Enzimas: Catalisadores Biológicos

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São catalisadores biológicos específicos, grande mai-
oria de estrutura proteica, que atuam em condições
de pH e temperatura fisiológicos
Sem a catálise enzimática, as reações químicas que
sustentam a vida não ocorreriam
A maioria das enzimas são proteínas, com exceção
das ribozinas (moléculas de RNA)
Pode ser formada por uma parte proteicaPode ser formada por uma parte proteicaPode ser formada por uma parte proteica
Parte proteica: apoenzima
Parte conjugada/não proteica: cofator ou coenzima
Co-fatorCo-fatorCo-fator = íons metálicos (Cu+2, Fe+2, K+..)
CoenzimaCoenzimaCoenzima = molécula orgânica ou metalorgânica (deri-
vados de vitaminas, as quais transferem grupos quí-
micos, carreadoras - FAD, NAD)
Quando a enzima encontra-se completa e ativa, é
denominada holoenzima holoenzima holoenzima
Classificação
São classificadas de acordo com a reação que catali-
sam
Podem ser:
Oxidorredutases: Oxidorredutases: Oxidorredutases: transferência de elétrons por íons
hidrônios ou átomos de hidrogênio
Exemplo: lactato > piruvato
Transferases Transferases Transferases transferência de grupos
Serina > glicina
Hidrolases Hidrolases Hidrolases reação de hidrólise, transferência de gru-
pos funcionais para a água
Ureia > CO2 + NH3
Liases: Liases: Liases: clivagem de C-C, C-O, C-N ou outras ligações
por eliiminação, rompimento de ligações duplas ou
anéis, ou adição de grupos a ligações duplas
Isomerases: Isomerases: Isomerases: transferência de grupos dentro de uma
mesma molécula produzindo formas isoméricas
Ligases: Ligases: Ligases: formação de ligação dupla entre C-C, C-S, C-
O, C-N por reações de condensação acopladas à hi-
drólise de ATP ou cofatores similaresFatores que alteram a
atividade
Fatores decorrentes da natureza proteica das enzi-Fatores decorrentes da natureza proteica das enzi-Fatores decorrentes da natureza proteica das enzi-
masmasmas
pH
Temperatura
A atividade catalítica depende da integridade das
conformações nativas das enzimas
A destruição das suas estruturas primária, secundá-
ria, terciária e quaternária levará ao interrompimen-
to de suas atividades biológicas
Dessa forma, as enzimas trabalham em condições
de temperatura e de pH fisiológicas
Fatores decorrentes da formação do complexo ESFatores decorrentes da formação do complexo ESFatores decorrentes da formação do complexo ES
Concentração de substrato
Concentração de enzima
Presença de inibidores ou moduladoresPresença de inibidores ou moduladoresPresença de inibidores ou moduladores
Mecanismo de ação
Aumentam a velocidade da reação
Não alteram o equilíbrio da reação (a enzima não é
gasta no processo)
Diminuem a energia de ativação
Enzimas
Como as enzimas funcionam?Como as enzimas funcionam?Como as enzimas funcionam?
As enzimas proporcionam um ambiente específico
adequado para a realização da reação, a qual ocorre
confinada à um bolsão denominado sítio ativosítio ativosítio ativo
A superfície do sítio ativo é delimitado por resíduos
de a.a específicos
No sítio ativo, o substrato liga-se aos grupos laterais
de resíduos de a.a presentes na região, os quais ca-
talisarão sua transformação química
Substrato = molécula sobre a qual a enzima age
Essa união recebe o nome de complexo enzima-complexo enzima-complexo enzima-
substratosubstratosubstrato
Energia livre GEnergia livre GEnergia livre G
Variação de energia livre
Reação exergônica Reação exergônica Reação exergônica ΔG < 0
Espontânea, liberação de energia
A reação é favorável porque os produtos da reação
tem menor energia que os reagentes
Espontâneo = ocorre sem a adição de energia exter-
na
Quando o sistema é isolado, o processo espontâneo
ocorre sempre com um aumento de entropia e da
desordem
Reação endergônica Reação endergônica Reação endergônica ΔG > 0
Não espontânea, entrada de energia
ΔG = 0 situação de equilíbrio
Estado fundamentalEstado fundamentalEstado fundamental
É o estado em que a molécula se encontra no ponto
de partida da reação, tanto direta quanto reversa
Estado de transiçãoEstado de transiçãoEstado de transição
É o momento molecular transitório
Em que eventos como a quebra da ligação, a forma-
ção de ligação ou o desenvolvimento de carga ocor-
rem com a mesma probabilidade de seguirem tanto
para formar novamento o substrato como para for-
mar o produto
Complexos transitóriosComplexos transitóriosComplexos transitórios
Representam o conjunto formado pela enzima e o
substrato (ES) ou pela enzima e o produto (EP)
m A energia de ligação é a principal fonte de energia li-
vre utilizada pelas enzimas para diminuir a energia
de ativação das reações
Complexo ES é fator limitante da reaçãoComplexo ES é fator limitante da reaçãoComplexo ES é fator limitante da reação
Formação de ligações fracas e não covalentes entre
a enzima e seu substrato fornecem energia de liga-
ção que compensa a energia de ativação
Os sítios ativos são complementares ao estado deOs sítios ativos são complementares ao estado deOs sítios ativos são complementares ao estado de
transiçãotransiçãotransição
Interações fracas são otimizadas no estado de tran-
sição, ou seja, o sítio ativo é estruturado de modo
que essas ligações fracas ocorram no estado de
transição, estabilizando esse estado
Os sítios ativos são complementares não aos subs-
tratos por si mesmos, mas aos estados de transição
pelos quais os substratos passam
Catálise enzimática
1. Catálise ácido-base geral
2. Catálise por íons metálicos
3. Catálise covalente
Mecanismos realizados pelos grupos catalíticos
Catálise geral acidobásicaCatálise geral acidobásicaCatálise geral acidobásica
Refere-se à transferência de prótons mediada por
alguma outra molécula que não a água
Durante as reações, o incremento de cargas é des-
favorável e pode gerar intermediários carregados
instáveis que tendem a quebrarem-se nas espécies
reagentes, impossibilitando a reação
Esses intermediários carregados podem ser estabili-
zados pela transferência de prótons para ou dos
substratos ou intermediários formando uma espécie
que se transforma mais rápido em produto
A presença de um doador ou aceptor de prótons au-
menta a velocidade da reação
Catalisadores acidobásicos: aqueles que utilizam ape-
nas íons H+ ou OH- presentes na água
Catálise covalenteCatálise covalenteCatálise covalente
Forma uma ligação covalente transitória entre a en-
zima e o substrato
A partir de grupos funcionais de cofatores enzimáti-
cos ou cadeias laterais de a.a que servem como
agentes nucleofílicos
Catálise por íons metálicosCatálise por íons metálicosCatálise por íons metálicos
Utiliza interações iônicas entre metais ligados a enzi-
mas e substratos para orientar o substrato para a
reação ou estabilizar estados de transição carrega-
dos
Cinética enzimática
Estudo da velocidade da reação e como essa se mo-
difica em resposta a mudanças nos parâmetros ex-
perimentais
Utilizada para compreender o mecanismo de ação
das enzimas
Michaelis-MentenMichaelis-MentenMichaelis-Menten
Representaram uma reação enzimática em duas
etapas:
A estabilidade do complexo ES pode ser expressa
pela relação entre as velocidades de dissociação e de
formação do complexo
Km= constante de Michaelis-Menten
A concentração de um substrato no qual Vo é a me-
tade da Vmáx e é equivalente ao Km
K1 = formação do complexo ES
K-1 = retorno do complexo ES para E + S
K2 = etapa limitante
Michaelis e Menten expressaram matematicamente
a velocidade da reação pela fórmula:
O Km é específico para cada enzima e reflete a afi-
nidade da enzima pelo seu substrato
Conclusões sobre KmConclusões sobre KmConclusões sobre Km
Característico de cada enzima
Depende das etapas das reações e dos passos limi-
tantes
É numericamente igual a concentração de substrato
na qual a velocidade da reação é metade da velocida-
de máxima
Quanto menor o Km, maior a afinidade da enzima pe-
lo substrato, ja que pequenas quantidades de subs-
trato são necessárias p que a reação atinja metade
da Vmáxima
Quanto maior o Km, menor a afinidade, grande con-
centração de substrato para atingir metade da velo-
cidade máxima
Importância de conhecer o Km das enzimasImportânciade conhecer o Km das enzimasImportância de conhecer o Km das enzimas
O Km é importante para que isoenzimas, que catali-
sam a mesma reação, sejam diferenciadas
A exemplo da hexocinase e glucoxinasehexocinase e glucoxinasehexocinase e glucoxinase, ambas cata-
lisam a glicólise, mas a primeira satura-se antes pois
é mais rápida
Por isso a hexocinase é melhor nos tecidos nervosos
e a gluccocinase é melhor no fígado (é capaz de me-
tabolizar mais glicose)