicada o metanol é convertido em formaldeído pela ação da 
enzima álcool desidrogenase. O formaldeído é muito nocivo para os tecidos vivos e a cegueira é o 
resultado freqüente da intoxicação pelo metanol. O etanol compete efetivamente com o metanol 
como substrato para a álcool desidrogenase. A terapia para o envenamento com metanol é uma 
infusão endovenosa de etanol, que diminui a velocidade de formação do formaldeído, o suficiente 
para que a maior parte do metanol possa ser excretado na urina sem maiores danos. 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 4 – Esquema da interação Enzima-Substrato na presença de inibidor competitivo. 
 
Inibição não competitiva: é aquela em que o inibidor se liga em um sítio diferente daquele que liga 
o substrato; a ligação do inibidor não bloqueia a ligação do substrato (ou vice e versa). A enzima é 
inativa quando o inibidor está ligado, o substrato estando presente ou não. O inibidor não 
competitivo abaixa efetivamente a concentração da enzima ativa e, por conseqüência, diminui a 
velocidade máxima da reação; enquanto o valor de KM não é alterado. 
Normalmente, os inibidores pertencentes a esta classe não guardam qualquer semelhança estrutural 
com o substrato da reação que inibem. Seu efeito é provocado por ligações a radicais que não 
pertencem ao centro ativo; esta ligação altera a estrutura enzimática a tal ponto que inviabiliza a 
catálise. 
Existem dois tipos de inibidores não competitivos: 
a. Inibidor incompetitivo: é aquele que liga a um sítio distinto do sítio ativo do substrato e, ao 
contrário do inibidor competitivo, liga-se apenas no complexo ES. Um inibidor 
incompetitivo diminui tanto o valor de KM quanto o valor da Vmax. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 5 - Esquema da interação Enzima-Substrato na presença de inibidor incompetitivo. 
 
b. Inibidor misto: é aquele que também se liga a um sítio distinto do sítio ativo do substrato, mas 
ele se liga tanto na enzima pura – E – quanto no complexo Enzima-Substrato 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 – Esquema da interação Enzima-Substrato na presença de inibidor misto.