Aula 7 - Enzimas

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Enzimas
Estrutura e Função e cinétida enzimática
Aula 7
Disciplina : Bioquímica Humana
Bioquímica Humana
Enzimas
 
Enzimas
Nelson, D.L.; Cox, M.M. Princípios de Bioquímica de Lehninger, 6. ed.
são proteínas especializadas que funcionam na aceleração de reações químicas (exceção: RIBOZIMAS).
FUNÇÃO: CATALISADORES BIOLÓGICOS
Importância da Catálise
Sem a catálise, a maioria das reações químicas nos sistemas biológicos seria muito lenta para fornecer produtos na proporção adequada para sustentar a vida.
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Fique de olho: 
Uma enzima pode ficar, temporariamente, ligada
covalentemente à molécula que está sendo transformada
durante estágios intermediários da reação, mas no final da
reação a enzima estará na sua forma original, quando o
produto é liberado.
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Eficácia da catálise
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As enzimas podem aumentar a velocidade de uma reação por um fator de até 1017 vezes mais do que a reação não catalisada.
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Propriedade das Enzimas
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São catalisadores biológicos extremamente eficientes e aceleram a velocidade da reação, transformando de 100 a 1000 moléculas de substrato em produto por minuto de reação.
Atuam em concentrações muito baixas
Atuam em condições específicas de temperatura e pH
Possuem todas as características das proteínas
Podem ter sua concentração e atividade reguladas
Estão quase sempre dentro da célula, e compartimentalizadas.
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Propriedade das Enzimas
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As enzimas apresentam um alto grau de especificidade: cada enzima possui uma organização estrutural específica, permitindo a ligação apenas do(s) seu(s) substrato(s).
Exemplo
há enzimas que aceitam como substrato qualquer açúcar de seis carbonos, enquanto outras só reconhecem a glicose.
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Enzimas são fundamentais para processos bioquímicos como:
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degradação das moléculas nutrientes;
transformação e conservação da energia química;
síntese de macromoléculas biológicas a partir de moléculas precursoras simples;
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Nomenclatura das Enzimas 
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Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática
Nome Oficial: Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP:Glicose:Fosfo-Transferase EC X.X.X.X (EnzymeCommission)
Nome Clássico: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com enzimas; utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Ex: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc.
Nome Trivial: Consagrados pelo uso. Ex: Tripsina, Pepsina, Ptialina.
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Classificação das Enzimas 
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As enzimas são divididas em seis grandes classes, cada uma com subclasses, de acordo com o tipo de reação que catalisam:
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Classificação das Enzimas 
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Classe 1: Óxido-redutases→ transferência de elétrons (íons hidreto ou átomos de H). Ex: desidrogenases, redutases, oxidases e peroxidases.
Oxidação do etanol pela álcool desidrogenase.
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Classificação das Enzimas 
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Classe 2: Transferases→ reações de transferência de grupos. Ex: quinases, transcarboxilases e aminotransferases.
Reação catalisada por uma aminotransferase.
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Classificação das Enzimas 
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Classe 3: Hidrolases→ reações de hidrólise. Ex: amilase, urease, pepsina, tripsina, quimotripsina e várias peptidases e esterases.
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Classificação das Enzimas 
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Classe 4: Liases→ adição de grupos às duplas ligações ou formação de duplas ligações por meio de remoção de grupos.
Reação catalisada pela fumarase
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Classificação das Enzimas 
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Classe 5: Isomerases→ transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros.
Dihidroxicetona fosfato
Gliceraldeído-3-fosfato
Triose fosfato isomerase
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Classificação das Enzimas 
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Classe 5: Isomerases→ transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros.
D-Xylulose-5-fosfato
D-Ribulose-5-fosfato
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Classificação das Enzimas 
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Classe 5: Isomerases→ transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros.
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
Fosfoglicerato
Mutase
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Como as Enzimas funcionam ?? 
Nelson, D.L.; Cox, M.M. Princípios de Bioquímica de Lehninger, 6. ed.
As enzimas aceleram a velocidade das reações por diminuir sua energia de ativação:
Estado basal
Estado basal
Coodenada da reação
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Como as Enzimas funcionam ?? 
Nelson, D.L.; Cox, M.M. Princípios de Bioquímica de Lehninger, 6. ed.
A combinação do substrato com a enzima cria uma nova via de reação que tem um estado de transição de menor energia do que na ausência do substrato.
Coodenada da reação
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Interação enzima substrato
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A ligação com o substrato dá-se em uma região pequena e bem definida da enzima, chamada centro ativo (ou sítio ativo);
O centro ativo é formado por resíduos de aminoácidos e constitui uma cavidade com forma definida, que permite à enzima “reconhecer” seu substrato;
Uma molécula, para ser aceita como substrato, deve ter a forma espacial adequada para alojar-se no centro ativo e grupos químicos capazes de estabelecer ligações com os radicais do centro ativo
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Interação enzima substrato
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Interação enzima substrato
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Interação enzima substrato
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A relação substrato-enzima não deve ser entendida como um modelo rígido de chave-fechadura (este modelo exemplifica a especificidade de uma enzima pelo seu substrato, mas não explica toda a complexidade da relação estabelecida entre eles durante a catálise);
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Interação enzima substrato
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Na verdade, a aproximação e a ligação do substrato induz na enzima uma mudança conformacional, tornando-a ideal para a catálise (modelo do ajuste induzido)
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Interação enzima substrato
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Interação enzima substrato
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Fatores que interferem na velocidade de reação
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A estrutura e a forma do centro ativo são uma decorrência da estrutura tridimensional da enzima e podem ser afetadas por quaisquer agentes
capazes de provocar mudanças conformacionais na proteína;
Portanto, a atividade enzimática é dependente das características do meio, principalmente do pH e da temperatura
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Fatores que interferem na velocidade de reação
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As enzimas têm um pH ótimo (ou um intervalo de pH) no qual a sua atividade é máxima: em um pH maior ou menor, a atividade diminui.
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Fatores que interferem na velocidade de reação
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Como ocorre com a maioria das reações químicas, a velocidade da reação enzimática, que a 0°C apresenta valores próximos de zero, é favorecida pela elevação da temperatura.
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Inibidores Enzimáticos
Nelson, D.L.; Cox, M.M. Princípios de Bioquímica de Lehninger, 6. ed.
 A atividade enzimática pode ser diminuída por várias substâncias (constituintes normais ou estranhas às células) provocando alterações significativas no organismo
Os inibidores normalmente encontrados nas células constituem um mecanismo importante de controle da atividade enzimática
O uso in vitro de inibidores tem trazido um grande conhecimento sobre a estrutura das enzimas, a organização do centro ativo e o mecanismo de catálise
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Inibidores Enzimáticos
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Muitos medicamentos de uso na prática terapêutica baseiam suas propriedades na inibição específica de certas enzimas
As propriedades tóxicas de muitos inibidores possibilita também o seu emprego no combate contra insetos (inseticidas);
Os inibidores enzimáticos podem ser agrupados em duas categorias, de acordo com a estabilidade de sua ligação com a molécula de enzima, em inibidores reversíveis e irreversíveis.
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Inibidores Enzimáticos
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Os inibidores reversíveis são divididos em dois grupos: os competitivos e os não-competitivos, baseando-se na competição (ou não) entre o inibidor e o substrato pelo centro ativo da enzima;
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Inibidores Enzimáticos
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Os inibidores competitivos competem com o substrato pelo centro ativo da enzima por apresentarem configuração espacial semelhante à do substrato:
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Inibidores Enzimáticos
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Os inibidores imcompetitivos podem se ligar reversivelmente em outro sítio da enzima, que não o catalítico, porém essa ligação somente ocorre quando o complexo ES está formado:
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Inibidores Enzimáticos
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Os inibidores mistos apresentam características mútuas de inibição competitiva e imcompetitiva.
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Inibidores Enzimáticos
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Os inibidores não-competitivos não possuem qualquer semelhança estrutural com o substrato da reação que inibem e seu efeito é provocado pela ligação a radicais não pertencentes ao centro ativo.
Ex: metais pesados como Hg2+ , Pb2+ e Ag2+ , que reagem com os grupos -SH das proteínas.
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Inibidores Enzimáticos
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Os inibidores irreversíveis reagem quimicamente com as enzimas, levando a uma inativação praticamente definitiva;
Ex: compostos organofosforados → formam ligações covalentes com o grupo -OH de resíduos de serina
Aspirina → transfere seu grupo acetil para o grupo -OH de um resíduo de serina na molécula da ciclooxigenase, inativando-a
Penicilina → liga-se especificamente as enzimas da via de síntese da parede bacteriana, tornando-as susceptíveis à lise
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Regulação da atividade enzimática
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Basicamente, existem dois mecanismos para a regulação da atividade enzimática:
1. Controle da disponibilidade de enzimas exercido sobre as velocidades de síntese e de degradação das enzimas que determinam sua concentração celular;
2. Controle da atividade da enzima, efetuado por mudanças estruturais da molécula enzimática e que redundam em alterações da velocidade de catálise.
Este efeito pode ser exercido mediante união não-covalente de moduladores (enzimas alostéricas), ou por modificação covalente da enzima.
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Regulação da atividade enzimática
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As enzimas alostéricas funcionam por meio de ligação não covalente de compostos reguladores chamados moduladores alostéricos
As enzimas alostéricas sofrem mudanças conformacionais em resposta à ligação do modulador:
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Regulação da atividade enzimática
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A etapa reguladora em muitas vias metabólicas é catalisada por uma enzima alostérica.
Em alguns sistemas multienzimáticos, a enzima reguladora é inibida pelo produto final da via sempre que a sua concentração exceder as necessidades celulares:
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Cofatores são imprescindíveis para a atividade de algumas enzimas
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Muitas enzimas necessitam da associação com outras moléculas ou íons para exercer seu papel catalítico.
Esses componentes da reação enzimática são genericamente chamados cofatores, os quais podem ser íons metálicos (Ca, Mg, Mn, Fe, Cu, Ni, Co, Zn, Se e outros) ou moléculas orgânicas, não protéicas (coenzimas).
Estes cofatores não estão ligados permanentemente à molécula da enzima mas, na ausência deles, a enzima é inativa;
A fração protéica de uma enzima, na ausência do seu cofator, é chamada de APOENZIMA;
Enzima + Cofator, chamamos de HOLOENZIMA.
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Cofatores são imprescindíveis para a atividade de algumas enzimas
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As enzimas que precisam de íons são chamadas metaloenzimas.
Exemplos de metaloenzimas e seus correspondentes íons:
-Anidrase carbônica (Zn2+ )
-Piruvatoquinase (K+ , Mg2+ )
-ATPase (Na+ , Mg2+ )
-Urease (Ni2+ )
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Cofatores são imprescindíveis para a atividade de algumas enzimas
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As coenzimas são geralmente derivadas de alguma vitamina hidrossolúvel:
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Cofatores são imprescindíveis para a atividade de algumas enzimas
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As coenzimas são geralmente derivadas de alguma vitamina hidrossolúvel:
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Importância prática do estudo das enzimas
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Em algumas doenças, especialmente nas desordens genéticas herdadas, pode ocorrer uma deficiência ou mesmo a ausência total de uma ou mais enzimas. Ex: fenilcetonúria (fenilalanina hidroxilase); doença de von Gierke (glicose-6-fosfatase hepática)
Condições anormais podem ser causadas pela atividade excessiva de uma enzima;
Medidas da atividade de enzimas no plasma sangüíneo, eritrócitos ou amostras de tecido são importantes no diagnóstico de várias doenças;
Muitos fármacos exercem seu efeito biológico por meio de interações com as enzimas.
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Enzimas na clínica
Nelson, D.L.; Cox, M.M. Princípios de Bioquímica de Lehninger, 6. ed.
As enzimas podem ser utilizadas nas
Análises Clínicas de 2 formas principais:
1. Como reagentes altamente específicos e sensíveis em reações colorimétricas quantitativas
2. Como indicadoras de lesão celular e tecidual: o extravasamento de enzimas do meio intra para o meio extracelular leva a um aumento da atividade destas no sangue; esta atividade pode ser medida e fornece importante informação diagnóstica e de evolução de um quadro clínico. A distribuição órgão-específica de algumas destas enzimas permite a localização da lesão com bastante precisão.
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Exemplos de doenças que podem ser diagnosticadas e acompanhadas enzimaticamente são:
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1. Infarto Agudo do Miocárdio (Creatina quinase, Lactato desidrogenase)
2. Hepatite (Transaminases: ALT, AST)
3. Pancreatite (Amilase, Lipase)
4. Câncer de próstata (Fosfatase ácida prostática)
Obrigado !!!