2_Enzimas_med_Bioq_I

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Bioquímica I
Enzimas
Catálise biológica → início séc. XIX
digestão da carne: estômago
digestão do amido: saliva
1850
Louis Pasteur - concluiu que a fermentação do açúcar em 
álcool pela levedura era catalisada por “fermentos” os 
quais seriam inseparáveis das células vivas.
Eduard Buchner (1897)
extratos de levedo podiam fermentar o açúcar até álcool;
enzimas funcionavam mesmo quando removidas da célula 
viva.
James Sumner (1926)
Isolou e cristalizou a urease;
Cristais eram de proteínas;
Postulou que “todas as enzimas são proteínas”.
John Northrop (década 30)
Cristalizou a pepsina e a tripsina bovinas;
Década de 50 – séc. XX
75 enzimas → isoladas e cristalizadas;
Ficou evidenciado caráter proteico .
Atualmente - Mais de 2000 enzimas são conhecidas.
Definição:
Catalisadores biológicos;
Longas cadeias de pequenas moléculas chamadas aminoácidos.
Função:
Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou 
juntando-as para formar novos compostos.
Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com 
propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas
são PROTEÍNAS.
5
ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS
•Apresentam alto grau de especificidade;
•São produtos naturais biológicos;
•São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações;
•São econômicas, reduzindo a energia de ativação;
• Precisam de condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do solvente e força 
iônica. 
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ENZIMAS – ESTRUTURA
RNA
Estrutura 
Enzimática
Ribozimas
Se covalente
Apoenzima ou
Apoproteína
Grupo Prostético
Holoenzima
Cofator
Coenzima
Proteína
Pode ser:
• íon inorgânico
• molécula orgânica
As coenzimas agem como carreadores 
transitórios de grupos funcionais específicos.
Parte da coenzima que não é 
sintetizada pelo organismo
Diferentemente do substrato, é 
reciclada em reações subsequentes.
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ENZIMAS – NOMENCLATURA
Século XIX - poucas enzimas identificadas
Adição do sufixo ”ASE” ao nome do substrato: 
* gorduras (lipo - grego) – LIPASE
* amido (amylon - grego) – AMILASE
Se o substrato for ligação peptídica:
* Tripsina e pepsina – PEPTIDASE
Enzimas – nomenclatura
Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática: 
• Nome Recomendado: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com enzimas. Usa o 
sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Ex: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc. 
• Nome Sistemático: Mais complexo, dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. 
Ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase
• Nome Usual : Consagrado pelo uso. Ex: Tripsina, Pepsina. 
Classificação internacional das enzimas:
Glicose + ATP Glicose-6-fosfato + ADP + H+
ATP:glicose-fosfotransferase (E.C. 2.7.1.1.)
Classe 
(transferase)
Subclasse 
(fosfotransferase)
Grupo OH como 
aceptor
Glicose como aceptor do 
grupo fosforil
Hexocinase
❖ Enzimas:
Fonte: Smith, C.; Marks, A. D.; Lieberman, M. Bioquímica médica básica de Marks. 2 ed. Porto Alegre : Artmed, 2007.
• Fenda tridimensional
Sítio ativo:
• Ocupa uma parte pequena da enzima
• É um microambiente especial
Aldolase
Isocitrato desidrogenase• Substratos se ligam por atrações 
fracas
• Especificidade depende do arranjo 
de átomos no sítio ativo
❖ Sítio ativo:
Energia de ligação
Restrição de mobilidade do substrato
Dessolvatação
Ajuste induzido
☛ pH: ionização dos aminoácidos
❖ Fatores que interferem da atividade enzimática:
-COO
-
-NH3
+
-COO
-
-NH2-NH3
+
-COOH
Efeito da temperatura na atividade das enzimas
Desnaturação
Quanto maior a temperatura, mais moléculas atingem o estado de transição
Contudo, altas temperaturas também 
desnaturam as proteínas.
A energia de ativação é necessária para 
se chegar ao estado de transição e a 
reação ocorrer.
Enzimas não alteram o estado de 
equilíbrio
Abaixam a energia de ativação;
Keq não é afetada pela enzima.
Não apresenta efeito termodinâmico 
global
G não é afetada pela enzima.
Reação não catalisada
T1<T2
Reação catalisada
Energia de ativação menor
Mais moléculas atingem o estado de transição
O catalisador aumenta a velocidade da reação ao diminuir a energia de ativação, o valor de ∆G não se altera.
Um valor de ∆G negativo indica que um processo é espontâneo, mas não indica a velocidade na qual ocorre.
Acoplamento de reações
*A atividade enzimática é a taxa de formação de produto no 
tempo. Ela deve se basear em medida de velocidade inicial 
(v0) da reação.
*A unidade internacional utilizada se chama U (unidade de 
atividade enzimática).
*1 U = 1 µmol de formação de produto por minuto. Pode ser 
dividido pelo volume da amostra (U/L)
*Eventualmente pode ser apresentada em outras unidades.
*Portanto, é somente uma variação da unidade para medida 
de velocidade da reação (mol.L-1s-1).
*A medida de v0 NÃO é feita no equilíbrio.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 5 10 15 20 25 30
co
n
ce
n
tr
aç
ão
d
e
 p
ro
d
u
to
(A
b
so
rb
ân
ci
a)
Minutos de reação
Amostra 1
Amostra 2
Parte linear da curva catalisada por 
enzima está relacionada a 
velocidade inicial (v0) da reação.
Isso se converte no parâmetro de 
atividade enzimática.
Minutes
0
0.1
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0.3
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0.6
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0 5 10 15 20 25 30
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(A
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so
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a)
Minutos de reação
Amostra 1
Amostra 2
• Parte linear da curva catalisada por enzima está 
relacionada a velocidade inicial (v0) da reação.
• Isso se converte no parâmetro de atividade enzimática.
Minutes
+
Substrato sintético
(simula uma molécula 
natural, mas é menor e 
possui um cromóforo)
Produtos
Ao ser clivado, o substrato gera dois 
produtos, sendo um deles com cor. 
Portanto, a sua concentração pode ser 
determinada ao se medir a absorbância.
Ao determinar a concentração do 
produto, é possível medir sua 
variação no tempo, determinando a 
velocidade inicial (v0) da reação.
Na prática, é mais fácil medir a formação de produto no tempo, do que o consumo de substrato.
Velocidade inicial V0, linear.
Importante para comparações de velocidade.
Velocidade não-inicial, não 
é mais linear.
É mais difícil e ineficiente 
comparar velocidades.
Se fizéssemos a comparação fora da região 
linear, a reação catalisada enzimaticamente e 
não-catalisada, em determinado momento, 
poderiam aparentar ter a mesma velocidade!
Quando na verdade, a diferença é muito grande na 
velocidade, por isso o conceito de velocidade inicial é 
importante.
A velocidade é proporcional à concentração de substrato, portanto ela varia ao longo da reação. 
E = enzima livre
ES = complexo enzima-substrato
S = substrato
P = produto
Estado estacionário
medida de V0 [S] – assume-se que é constante frente a 
sua pequena variação e alta concentração. 
[S] >>> [E]. 
[ES] e logo [E] são constantes, v1 = v-1 + v2
k1 > k -1 >>> k2, portanto, a etapa limitante 
do processo é determinada por k2.
v 0= v2 = k2[ES]
Baixa [P] ao longo do estado estacionário 
faz com que a reação reversa não ocorra.
Muito rápido
Efeito da concentração de substrato na formação do complexo ES.
Lembrando que a velocidade da reação vai ser proporcional à 
quantidade de complexo ES formado. v0 = k2[ES]
V0I < V0II < V0III
*Portanto, v0 pode variar de acordo com a concentração do 
substrato [S]. 
*É maior conforme [S] aumenta, pois mais complexo ES se 
forma (mesmo com [E] constante). 
*Logo, haverá uma v0 maior que todas as outras a partir de uma 
determinada [S], chamada de velocidade máxima (vmax), na 
qual toda [E] está na forma [ES].
Estado 
estacionário
Estado 
estacionário
1. Ao se aumentar [S], para uma [E]
constante, v0 aumenta até atingir vmax.
2. v0 é diretamente proporcional à 
concentração de enzima [E].
3. Em diferentes [E], o vmax será relativo.
Cada ponto de [S] equivale a uma situação de 
saturação da enzima, e formação de ES
mostrada no slide anterior, no qual foi feita uma 
medida de velocidade inicial da reação.
1 2
3
Um alto KM indica que relativamente “desfaz mais ES” do 
que seforma, ou “forma pouco ES”.
Um baixo KM indica que relativamente “desfaz menos ES” 
do que se forma, ou quer dizer que “forma mais ES”.
Portanto, ao se comparar o KM para diferentes enzimas 
que catalisam a mesma reação, pode-se correlacionar que 
baixo KM indica maior “afinidade” da enzima pelo 
substrato. Indica que a enzima tem mais propensão a 
formar ES.
KM não muda para a mesma enzima, pois é a relação 
entre constantes!
k2
k2
KM não muda para a mesma enzima, pois é a relação 
entre constantes!
Não importa [E], KM não muda, diferentemente de Vmax que
aumenta conforme se aumenta a concentração de enzima [E].
KM igual para diferentes [E].
k2 = kcat
v2 = kcat [ES]
turnover number (s-1)= kcat
é a mesma relação com o valor de k explicado no 
início da aula para reação de primeira ordem. 
Quanto maior, maior será o número de ciclos por 
segundo que a enzima realiza.
Para se comparar a eficiência catalítica de duas enzimas, faz-se uma razão 
entre kcat / KM
E = enzima livre
ES = complexo enzima-substrato
S = substrato
P = produto
Estado estacionário
medida de V0
A equação de Michaelis-Menten
[E] = [Etotal] – [ES]
A equação de Michaelis-Menten
Numericamente, a [S] na qual v0 é 
metade de vmax é igual ao valor de KM
Plote de Lineweaver-Burk
Usa-se os inversos de v0 e [S] para que a curva adquira 
aspecto linear. Assim, é possível se obter uma valor 
aproximado de vmax e KM.
Inibidores Irreversíveis
Inibidores Reversíveis
Competitivo
Não-competitivo
Atinge-se o mesmo vmax, mas KM muda.
Como compete pelo sítio ativo, é necessário maior 
[S] para se atingir vmax/2, assim como vmax.
Inibidores Reversíveis
Competitivo
Não-competitivo
KM não muda, mas não se atinge o mesmo vmax
Na prática é como se [E] fosse menor, pois o inibidor 
inativa a enzima temporariamente, mas não se liga no 
sítio ativo.
Inibidores podem ser usados como medicamentos, defesa, 
regulação, etc.
Enzimas alostéricas apresentam estrutura quartenária no geral.
Os efetuadores alostéricos se ligam em região fora do sítio ativo (sítio alostérico). Mudanças conformacionais facilitam 
(efetuador positivo) ou dificultam (efetuador negativo) a catálise.
Ao se desligar o efetuador alostérico 
negativo a proteína fica mais ativa. É 
comum o efetuador ser um produto 
final de uma via metabólica, portanto, 
regulando por retroalimentação 
negativa a via.
Eventualmente, uma mesma enzima 
pode ter tanto efetuadores positivos 
como negativos.
Enzimas alostéricas apresentam estrutura quartenária no geral.
Os efetuadores alostéricos se ligam em região fora do sítio ativo (sítio alostérico). Mudanças conformacionais facilitam 
(efetuador positivo) ou dificultam (efetuador negativo) a catálise.
Substância F: retroalimentação negativa (efetuador 
alostérico negativo) na reação catalisada por B na via 1
Substância F: retroalimentação positiva (efetuador 
alostérico positivo) na reação catalisada por A na via 2.
Quinase (ou cinase) é uma enzima que 
adiciona um fosfato a uma outra proteína.
Fosfatase é uma enzima que remove um 
grupo fosfato de uma outra proteína.
Um grupo fosfato adicionado pode ativar
a enzima “A”, ou inativar a enzima “B”. Ou 
seja, varia para cada enzima.
No metabolismo
• No metabolismo a maioria das enzimas funciona nos dois 
sentidos.
• Neste caso, existem ambos substratos e produtos na célula
✿ Enzimas no sangue
※ Níveis elevados. Exercem papel funcional no 
plasma. Ex.: Trombina, lipase lipoproteica. 
※ Níveis baixos. Não exercem papel 
funcional no plasma. Ex.: Lactato 
desidrogenase.
Enzimologia clínica
Normal: baixos níveis
Lesão: níveis elevados
✿ Enzimologia clínica
Fonte: Gaw, A. et al. Bioquímica Clínica. 5 ed. Rio de Janeiro : Elsevier, 2015. 
✿ Interpretação dos resultados
• Sensibilidade: quantidade mínima de um composto ou substância que o 
método consegue detectar.
• Especificidade: representa o quanto do método é bom para distinguir o 
composto analisado dos potenciais interferentes.
※ Método Analítico
Fonte: Gaw, A. et al. Bioquímica Clínica. 5 ed. Rio de Janeiro : Elsevier, 2015. 
✿ Interpretação dos resultados
• Sensibilidade: medida de incidência de resultados positivos de exames em pessoas 
reconhecidamente com a doença. Alta sensibilidade = poucos falso negativos.
• Especificidade: medida de incidência de resultados negativos de exames em pessoas 
reconhecidamente sem a doença. Alta especificidade = poucos falso positivos. 
※ Exame do paciente
Fonte: Gaw, A. et al. Bioquímica Clínica. 5 ed. Rio de Janeiro : Elsevier, 2015. 
✿ Interpretação dos resultados
• Sensibilidade: medida de incidência de resultados positivos de exames em pessoas 
reconhecidamente com a doença. Alta sensibilidade = poucos falso negativos.
• Especificidade: medida de incidência de resultados negativos de exames em pessoas 
reconhecidamente sem a doença. Alta especificidade = poucos falso positivos. 
※ Exame do paciente
Fonte: Gaw, A. et al. Bioquímica Clínica. 5 ed. Rio de Janeiro : Elsevier, 2015. 
※ Vantagens
※ Desvantagens
• Diagnóstico / diagnóstico diferencial
• Resposta à drogas
• Prognóstico
• Detecção adiantada da doença
• Falta de especificidade tecidual
• Tempo de aumento após lesão
• Tempo de depuração
• Isoformas
• Proporção das 
enzimas 
liberadas
• Estimativa do curso de tempo
✿ Enzimologia clínica
Principais enzimas de valor diagnóstico
Nome EC Sigla
Amilase 3.2.1.1 Amy
Aldolase 4.1.2.13 ALD
Alanina aminitransferase 
Transaminase glutâmico-pirúvica
2.6.1.2
ALT
TGP
Aspartato aminotransferase 
Transaminase glutâmico-oxalacética
2.6.1.1
AST
TGO
Colinesterase 3.1.1.8 ChE
Creatina quinase
Creatinafosfoquinase
2.7.3.2
CK
CPK
Lactato desidrogenase 
Desidrogenase láctica
1.1.1.27
LDH
LD
Fosfatase ácida 3.1.3.2 ACP
Fosfatase alcalina 3.1.3.1 ALP
γ-Glutamiltransferase 
γ-Glutamil transpeptidase
2.3.2.2
GGT
GGTP
5’Nucleotidase 3.1.3.5 5-NT, NTP
Lipase 3.1.1.3 Lip
Marcadores de lesão hepática
• Alanina aminotransferase (ALT)
• Aspartato aminotransferase (AST)
• Fosfatase alcalina (ALP)
• Albumina
• γ-Globulinas
• γ-Glutamil transferase (GGT)
※ Enzimáticos
※ Não enzimáticos
• α1-Antitripsina
• α-Fetoproteína
• Ceruloplasmina
• Transferrina
• Bilirrubina
Aminotransferases (AST e ALT)
AST: Aspartato aminotransferase
ALT: Alanina aminotransferase
Aspartato + α-cetoglutarato Glutamato + Oxaloacetato 
AST
Alanina + α-cetoglutarato Glutamato + Piruvato 
ALT
Basicamente citosol
Citosol – MM 98.000
Mitosol – MM 90.400 (m-AST)
Macro-AST (ligada a IgG)
Fígado
Coração
Músculo esquelético
Fígado
✿ Localização das enzimas hepáticas
MCPHERSON, R. A.; PINCUS, M. R. Diagnósticos clínicos e tratamento por métodos laboratoriais de Henry. 21 ed. São Paulo: Manole, 2012. 
Hepatite※ Desordens hepáticas
 AST é mais sensível nas 
doenças crônicas e infiltrativas
✓ Hepatite
ALT AST AST/ALT < 1
A relação AST/ALT reflete o grau de lesão hepática
Aminotransferases (AST e ALT)
 ALT é mais sensível nas 
doenças agudas e obstrutivas
✿Marcadores de lesão cardíaca
• Creatina quinase total (CK)
• Creatina quinase fração MB (CK-MB)
• Aspartato aminotransferase (AST)
• Troponina T e I
• Mioglobina
• Lactato desidrogenase (LDH)
※ Enzimáticos
※ Não enzimáticos
✿ Creatina quinase (CK)
Creatina + ATP Creatina-Fosfato + ADP
CK
CK-MM CK-BBCK-MB
Músculo Coração Cérebro
• Dímero (subunidades B e M)
• Localização celular: citosol
Tsung, 1976.
CK-MM CK-BBCK-MB✿ Creatina quinase (CK)
※ Fisiológico: exercício físico
※ Patológico: IAM
• Infarto do Miocárdio (> 5% CK-total)
• Trauma Muscular (< 5% CK-total)
24h
✿ Creatina quinase (CK)
✿ Aspartato aminotransferase (AST) no infarto
Infarto do miocárdioHepatite
※ Distribuição tecidual
Fígado
Coração
Músculo esquelético
Rins 
Pâncreas
✿ Infarto do miocárdio
✿ Infarto do miocárdio: marcadores não enzimáticos
✿Marcadores de lesão pancreática
※ Amilase: hidrólise de ligações glicosídicas α(1-4) 
※ Lipase:hidrólise de triacilgliceróis
Explicar a importância de se usar a razão de atividade enzimática AST/ALT na hepatite e infarto do 
miocárdio.