Enzimas: Catalisadores Biológicos

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Enzimas
· Objetivos → Compreender o funcionamento das enzimas e seu papel fundamental nas reações metabólicas. 
· Catalisador → é toda substância que acelera uma reação química sem ser utilizada nela.
· Catalisadores biológicos são, na maioria, proteínas chamadas enzimas. Exceção: Ribozima (RNA) Nomes das enzimas → refletem a especificidade das suas funções → Ex.: RNA polimerase: catalisa a formação de RNA e não de DNA → maioria dos nomes termina em “-ase”.
· Uma enzima geralmente reconhece e se liga apenas a um ou poucos reagentes intimamente relacionados e catalisa somente uma única reação química → enzimas são altamente específicas.
· Numa reação catalisada por enzimas, os reagentes são denominados substratos, gerando o produto.
· As moléculas de substrato se ligam a um sítio especial na superfície da enzima, chamado de sítio ativo, onde ocorre a catálise.
Energia de ativação enzimática 
• O estado de transição é um momento molecular transitório no qual eventos como a quebra de ligação, a formação de ligação ou o desenvolvimento de carga ocorrem com a mesma probabilidade de seguirem tanto para formar novamente o substrato como para formar o produto. 
• A energia de ativação é, portanto, a energia necessária para levar um mol de uma substância até seu estado de transição. Quanto maior a energia de ativação mais difícil torna-se a reação. 
· Uma substância não pode chegar à sua energia de ativação sem um agente ou um fator que possibilite o aumento dessa energia por parte da molécula.
• Os catalisadores atuam portanto, reduzindo a energia livre do estado de transição da reação catalisada.
• Uma característica importante dos catalisadores é que eles não sofrem nenhuma alteração molecular após a reação, e, além disso, eles não são consumidos durante o processo.
· Ligação de um substrato a um sítio ativo produz o complexo enzimasubstrato.
· Esta ligação pode se dar de várias maneiras: pontes de hidrogênio, atração iônica ou ligação covalente.
· O complexo enzima-substrato origina produto e enzima livre:
E + S → E + P
A especificidade de uma enzima resulta da exata forma tridimensional e da estrutura do seu sítio ativo, ao qual se ajusta só um espectro estreito de substratos. 
Desnaturação: é a perda da forma tridimensional de uma proteína, que ocorre por ação de qualquer fator capaz de destruir as estruturas secundária, terciária e/ou quartenária. Para muitas proteínas a desnaturação é reversível.
Perda de ligações entre os radicais dos aminoácidos: 
• Pontes dissulfeto; 
• Pontes de hidrogênio; 
• Forças de Van der Waals; 
• Interação iônica.
Efeitos positivos e negativos: 
1. Perda de atividade biológica 
2. Alterações na solubilidade e na capacidade de ligar água 
3. Aumento da reatividade e da susceptibilidade à proteólise.
➢ pH – Alteração das cargas dos resíduos de AA – Aumento da polaridade de resíduos de AA > tentam se expor ao ambiente aquoso. Causa repulsão eletrostática e rompimento de algumas ligações de hidrogênio.
➢ Temperatura – Agente desnaturante mais utilizado no processamento e preservação de alimentos.
➢ Solventes orgânicos – (álcool e acetona) AAs hidrofóbicos tendem a orientar-se para o meio apolar.
➢ Estresse mecânico / Cisalhamento – Ex.: agitação, amassamento, batimento, etc.
➢ Solutos: Ex- ureia 
➢ Detergentes 
➢ Oxiredução de grupos –S-H, -S-S- 
➢ Radiações UV 
➢ Ultrassom 
➢ Alta pressão
Apoenzima: parte puramente proteica de uma enzima.
Holoenzima → são enzimas conjugadas. A unidade é formada por Apoenzima + ELEMENTO NÃO-PROTEICO.
· Para atuar, algumas enzimas necessitam de moléculas adicionais (não proteicas): 
❖ Co-fatores → íons inorgânicos (cobre, zinco, ferro). 
❖ Coenzimas → moléculas dotadas de carbono e necessárias para atuação de uma ou mais enzimas. Ex.: ATP. 
❖ Grupos prostéticos → estão permanentemente ligados às suas enzimas. Ex.: grupo heme da hemoglobina.
Cinética Enzimática
Velocidade na qual a enzima transforma o substrato em produto. Cinética de Michaelis–Menten
• Curva de saturação para uma enzima mostrando a relação entre a concentração do substrato e a velocidade de reação;
 • A saturação acontece porque, à medida que aumenta a concentração de substrato, aumenta também a quantidade de enzima na forma do complexo enzima-substrato (ES).
Classes das enzimas
• Oxidorredutases (EC 1): reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons; 
• Transferases (EC 2): catalisam transferências de grupos funcionais, como amina, fosfato, acil e carboxi; 
• Hidrolases (EC 3): catalisam a clivagem hidrolítica - promovem a cisão de um material orgânico através da utilização de água; 
• Liases (EC 4): removem moléculas de água, gás carbônico e amônia por ruptura de ligações; 
• Isomerases (EC 5): catalisam mudanças geométricas; 
• Ligases (EC 6): reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-existentes, com uso de energia;
Enzimas e seu ambiente: pH e temperatura
· Devido à suas estruturas tridimensionais e da química das suas cadeias laterais nos seus sítios ativos, as enzimas são altamente sensíveis ao pH e à temperatura. 
· As taxas da maioria das reações catalisadas por enzimas dependem do pH do meio em que elas ocorrem. 
· Cada enzima é mais ativa em um pH específico → chamado de “pH ideal” ou “pH ótimo”.
· A atividade enzimática decresce quando este pH é alterado. 
· Exemplos: pepsina (pH ótimo é ácido) e amilase salivar (pH ótimo é neutro).
· Em geral, o aquecimento aumenta a taxa de uma reação catalisada por enzima. 
· No entanto, temperaturas muito altas inativam enzimas → podem romper interações e ligações covalentes na molécula. 
· Quando a temperatura alta destrói sua estrutura, as enzimas tornam-se inativadas ou desnaturadas. 
· Todas as enzimas apresentam uma temperatura ótima para atuar.
Regulação da Atividade Enzimática
· Todos os organismos necessitam manter condições internas estáveis → homeostase. 
· Dessa maneira → todos os organismos precisam regular seus metabolismos. 
· A regulação das taxas em que operam nossas milhares de enzimas diferentes contribui para a homeostase metabólica
Inibição Reversível → Competitiva e não competitiva
Inibição Competitiva → Os inibidores competem com o substrato pelo sítio ativo da enzima. Ex: Succinato desidrogenase (malonato-inibidor)
Inibidores Não-competitivos → se ligam num local diferente do sítio ativo da enzima
Enzimas Alostéricas (REGULADORAS) 
Estas enzimas, que incluem alguns dos nossos principais reguladores metabólicos. 
Enzimas alostéricas normalmente têm múltiplos sítios ativos localizados em subunidades proteicas diferentes. Quando um inibidor alostérico liga-se a uma enzima, todos os sítios ativos nas subunidades proteicas são alterados ligeiramente de forma que não funcionem tão bem.
A molécula que se liga ao sítio alostérico é chamada de efetora e pode ser ativadora ou inibidora