Módulo III - Problema 1

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Módulo III - Metabolismo
Problema 1
Termo Desconhecido: amilóide
Objetivos:
1 - Caracterizar as enzimas quanto às reações catalisadas e conhecer seu papel no metabolismo celular
2 - Conhecer a cinética enzimática e entender os mecanismos de regulação da atividade enzimática
ENZIMAS
· Exceto por um pequeno grupo de moléculas de RNA catalíticas, todas as enzimas são proteínas
· A função das enzimas e dos outros catalisadores é diminuir a energia de ativação, delta G, da reação, aumentando, assim, a velocidade das reações. O equilíbrio da reação não é afetado pela enzima.
Componentes:
· ribozóide = enzima de RNA
· cofator = componente químico adicional que pode ser um ou mais íons inorgânicos (metálicos)
· coenzima = componente químico adicional que pode ser uma molécula orgânica ou metalorgânica complexa → um tipo de cofator que é orgânico
· agem como carreadores transitórios de grupos funcionais específicos 
· grupo prostético = uma coenzima ou um íon metálico que se ligue muito firmemente, ou mesmo covalentemente, a uma enzima 
· holoenzima = enzima completa, cataliticamente ativa junto com a sua coenzima e/ou íons metálicos → apoenzima = cofator
· apoenzima ou apoproteína = parte proteica das enzimas
Classificação de acordo com a reação catalisada:
Características:
· sítio ativo = bolsão da enzima onde ocorrem as reações catalisadas 
· seu contorno da superfície é delimitado por resíduos de aminoácidos com grupos nas cadeias laterais que ligam o substrato e que catalisam a sua transformação química
· substrato = molécula que liga no sítio ativo e sobre a qual a enzima age
· Frequentemente, o sítio ativo engloba o substrato, sequestrando-o completamente da solução
· A função do catalisador é aumentar a velocidade da reação. A catálise não afeta o equilíbrio da reação
· etapa limitante da velocidade é o ponto de maior energia no diagrama da interconversão entre S e P
· O que realmente distingue as enzimas de outros catalisadores é a formação de um complexo ES específico
· A interação entre substrato e enzima nesse complexo é mediada pelas mesmas forças que estabilizam a estrutura das proteínas
· A energia proveniente da interação enzima-substrato é denominada energia de ligação que é a principal fonte de energia livre utilizada pelas enzimas para a diminuição da energia de ativação das reações
· modelos de ação enzimática:
· Chave-fechadura: O sítio ativo da enzima se complementa de forma perfeita ao substrato, sendo o encaixe preciso. Não explica o aumento da velocidade das reações
· Ajuste induzido: O substrato e a enzima mudam de conformação para promover o encaixe, no estado de transição. Ocorre nas seguintes etapas:
· Redução da entropia (grau de desordem) das moléculas na solução, reduzindo seu grau de mobilidade. Dessa forma, a energia de ligação faz com que as moléculas permaneçam orientadas da maneira correta para a ocorrência da reação
· Formação de interações fracas entre a enzima e o substrato, substituindo as ligações de hidrogênio entre o substrato e a água (solvation shell), no estado transicional da reação, compensando termodinamicamente, as alterações conformacionais e redistribuição primária de elétrons no substrato
· Alteração conformacional da enzima e do substrato para o encaixe
· inibidores enzimáticos são moléculas que interferem com a catálise, diminuindo ou interrompendo as reações enzimáticas
· inibição reversível: Um inibidor competitivo compete com o substrato pelo sítio ativo da enzima
(a) Inibidores competitivos ligam-se ao sítio ativo da enzima: KI é a constante de equilíbrio da ligação do inibidor a E
(b) Inibidores incompetitivos ligam-se em um sítio distinto do sítio ativo do substrato e, ao contrário do inibidor competitivo, liga-se apenas ao complexo ES
(c) Inibidores mistos ligam-se a um sítio distinto do sítio ativo, ao qual o substrato se liga. Nesse caso, o inibidor pode ligar-se tanto à enzima quanto a ES
· inibição irreversível: inibidores irreversíveis ligam-se covalentemente com ou destroem um grupo funcional da enzima essencial à atividade da enzima ou então formam uma associação não covalente estável. Uma classe especial de inibidores irreversíveis é formada pelos inativadores suicidas. Esses compostos são relativamente não reativos até que se liguem ao sítio ativo de uma enzima específica. Um inativador suicida passa pelas primeiras etapas químicas de uma reação enzimática, mas em vez de ser transformado no produto normal, é convertido em um composto muito reativo que se combina irreversivelmente com a enzima. Esses compostos também são denominados inativadores com base no mecanismo, pois sequestram o mecanismo normal da reação para inativar a enzima. Os inativadores suicidas desempenham um papel significativo no planejamento racional de fármacos, uma abordagem moderna com base no conhecimento dos substratos e dos mecanismos de reação e usada pelos químicos para sintetizar novos agentes farmacêuticos. Um inativador suicida bem planejado é específico para uma única enzima e permanece sem reatividade até que se ligue no sítio ativo da enzima, de forma que os medicamentos desenvolvidos por meio dessa abordagem podem ter uma vantagem significativa devido aos poucos efeitos colaterais
· enzimas regulatórias: influenciam em muito a velocidade de toda a sequência de reações de uma via metabólica → têm a atividade catalítica aumentada ou diminuída em resposta a certos sinais
· enzimas alostéricas agem por meio de ligações reversíveis e não covalentes com compostos regulatórios denominados moduladores alostéricos ou efetores alostéricos, que geralmente são metabólitos pequenos ou cofatores. Outras enzimas são reguladas por modificações covalentes
· Outras enzimas são reguladas por modificações covalentes reversíveis. As duas classes de enzimas regulatórias tendem a ser proteínas com subunidades múltiplas e, em alguns casos, o(s) sítio(s) regulatório(s) e o sítio ativo se encontram em subunidades separadas. Os sistemas metabólicos têm ao menos dois outros mecanismos de regulação enzimática. Algumas enzimas são estimuladas ou inibidas quando estão ligadas a proteínas regulatórias distintas. Outras são ativadas quando segmentos peptídicos são removidos por proteólise. Diferentemente da regulação mediada por efetores, a regulação por proteólise é irreversível. Exemplos importantes desses mecanismos são encontrados em processos fisiológicos como digestão, coagulação do sangue, ação hormonal e visão
3 - Conhecer as aplicações práticas das enzimas na área da saúde
· Um tratamento terapêutico com base na competição pelo sítio ativo é utilizado para tratar pacientes que ingeriram metanol, um solvente utilizado em dutos de gás anticongelante. A álcool-desidrogenase hepática converte metanol em formaldeído, prejudicial para muitos tecidos. A cegueira é uma consequência muito comum da ingestão de metanol, pois os olhos são particularmente sensíveis ao formaldeído. O etanol compete de maneira eficiente com o metanol como substrato alternativo da álcool-desidrogenase. O efeito do etanol é como o de um inibidor competitivo, com a diferença de que o etanol também é substrato para a álcool-desidrogenase, e a sua concentração diminui à medida que a enzima o converte em acetaldeído. O tratamento do envenenamento por metanol é feito pela administração intravenosa lenta de etanol, a uma velocidade que mantenha uma concentração controlada de etanol no sangue por várias horas. A velocidade de formação de formaldeído diminui e, durante esse tempo, os rins filtram o metanol, que é excretado inocuamente na urina.
· A penicilina foi descoberta em 1928 por Alexander Fleming, mas foram necessários ainda 15 anos para que esse composto relativamente instável fosse conhecido o suficiente para poder ser utilizado como agente terapêutico no tratamento de infecções bacterianas. A penicilina interfere com a síntese do peptidoglicano (descrita no Capítulo 20, Figura 20-31), o constituinte principal da rígida parede celular que protege as bactérias da lise osmótica. O peptidoglicanoé formado por polissacarídeos e peptídeos ligados por ligações cruzadas formadas em várias etapas, incluindo uma reação de transpeptidase (Figura 6-29). Essa é a reação inibida pela penicilina e por compostos semelhantes (Figura 6-30a), que mimetizam uma conformação do segmento D-Ala-D-Ala do precursor do peptidoglicano. A ligação peptídica do precursor é substituída por um anel b-lactâmico altamente reativo. Quando a penicilina liga-se à transpeptidase, a Ser do sítio ativo ataca o carbonil do anel b-lactâmico e gera um aduto covalente entre a penicilinae a enzima. Entretanto, o grupo de saída permanece unido, pois está ligado ao remanescente do anel b-lactâmico (Figura 6-30b). O complexo covalente inibe irreversivelmente a enzima. Isso, por sua vez, bloqueia a síntese da parede bacteriana e muitas bactérias morrem porque a frágil membrana interna rompe-se devido à pressão osmótica. O uso da penicilina e de seus derivados pelo homem levou ao surgimento de linhagens de bactérias patogênicas que expressam b-lactamases (Figura 6-31a), enzimas que clivam os antibióticos b-lactâmicos, inativando-os. Desse modo, a bactéria torna-se resistente a esses antibióticos. Os genes dessas enzimas disseminaram-se rapidamente entre as populações de bactérias submetidas à pressão seletiva imposta pelo uso (muitas vezes, excessivo) dos antibióticos b-lactâmicos. A medicina respondeu com o desenvolvimento de compostos como o ácido clavulânico, um inativador suicida, que inativa irreversivelmente essas b-lactamases (Figura 6-31b). O ácido clavulânico mimetiza a estrutura dos antibióticos b-lactâmicos, formando um aduto covalente com a Ser do sítio ativo da b-lactamase. Isso leva a um rearranjo que cria um derivado muito mais reativo, que depois é atacado por outro nucleófilo no sítio ativo, de modo a acilar e inativar a enzima irreversivelmente. A amoxicilina e o ácido clavulânico são combinados na formulação farmacêutica amplamente usada e comercializada sob o nome de Calvulin. O ciclo da guerra química entre humanidade e bactérias continua sem tréguas. Foram encontradas linhagens de bactérias patogênicas resistentes tanto à amoxicilina quanto ao ácido clavulânico (refletindo mutações na b-lactamase que as tornam insensíveis ao ácido clavulânico). Prevê-se que o desenvolvimento de novos antibióticos venha a ser uma indústria em crescimento no futuro próximo
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 Já na inibição irreversível, a atividade enzimática é inativada definitivamente. Nesse tipo de inibição, a substância inibidora se une à enzima por ligações covalentes (mais estáveis), o que altera o grupo funcional da enzima necessário para sua atividade catalítica, tornando-a inativa de forma permanente. Um bom exemplo de inibidor irreversível é o íon cianeto (CN-), que se une à enzima citocromo oxidase, enzima muito importante no processo de respiração celular, levando à sua inativação definitiva. Com essa enzima inativada, a célula deixa de realizar a respiração e morre.
Existem muitos tratamentos terapêuticos que se baseiam na inibição enzimática. Vários antibióticos combatem infecções por bactérias através da inibição irreversível de enzimas desses microrganismos. A penicilina, por exemplo, inibe a atividade da enzima transpeptidase, indispensável à formação da parede celular bacteriana. Com a inativação dessa enzima, a bactéria não tem como fabricar a parede celular, o que impede a sua reprodução. As células animais, por sua vez, não utilizam essa enzima em seu metabolismo, por isso, a penicilina não causa mal ao organismo humano (exceto em situações de alergia).
Outro exemplo é o tratamento da AIDS, que inclui medicamentos inibidores das proteases, enzimas responsáveis pela produção de novos vírus.
IMPORTANTE
Inibidores enzimáticos: Estão entre os agentes farmacêuticos mais importantes. Por exemplo, a aspirina (acetilsalicilato) inibe a enzima que catalisa a primeira etapa na síntese de prostaglandinas, compostos envolvidos em muitos processos, muitos dos quais produzem dor. Além disso, os inibidores são utilizados como insumos farmacêuticos para combate de várias enfermidades, desde uma cefaleia à infecção por HIV.
· PENICILINA: Interfere na síntese de peptídeoglicanos da parede celular bacteriana, inibindo a reação transpeptidase. Tal mecanismo ocorre pela substituição do segmento D-Ala-D-Ala do peptideoglicano pelo anel β-lactam, altamente reativo que, ao se ligar à enzima, promove inibição irreversível. Algumas bactérias patogênicas desenvolveram a expressão de β-lactamase, devido ao uso indiscriminado de antibióticos. Essas enzimas clivam o β-lactam da penicilina, os inativando e permitindo a síntese dos peptideoglicanos.
· MEDICAMENTOS ANTI-HIV: O ciclo do vírus possui três enzimas-alvo das medicações: a transcriptase reversa, a integrase e a aspartilprotease. Há vários inibidores de proteases do HIV, que possuem estruturas semelhantes com cadeia principal contendo grupo hidroxila posicionado próximo a ramificações contendo grupos benzil. Essas moléculas se ligam à superfície enzimática, possibilitando uma ligação total. 
Quimiotripsina: Protease catalisadora da clivagem hidrolítica de ligações peptídicas, produzida pelo pâncreas.
Lisozima: Enzima que atua como agente antibacteriano natural, encontrada nas lágrimas e nas claras de ovos. O substrato para essa enzima é o peptideoglicano presente nas paredes celulares de bactérias. A enzima cliva a ligação glicosídica (C-O) entre dois resíduos carboidratos da molécula, por meio dos aminoácidos Glu e Asp no sítio ativo. A reação é uma substituição nucleofílica.
4 - Compreender a fisiopatologia da fenilcetonúria
SINTOMAS:
· caracterizado por atraso global do desenvolvimento neuropsicomotor (DNPM), deficiência mental, comportamento agitado ou padrão autista, convulsões, alterações eletroencefalográficas e odor característico na urina
· O tratamento consiste basicamente em uma dieta com baixo teor de FAL, mantendo-se o monitoramento em níveis adequados deste aminoácido para permitir o crescimento e desenvolvimento normais do indivíduo. A instituição de uma dieta isenta de FAL causaria um dano ainda maior do que a Fenilcetonúria propriamente dita, ou seja, a Síndrome da Deficiência de Fenilalanina, que é caracterizada por eczema grave, prostração, ganho de peso insuficiente, desnutrição, além de deficiência mental e crises convulsivas.
· São proibidos alimentos que contenham o adoçante aspartame na sua formulação. Com esta preocupação, a ANVISA fez um trabalho com a indústria alimentícia e publicou uma Tabela de Composição de Fenilalanina em Alimentos, com mais de 600 itens, possibilitando ampliar a variedade de alimentos consumidos e melhorar a qualidade de vida dos fenilcetonúricos.
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5 - Conhecer o teste do pezinho