ENZIMAS 2

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Função das proteínas: estrutural, movimento, 
hormonal, transporte, defesa, nutritiva e enzimática. 
 
 
ENZIMAS 
 
CONCEITO: 
 
As enzimas são proteínas especiais com função catalítica, ou 
seja, aceleram reações bioquímicas que ocorrem nas células. 
 
 
IMPORTÂNCIA: 
 
- Catalisam centenas de reações as quais as moléculas 
nutrientes são degradadas, a energia química é conservada e 
transformada e as macromoléculas biológicas são sintetizadas. 
 
- Importância em doenças, onde pode ocorrer a ausência ou a 
deficiência de uma determinada enzima. 
 
- Muitas drogas exercem seu efeito biológico por meio das 
enzimas. 
 
 
 
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HISTÓRICO: 
 
História da Bioquímica começa com pesquisas sobre enzimas 
 
Catálise biológica foi descrita no final de 1700 em estudos: 
 
1 - estômago - digestão da carne 
2 - saliva e extratos vegetais - conversão do amido 
 
Louis Pasteur década de 50 (±1850) 
 
 Concluiu que a fermentação do açúcar → álcool pela 
levedura era catalisada por “fermentos”; 
 
 Ele postulou que esses fermentos eram inseparáveis da 
estrutura das células vivas de levedura. 
 
 
Eduard Buchner (1897) 
 
 Descobriu que os extratos de levedura podiam fermentar 
o açúcar  álcool provando que a fermentação era 
promovida por moléculas que continuavam funcionando 
mesmo quando removidas das células. 
 
Frederick W. Kuhne: denominou tais moléculas como ENZIMAS 
 
James Summer (1926): Isolamento e Cristalização da urease  
demonstrou que os cristais de urease consistiam inteiramente 
de proteínas e postulou que todas as ENZIMAS são 
PROTEÍNAS. 
 
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Início do Século XX 
 
 
 Purificação de milhares de enzimas, a elucidação da 
estrutura molecular e do mecanismo químico de centenas 
delas e uma compreensão geral de como elas funcionam. 
 
CARACTERÍSTICAS GERAIS DAS ENZIMAS: 
 
 Proteínas especializadas; 
 
 Aceleram reações químicas; 
 
 
 
 
 
 Catalisadores de reações nos sistemas biológicos; 
 Grande eficiência catalítica; 
 Alto grau de especificidade por seus substratos. 
 
Funcionam: 
 
 Em soluções aquosas 
 Em pH e temperaturas fisiológicas 
 
Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de 
RNA que possuem atividade enzimática e são 
chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são 
PROTEÍNAS. 
 
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 A quantidade de enzimas é tão grande que se tem 
praticamente uma enzima para cada reação  
Altamente específicas; 
 
 Algumas enzimas não requerem outros grupos 
químicos além de seus resíduos de aminoácidos 
para a atividade; 
 
 Outras, requerem um componente químico Cofator 
 
 
 
Cofatores (Associa-se a enzimas - necessário para a 
atividade enzimática): 
 
 
 Inorgânicos: Fe
2
+, Mg
2
+, Mn
2
+ ou Zn
2
+ 
 
 
 
 
 
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Orgânicos: uma molécula orgânica que é chamada de 
coenzima (quase sempre derivadas de vitaminas). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBS: A coenzima ou o íon metálico que está ligado a parte 
protéica da enzima é chamado de GRUPO PROSTÉTICO. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Apoenzima: Fração protéica da enzima, na ausência do 
cofator; 
 
Holoenzima: Enzima + Cofator (coenzima e /ou íons 
metálicos)- 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NOMENCLATURA: 
 
- Muitas enzimas têm sido nomeadas pela adição do 
sufixo ASE ao nome do substrato ou a palavra que 
descreve sua atividade; 
 
- Sistema Oficial IUB - União Internacional de 
Bioquímica, classifica as enzimas de acordo com a 
reação catalisam: 
 
Cada enzima – Nº de código (E.C.- Comissão de enzimas) com 
4 dígitos, Classificando TODAS as enzimas em 6 Classes. 
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Classificação internacional da enzimas em classes: 
 
 
 
1.Oxirredutases – transferência de elétrons 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nº Classe Tipo de reação catalisada 
1 Oxidorredutases Transferência de elétrons 
(íons hidreto ou átomos H) 
2 Transferases Reações de transferência de grupos 
3 Hidrolases R transferência de grupos funcionais para água 
equações de hidrólise (transferência de grupos 
funcionais para água) 
4 Liases Adição de grupos às duplas ligações ou 
formação de duplas ligações por meio de 
remoção de grupos 
5 Isomerases Transferência de grupos dentro da mesma 
molécula para formar isômeros 
6 Ligases Formação de ligações C-C, C-S, C-O, C-N por 
meio de reações de condensação acopladas à 
quebra do ATP 
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2.Transferases – Catalisam a transferência degrupos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Hidrolases - reações de hidrólise 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. Liases – adição ou remoção de grupos (H2O, NH4+, CO2). 
 
 
 
 
 
 
 
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5. Isomerases – transferência de grupos dentro da mesma 
molécula, formação de isômeros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Ligases – reações de síntese com consumo de ATP. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A cada enzima é atribuído um número classificatório de 4 
digitos: 
 
1º dígito - classe 
2º dígito - subclasse 
3º dígito - sub-subclasse 
4º dígito - indica o substrato 
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 ATP + D-Glicose  ADP + D-Glicose-6-fosfato 
 
 
 
 
 ATP glicose fosfotransferase - E.C. 2.7.1.1 
 
2 - classe - transferase 
7 - sub-classe - fosfotransferase 
1 - sub-subclasse - fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila 
como receptor 
1 - indica ser a D-glicose o aceptor do grupo fosfato 
 
COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM: 
 
- Uma reação catalisada enzimaticamente ocorre no 
interior dos limites de uma cavidade na enzima 
chamada de Sítio Ativo 
 
- O sítio ativo é a região da molécula enzimática que 
participa da reação com o substrato (molécula que se 
liga ao sítio ativo e sofre a ação da enzima). 
 
 
 
 
 
 
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- A superfície do sítio ativo contém cadeias laterais de 
aminoácidos que criam uma superfície tridimensional 
complementar ao substrato. Estes grupos substituintes 
se ligam ao substrato e catalisam sua transformação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Componentes da Reação Enzimática 
 
 
E + S E S E + P 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUBSTRATO SE 
LIGA AO SÍTIO 
ATIVO DA ENZIMA 
E: Enzima; 
S: Substrato 
ES: Complexo enzima-
substrato; 
P: Produto 
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As enzimas aumentam a velocidade das reações 
por diminuir a energia de ativação 
 
O que é energia de ativação? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Existe uma barreira energética entre S e P que representa a 
energia necessária para o alinhamento de grupos químicos, 
rearranjos de ligações e outras transformações para que a 
reação ocorra. 
 
2. Para sofrer as reações as moléculas devem superar essa 
barreira. No topo da colina, a energia está em um ponto no 
qual a passagem S ou P é igualmente favorável: estado de 
transição. 
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3. O estado de transição representa somente um momento 
molecular de quebras de ligações e formação de cargas para 
formar o substrato ou o produto. 
 
4. A diferença de energia entre o estado fundamental e o 
estado de transição é denominado de energia de ativação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. Quanto menor a energia livre de ativação, mais moléculas 
tem energia suficiente para superar o estado de transição 
(barreira)  rápida velocidade da reação. 
 
 
6. As enzimas aumentam a velocidade das reações diminuindo 
a energia de ativação. 
 
 
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Como as enzimas diminuem a energia de 
ativação 
 
 
- A maior parte da energia necessária para diminuir a 
energia de ativação é derivada de interações fracas 
entre enzima e substrato. 
 
- A formação de cada interação fraca no complexo ES é 
acompanhada por uma pequena liberação de energia 
livre (energia de ligação), a qual é usada para diminuir 
a energia de ativação. 
 
As interações fracas são otimizadas no estado 
de transição 
 
- Os primeiros estudos sobre a especificidade das 
enzimas propuseram que as enzimas eram 
estruturalmente complementares aos seus substratos 
(enzima pouco eficiente). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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- A noção modernade catálise propõe que uma enzima 
deve ser complementar ao seu estado de transição. Isso 
significa que as interações ótimas entre o substrato e a 
enzima ocorrem apenas no estado de transição 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DAS 
REAÇÕES ENZIMÁTICAS: 
 
*Fatores externos 
 Temperatura 
 pH 
 
*Fatores que envolvem os componentes da 
reação: 
 Concentração do substrato 
 Concentração da enzima 
 
1-Influência da temperatura atividade enzimática 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Inativação 
térmica da 
enzima. 
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2- Influência do pH sobre atividade enzimática 
 
 Enzimas têm um pH ótimo (ou intervalo de pH) no 
qual a sua atividade é máxima; 
 Em um pH maior ou menor a atividade diminui. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3- Concentração do substrato 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A enzima existe em duas formas (ligada ao 
substrato e na forma livre); 
 A velocidade máxima da reação (Vmax) será 
atingida quando praticamente todas as 
moléculas da enzima estiverem na forma do 
complexo ES. 
 
 
 
 
 
BAIXA [ S ] 
Velocidade é 
proporcional a [S] 
Alta [S] 
excesso de S 
Velocidade 
independe da [S] 
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CINÉTICA ENZIMÁTICA: 
 
Mecanismo de ação das enzimas e sua velocidade 
Modelo de reação (Equação de Michalis-Menten) 
 
 Nesse modelo a enzima combina-se 
reversivelmente com o substrato, formando um 
complexo ES  degrada-se em produto 
regenerando a enzima livre. 
 
 E + S 
 
S é o substrato; 
E é a enzima; 
ES é o complexo enzima-substrato; 
K1, k-1 e k2. 
Equação descreve como a velocidade da reação varia 
com a concentração de substrato: 
Vo =Velocidade inicial da reação 
Vmax= Velocidade máxima 
Km= Constante de Michaelis 
[S]= concentração de substrato 
 
 
ES E + P 
K1 
K-1 
K2 
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Efeito da concentração de substrato sobre a 
velocidade de reação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Km  reflete uma alta afinidade da enzima pelo 
substrato, pois uma baixa [S] é necessária para 
atingir a metade da saturação da enzima isto é 
atingir a velocidade que é ½ Vmax; 
 
 Km  reflete uma baixa afinidade da enzima pelo 
substrato, pois é necessária uma alta [S] para 
atingir a metade da saturação da enzima. 
 
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA: 
 
Equação 
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Inibidor enzimático: 
 
 Qualquer substância capaz de diminuir ou 
interromper uma reação catalisada por enzima. 
Podem ser reversíveis ou irreversíveis. 
 
Os tipos mais comuns de inibição reversível são: 
 
 Inibição competitiva 
 
 Ocorre quando o inibidor compete com o 
substrato pelo sítio ativo da enzima. 
 
 Estrutura molecular do inibidor lembra a do 
substrato  EI sem propiciar a catálise. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Terapêutica baseada na competição pelo centro ativo 
 
 Pacientes que ingeriram metanol  solvente 
 
 A desidrogenase alcoólica do fígado converte o 
metanol em formaldeído  tóxico aos tecidos  
CEGUEIRA; 
 
 **** O etanol compete com o metanol como 
sustrato alternativo para a desidrogenase 
alcoólica 
 
 Assim a terapia para o envenenamento c/ metanol 
é a infusão endovenosa gradual de etanol  
diminui a formação de formaldeído  rins 
eliminam o metanol. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 Inibição Incompetitiva 
 
 Um inibidor incompetitivo se liga em um sítio 
diferente do sítio ativo do substrato, porém 
diferentemente do inibidor competitivo liga-
se apenas ao complexo ES. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 Inibição mista 
 
 O inibidor misto também se liga a um 
sítio diferente do sítio ativo do substrato, 
mas pode se ligar tanto a E como a ES. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Inibição irreversível 
 
Inibidores irreversíveis são aqueles que se 
combinam com um grupo funcional na molécula da 
enzima  Destroem ou formam ligação covalente entre 
o inibidor e a enzima. 
 
 
Exemplo: 
Organofosforados são os inseticidas que agem no 
sistema nervoso inibindo a enzima acetilcolinesterase. A 
inibição da atividade dessa enzima leva ao acúmulo de 
acetilcolina, provocando estimulação descontrolada do 
sistema nervoso e levando o inseto afetado à morte. 
Sarin (organofosforado) é uma substância tóxica que atua 
essencialmente sobre o sistema nervoso central  Guerra 
química; 
 
O caso mais recente de utilização de sarin foi um atentado 
terrorista ao metrô de Tóquio, no Japão, em 1995. 
 
Os sinais da intoxicação incluem: 
 Fortes contrações musculares; 
 Salivação abundante; 
 Diminuição da frequência cardíaca 
 
 
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ENZIMAS REGULADORAS 
 
- No metabolismo celular grupos de enzimas trabalham 
em conjunto: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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- Em cada via metabólica existe pelo menos uma 
enzima que determina a velocidade de toda a 
seqüência de reações. 
 
- Geralmente a primeira enzima da seqüência é a 
enzima reguladora. 
 
- Existem duas classes de enzimas reguladoras nas 
vias metabólicas: as enzimas alostéricas (funcionam 
por meio de ligação não covalente com compostos 
reguladores) e as enzimas que são reguladas por meio 
de uma modificação covalente reversível. 
 
Enzimas alostéricas (maiores e mais complexas): 
 
 Funcionam por meio de compostos reguladores  
moduladores alostéricos (metabólitos ou co-fatores); 
 
 Esses moduladores podem ser tanto ativadores 
quanto inibidores das enzimas; 
 
 Além do sítio ativo estas enzimas possuem um ou mais 
sítios de ligação para o modulador; 
 
 
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 Subunidade catalítica (C) e subunidade reguladora (R); 
 
 Ligação de um modulador (M+)  estimulador promove 
uma mudança conformacional que ativa a subunidade 
catalítica que passa a ligar o substrato com mais 
afinidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Enzimas que são reguladas por meio de uma modificação 
covalente reversível: 
 
- A atividade é regulada por modificação covalente da 
molécula da enzima; 
 
- Entre os grupos modificadores estão: fosfato, metila..... 
 
- Esses grupos podem ser ligados covalentemente a enzima e 
removidos da enzima reguladora por outras enzimas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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