Bioquímica - enzimas

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Bioquímica
Cinética e propriedades enzimáticas
A cinética enzimática estuda a velocidade das reações catalisadas pelas enzimas e o modo pelo qual
certos fatores conseguem modificar a velocidade destas reações.
A velocidade v de uma reação pode ser definida pela quantidade de produto formado ou pela
quantidade de substrato transformado pela unidade de tempo.
E + SP + E S = substrato P = produto E = enzima
A atividade de uma enzima pode, assim, ser medida pela velocidade da reação que ela é capaz de catalisar.
Não é possível medir a atividade enzimática pela dosagem de uma enzima por método direto, semelhante a um
teste de coloração. Recorre-se à medida da atividade expressa em unidades enzimáticas.
As unidades enzimáticas mais empregadas são: arbitrária, internacional e Katal.
Unidades arbitrárias: expressas em bases empíricas, usualmente envolvendo a quantidade de substrato
transformado em um tempo de incubação definido e sob condições padronizadas de pH, temperatura,
concentração e etc, por ser estabelecida pelo pesquisador sem a obediência de um critério técnico ou científico.
Unidade internacional: definida pelo número de micromols de substrato desdobrado ou de produto formado por
um mililitro da solução em um minuto em condições padronizadas de pH e temperatura.
Katal: unidade enzimática definida pelo número de mols de substrato desdobrado ou de produto formado por
litro de solução em um segundo em condições padronizadas de pH e temperatura.
A velocidade máxima da reação enzimática está relacionada com o número de renovação de uma enzima, que
expressa o poder catalítico da enzima.
As principais propriedades das enzimas
As enzimas são biomoléculas que atuam como catalisadores acelerando as reações químicas e
diminuindo sua energia de ativação, sem modificar o estado de equilíbrio por agirem nos dois sentidos
da reação. Além disso, atuam em pequenas concentrações.
As enzimas apresentam uma alta especificidade pelo substrato. Isso significa que uma enzima
específica, para desempenhar sua função, precisa se ligar a um substrato também específico. Além
disso, elas não podem ser consumidas ao longo da reação.
SUBSTRATO+ENZIMA —---> PRODUTOS+ENZIMA
Fatores que afetam a velocidade das reações enzimáticas
PH DO MEIO, TEMPERATURA DO MEIO, CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATO E ENZIMAS,
AFINIDADE DA ENZIMA PELO SUBSTRATO E PODER CATALÍTICO DA ENZIMA.
TEMPERATURA DO MEIO: Quando uma
mesma quantidade de enzimas atua sobre uma
mesma concentração de substrato no ph ótimo,
mas, em temperaturas diferentes, há um ponto
onde a atividade da enzima é máxima, essa região
é denominada temperatura ótima da atividade
enzimática.
Com a elevação da temperatura, a enzima passa
a funcionar e a atividade cresce à medida que a
temperatura aumenta. Existe um determinado
ponto no qual o aumento de temperatura, ao
invés de aumentar a atividade enzimática, causa
uma diminuição e até completa inativação.
A partir de 45°C a desnaturação da enzima se faz rapidamente; aos 55°C a desnaturação é
acelerada, e, acima deste valor, a enzima chega à completa inativação.
PH DO MEIO: Quando uma mesma quantidade
de enzimas atua sobre uma mesma concentração
de substrato, em diferentes valores de pH do
meio onde a reação se efetua, há uma região na
qual a atividade da enzima é máxima. Esta região
é denominada de pH ótimo da atividade.
Em adição às modificações puramente iônicas, a
molécula proteica pode sofrer, também,
desnaturação com consequente perda da
atividade. A desnaturação pode ocorrer quando
o pH do meio se tornar muito baixo ou muito
alto.
CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO: Quando se faz variar a concentração do substrato
mantendo-se a mesma concentração da enzima, e a temperatura e o pH ótimos, observa-se que a
velocidade da reação aumenta segundo uma reação linear. Porém, no momento em que esta
concentração ultrapassa um determinado valor, a velocidade de reação permanece independente da
concentração do substrato. Se a concentração do substrato for grande, a concentração do complexo
enzima-substrato será maior, e, consequentemente, maior será a velocidade de reação.
CONCENTRAÇÃO DA ENZIMA: Fazendo-se variar a concentração da enzima, mantendo-se
fixa uma alta concentração de substrato, na temperatura e no pH ótimos, verifica-se que a
velocidade da reação aumenta linearmente com a concentração da enzima. A influência da
concentração da enzima deve ser medida em presença de uma elevada concentração de substrato.
Mecanismos de regulação da atividade enzimática
A regulação da atividade enzimática pode ser administrada por diferentes estruturas da
célula, de modo a garantir a homeostase do corpo humano. Algumas enzimas estão
localizadas em organelas específicas dentro da célula, como as hidrolases no lisossomo, de
modo a isolar o substrato sobre o qual agem, visando a fornecer um ambiente favorável à
reação ou mesmo segregar de forma organizada as variedades enzimáticas existentes na
célula.
CONTROLE DA VELOCIDADE DA REAÇÃO ENZIMÁTICAS- Permite ajustar os
processos metabólicos às necessidades do organismo. A velocidade das reações
enzimáticas geralmente está relacionada à disponibilidade de substrato, a substância sobre
a qual atua a enzima. À medida que aumenta a concentração de substrato, a velocidade da
reação enzimática também aumenta.
INDUÇÃO DA SÍNTESE DE ENZIMAS- Aumento da síntese da enzima.
REPRESSÃO DA SÍNTESE DE ENZIMAS- Diminuição da síntese da enzima.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
INIBIDORES IRREVERSÍVEIS: se unem à enzima por meio de ligações covalentes, que
são mais estáveis, e a enzima inibida não recupera sua função após conectar-se com o
inibidor.
INIBIDORES REVERSÍVEIS: Os inibidores reversíveis se unem ao catalisador por meio
de ligações não covalentes, que são mais fáceis de serem rompidas, possibilitando que a
diluição do complexo enzima-inibidor restaure a atividade da enzima após a interação. A
inibição reversível pode ser classificada como não competitiva ou competitiva.
Na inibição não competitiva, o inibidor
e o substrato unem-se em sítios
diferentes: enquanto o inibidor se
conecta ao complexo
enzima-substrato, ou diretamente à
enzima livre, o substrato acopla-se
no centro ativo da enzima. A
velocidade máxima não pode ser
atingida por meio do aumento da
concentração do substrato, já que a
presença do inibidor diminui a taxa de
formação de produtos (não ocorre
elevação do km).
Na inibição competitiva, por outro
lado, o inibidor ocupa o sítio ativo e
diminui a velocidade máxima
momentaneamente. O efeito do
inibidor competitivo pode ser
revertido com o aumento da
concentração do substrato, já que
apenas o valor do km aparente
aumenta.
ZIMOGÊNIOS- As enzimas secretadas na forma inativa, chamadas zimogênios, sofrem a
clivagem de um fragmento de sua estrutura, o que resulta no aparecimento do centro ativo.
Com isso, a enzima passa da forma inativa para a forma ativa. No trato gastrointestinal
esse tipo de regulação é muito comum, por exemplo, na conversão do pepsinogênio (inativo)
à pepsina (ativa) pelo ácido clorídrico, no pH ácido do estômago. Essa regulação mediada
por zimogênio é fundamental, pois permite que a pepsina atue sobre as proteínas obtidas da
alimentação e não cause dano na mucosa estomacal. Outro exemplo é a apoptose, processo
de morte celular programada.
MODIFICAÇÃO COVALENTE- Neste caso, o fosfato proveniente do ATP é
adicionado às células pelas proteínas cinases e retirado pelas fosfoproteínas-fosfatases.
Essa adição ou remoção pode, dependendo da enzima, pode aumentar ou diminuir a atividade
catalítica. A regulação ocorre por adição ou remoção de radicais, normalmente fosfatos, de
resíduos de serina, treonina ou tirosina da enzima. Este é o chamado mecanismo de
fosforilação e desfosforilação, catalisado por proteínas quinases que fosforilam, ou por
fosfoproteínas-fosfatases, que removem o radical fosfato.
Um exemplo de mecanismo de fosforilação e desfosforilação são as enzimas da síntese e
degradaçãodo glicogênio. A glicogênio fosforilase é ativa quando fosforilada, e promove a
degradação do glicogênio. A glicogênio sintase diminui sua atividade quando fosforilada. A
entrada ou saída do fosfato na molécula da proteína enzimática modifica a conformação da
proteína, tornando-a mais ou menos ativa.
Enzimas alostéricas e seus efetores positivos e negativos
As enzimas alostéricas são muito importantes para a regulação das rotas bioquímicas no
nosso organismo. A enzima alostérica é um oligômero, composto de protômeros (locais
onde o substrato se liga ao sítio ativo) e do sítio alostérico, ao qual se ligam de modo não
covalente os efetores positivos e negativos. Esses efetores causam alteração da atividade
enzimática, seja por meio da mudança conformacional e a consequente variação da enzima
pelo substrato, seja por transformação na atividade catalítica máxima.
Os efetores positivos aumentam a afinidade da enzima pelo substrato, já que ela
adquire a forma relaxada, passível de ligação (maior atividade enzimática). Por outro
lado, os efetores negativos diminuem essa afinidade, e todos os protômeros da enzima
tornam-se tensos (menor atividade enzimática).
Efetores homotrópicos- Nos homotrópicos, o próprio substrato atua como efetor
e normalmente causa efeito positivo, pois a sua ligação à enzima aumenta a afinidade
dos outros sítios de ligação. Este é o chamado efeito da cooperatividade.
Efetores heterotrópicos- Nos heterotrópicos, o efetor é diferente do substrato.
Estes são geralmente utilizados pelos sistemas de controle de alça fechada de
feedback negativo: quando determinado produto, no fim de uma rota metabólica, está
muito concentrado, a enzima diminui a taxa de sua síntese.
Moléculas reguladoras: A atividade enzimática pode ser "aumentada" ou "diminuída"
por moléculas ativadoras e inibidoras que se ligam especificamente às enzimas.
Cofatores: Muitas enzimas só são ativas quando ligadas a moléculas não proteicas
coadjuvantes conhecidas como cofatores.
Compartimentalização: O armazenamento das enzimas em compartimentos
específicos impedem-nas de causar danos ou fornecer condições adequadas para
sua atividade.
Inibição retroativa: As enzimas metabólicas-chave geralmente são inibidas pelo
produto final da via que elas controlam (inibição retroativa).
Certas bactérias são incapazes de hidrolisar a lactose por terem um gene operador, que controla a
síntese da β-galactosidase, inibido por um repressor. Estas bactérias, quando expostas por certo
tempo à lactose, passam a hidrolisar o diolosídio, por adquirirem a capacidade de sintetizar a
β-galactosidase. Nesse caso, o repressor liga-se à lactose presente, formando um repressor
inativo. Com o repressor inativo e o operador livre, o gene estrutural passa a exercer a sua função, e
a enzima é sintetizada. Em algumas células, o gene regulador forma um apo-repressor incapaz de
inibir o gene operador. Produtos finais de vias metabólicas podem inibir a sua própria síntese
impedindo a formação de uma determinada enzima por funcionarem como correpressores. O
correpressor liga-se ao apo-repressor formando um holo-repressor, que é ativo. Esse tipo de
controle pode ocorrer durante a síntese do HEME da hemoglobina.