Enzimas parte 1

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ENZIMAS
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
FACULDADE DE FARMÁCIA, ODONTOLOGIA E ENFERMAGEM
INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA
PROFA. DANIELE BEZERRA DE SOUSA
Parte 1
PLANO DE AULA
Contéudo
Conceito de enzimas
Enzimas X catalisadores químicos/sintéticos
Sítio ativo
Cofatores e coenzimas
Modelos de interação enzima-substrato
Cinética enzimática
Manutenção da Vida Celular
As reações químicas nos seres vivos 
devem ocorrer em velocidades 
adequadas e de forma específica
Enzimas
São proteínas responsáveis pela
catálise das reações dos sistemas
biológicos (aumentam a velocidade de uma reação
sem alterar a constante de equilíbrio ou a variação de
energia livre)
Enzimas
• Reações de quebra de nutrientes e construção de
macromoléculas
• Reações para obtenção de energia (função neural,
contração muscular, etc)
Vantagens das enzimas em relação a 
outros catalisadores
• Alta eficiência catalítica – muito maior do que os
catalisadores sintéticos;
•Aumentam em torno de 1017 a velocidade das
reações;
• Alto grau de especificidade;
• Funcionam em condições específicas de pH e
temperatura
Característica Enzimas Catalisadores 
QUÍMICOS
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estrutura complexa simples
Sensibilidade à T e pH alta baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica 
(geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) alto moderado
Natureza do processo batelada contínuo
Consumo de energia baixo alto
Formação de subprodutos baixa alta
Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples
Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa
Presença de cofatores sim não
Estabilidade do preparado baixa alta
Energia de Ativação baixa alta
Velocidade de reação alta baixa
A atividade catalítica da enzima depende da 
integridade da sua conformação nativa
Sítio ativo – Região da enzima onde ocorre a 
reação
Substrato – Molécula que é 
ligada no sítio ativo e age 
sobre a enzima.
Algumas características do sítio ativo:
• É uma fenda tridimensional formada por diferentes grupos
oriundos dos aminoácidos
• Ocupam uma pequena porção da molécula
– OBS: Demais aminoácidos da proteína – Podem estar envolvidos na
regulação da enzima, podem interagir com outras proteínas ou
moléculas, podem trazer os substratos para os sítios ativos etc.
• São microambientes especiais
• São ligados a seus substratos através de interações fracas
• Assumem uma forma que só é complementar à do estado de
transição depois que o substrato estiver ligado.
O sítio ativo é específico para o substrato
Substrato – Molécula que é ligada no sítio ativo 
e age sobre a enzima.
•Cofator (íons inorgânicos - Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+)
•Coenzima – complexo orgânico ou molécula orgânica 
não-proteica
Atuam como transportadores de grupos
químicos. Durante a catálise localizam-se
no centro ativo juntamente com o
substrato.
Cofatores e Coenzimas
INDISPENSÁVEIS ao crescimento e às funções normais dos 
animais superiores. São requeridas na dieta em pequenas 
quantidades (g ou mg diários).
Vitaminas
HIDROSSOLÚVEIS LIPOSSOLÚVEIS
TIAMINA (B1) A
RIBOFLAVINA (B2) D
ÁCIDO PANTOTÊNICO (B3) E
NICOTINAMIDA (B5) K
PIRIDOXINA (B6)
BIOTINA (B7)
ÁCIDO FÓLICO (B9)
COBALAMINA (B12)
ÁCIDO ASCÓRBICO (C)
Classes de enzimas
International Union of Biochemists (IUB)
Componentes da reação enzimática
E + S E S E + P
E - Enzima
S - Substrato(s)
ES - Complexo Enzima -Substrato
P – Produto(s)
Como as enzimas afetam a velocidade das 
reações?
G* = Energia livre do estado 
de transição
As enzimas (catalisadores) aumentam as velocidades de 
reação diminuindo as energias de ativação
E + S E S E P E + P
Energia de ativação – é a quantidade de energia livre requerida 
para levar os reagentes ao estado de transição.
Como ocorre a interação ENZIMA -
SUBSTRATO
Mecanismos ainda não bem definidos.
•Ligações covalentes transitórias entre substratos e grupos
funcionais da enzima (cadeias laterais de aminoácidos, íons
metálicos, coenzimas)
•Interações não-covalentes entre a enzima e o substrato –
Grande parte da energia requerida para diminuir as energias
de ativação é derivada de interações fracas
Interação ENZIMA-SUBSTRATO
Cada interação fraca no complexo ES libera uma pequena 
quantidade de energia livre que confere estabilidade à 
interação.
Energia de Ligação (ΔGB)
•É a energia derivada da interação enzima-substrato.
•É a principal fonte de energia livre usada pelas enzimas para
diminuir as energias de ativação das reações
Interação ENZIMA-SUBSTRATO
Modelo 1 - Chave e Fechadura
Não leva em consideração a flexibilidade conformacional
Interação ENZIMA-SUBSTRATO
Modelo 2 – Encaixe induzido
Modelo 2 – Encaixe induzido
Interação ENZIMA-SUBSTRATO
Interação ENZIMA-SUBSTRATO
Modelo 2 – Encaixe induzido
• Determinar as constantes de afinidade do S e dos
inibidores;
• Conhecer as condições ótimas da catálise;
• Ajudar a elucidar os mecanismos de reação;
• Determinar a função de uma determinada enzima em uma
via metabólica.
Estudos de Cinética Enzimática
Estudos de cinética enzimática são feitos com 
base na velocidade inicial – V0
Efeito da concentração do substrato sobre a 
velocidade de uma reação catalisada por enzimas
Em qualquer instante numa reação enzimática ou a enzima 
estará na forma livre E (livre) ou na forma ES
Enzima saturada – quando toda a enzima estiver na forma ES –
Velocidade máxima (Vmax)
E + S
K1
K-1
ES
K2
E + P
Etapa rápida Etapa lenta
Formação do complexo Enzima-Substrato (ES)
Velocidade de uma reação (V) = k. [Reagente(s)]
Essa equação expressa algebricamente o gráfico de velocidade e foi deduzida 
baseada na hipótese de que a etapa limitante numa reação enzimática é a 
quebra de ES para formar P e E livre.
Constante de 
Michaelis-Menten
E + S
K1
K-1
ES
K2
E + P
Etapa rápida Etapa lenta
•Estado Estacionário 
V0 formação de ES = V0 quebra de ES (1)
•[ Et ] = [ E ] + [ ES ] (2)
•V0= k2 [ ES ] (etapa limitante) (3) Vmax= k2 [ ES ] 
•Em Vmax [ Et ] = [ ES ] (4)
E + S
K1
K-1
ES
K2
E + P
Etapa rápida Etapa lenta
•Estado Estacionário 
V0 formação de ES = V0 quebra de ES (1)
•V0 formação de ES = k1 [E] [S] (5)
•V0 quebra de ES = k2 [ES] + k-1 [ES] (6)
V0 formação de ES = V0 quebra de ES (1)
•V0 formação de ES = k1 [E] [S] (5)
•V0 quebra de ES = k2 [ES] + k-1 [ES] (6)
k1 [E] [S] = k2 [ES] + k-1 [ES]
k1 ([Et] – [ES]) [S] = k2 [ES] + k-1 [ES]
k1 [Et] [S] - k1 [ES] [S] = [ES] (k2 + k-1 )
k1 [Et] [S] = [ES] (k2 + k-1 ) + k1 [ES] [S]
k1 [Et] [S] = [ES] (k2 + k-1 + k1 [S])
[ES] = k1 [Et] [S] / (k2 + k-1 + k1 [S])
Colocando [ES] em evidencia
[ES] = k1 [Et] [S] / (k2 + k-1 + k1 [S])
[ES] = [Et] [S] / [(k2 + k-1 )/ k1] + [S]
Lembrando que V0= k2 [ ES ] (etapa limitante) (3) então
[ ES ] = V0/ k2
V0/ k2 = [Et] [S] / Km + [S]
V0 = k2 [Et] [S] / Km + [S]
Lembrando que em Vmax [ Et ] = [ ES ] (4)
E que Vmax=K2 [ES] 
V0 = Vmax [S] / Km + [S]
Dividindo por k1
Km é igual a concentração do substrato que resultará na 
ocorrência de uma reação na metade da velocidade máxima.
Km alto – baixa afinidade entre a enzima e o 
substrato
Km baixo – alta afinidade entre a enzima e o 
substrato
ENZIMA SUBSTRATO Km (mM)
Catalase H2O2 25
Hexoquinase ATP 0,4
D-Glicose 0,05
D-Frutose 1,5
Quimotripsina Gliciltirosinilglicina 108
N-benzoiltirosinamida 2,5
Equação de Lineweaver-Burk
Muitas enzimas que obedecem a cinética de Michaelis-
Menten apresentam mecanismos de reações diferentes, 
com número de etapas diferentes;
Estudos de Cinética Enzimática
Km = K2 + K-1/K1
Vmax = K2 [Et]
A etapa limitante pode nem sempre ser a 2
• Kcat – Constante de velocidade que descreve a etapa 
limitante de qualquer reação catalisada por enzimas 
na saturação.
Estudos de Cinética Enzimática
Melhor forma de comparar eficiência 
catalítica = Kcat/Km