AULA 5 - ENZIMAS

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO 
UNEC / EAD DISCIPLINA: BIOQUÍMICA 
 
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ENZIMAS 
A célula viva é o local de muita atividade bioquímica chamada metabolismo. 
Este é o processo de mudança química e física que ocorre continuamente no orga-
nismo vivo. Essas mudanças incluem o acúmulo de novos tecidos, substituição de 
tecidos antigos, conversão de alimentos em energia, eliminação de resíduos, repro-
dução, etc. - todas as atividades que caracterizamos como "vida". 
Essa construção e destruição ocorrem em face de um aparente paradoxo. A 
grande maioria dessas reações bioquímicas não ocorre espontaneamente. O fenô-
meno da catálise torna possíveis as reações bioquímicas necessárias para todos os 
processos vitais. A catálise é definida como a aceleração de uma reação química por 
alguma substância que não sofre nenhuma alteração química permanente. Os catali-
sadores das reações bioquímicas são enzimas e são responsáveis por realizar quase 
todas as reações químicas nos organismos vivos. Sem enzimas, essas reações ocor-
rem a uma taxa muito lenta para o ritmo do metabolismo. 
A maioria das enzimas são proteínas, embora algumas sejam moléculas de 
RNA catalíticas. As moléculas de RNA catalítico são chamadas de ribozimas. As en-
zimas são compostas de alto peso molecular constituídos principalmente por ca-
deias de aminoácidos unidas por ligações peptídicas (Figura 1). As enzimas podem 
ser desnaturadas e precipitadas com sais, solventes e outros reagentes. 
 
Figura 1 – Ligação peptídica. Essa ligação é estabelecida entre o grupo α–carboxil de um aminoácido 
e o grupo α–amino do outro. 
Muitas enzimas requerem a presença de outros compostos - cofatores - antes 
que sua atividade catalítica possa ser exercida. Todo esse complexo ativo é denomi-
nado holoenzima; isto é, apoenzima (porção de proteína) mais o (s) cofator (es) (co-
enzima, grupo protético ou ativador de íon metálico). 
 
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O cofator pode ser: 
1. Uma coenzima - uma substância orgânica não proteica que é dialisável, ter-
moestável e fracamente ligada à parte da proteína. 
2. Um grupo prostético - uma substância orgânica que é dialisável e termoes-
tável que está firmemente ligada à proteína ou porção apoenzima. 
3. Um ativador de íons metálicos - inclui K +, Fe2 +, Fe3 +, Cu2 +, Co2+, Zn2+, 
Mn2+, Mg2+, Ca2+ e Mo3+. 
 
ESPECIFICIDADE DE ENZIMAS 
Uma das propriedades das enzimas é a especificidade que exibem em relação 
às reações que catalisam. Algumas enzimas exibem especificidade absoluta; isto é, 
eles irão catalisar apenas uma reação particular. Outras enzimas serão específicas 
para um tipo particular de ligação química ou grupo funcional. 
Em geral, existem quatro tipos distintos de especificidade: 
1. Especificidade absoluta - a enzima catalisará apenas uma reação. 
2. Especificidade de grupo - a enzima atuará apenas em moléculas que possuem gru-
pos funcionais específicos, como grupos amino, fosfato e metila. 
3. Especificidade de ligação - a enzima atuará em um tipo particular de ligação quí-
mica, independentemente do resto da estrutura molecular. 
4. Especificidade estereoquímica - a enzima atuará em um isômero estérico ou óptico 
particular. 
Embora as enzimas exibam grandes graus de especificidade, os cofatores po-
dem servir a muitas apoenzimas. Por exemplo, o dinucleotídeo nicotinamida adenina 
(NAD) é uma coenzima para um grande número de reações de desidrogenase nas 
quais atua como um aceptor de hidrogênio. Entre elas estão as reações de álcool 
desidrogenase, malato desidrogenase e lactato desidrogenase. 
 
NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO 
Exceto por algumas das enzimas originalmente estudadas, como pepsina, re-
nina e tripsina, a maioria dos nomes de enzimas termina em “ase”. A União Internaci-
onal de Bioquímica (I.U.B.) iniciou padrões de nomenclatura de enzimas que reco-
mendavam que os nomes das enzimas indicassem o substrato sobre o qual atuou e 
o tipo de reação catalisada. Nesse sistema, a enzima uricase é chamada de urato: O2 
 
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oxidoredutase, enquanto a enzima glutâmica oxaloacética transaminase (GOT) é cha-
mada de L-aspartato: 2-oxoglutarato aminotransferase. 
A nomenclatura da enzima é incorporada a muitos outros recursos, incluindo 
os bancos de dados de bioinformática ExPASy-ENZYME, BRENDA e KEGG. 
O número de comissão enzimática (EC) é um identificador de quatro compo-
nentes que classifica uma enzima de acordo com a classe, subclasse, subclasse e o 
componente final sendo um número de série dentro dessa subclasse. As classes EC 
estão atualmente listadas como: 
1. Oxidorredutases - A esta classe pertence todas as enzimas que catalisam 
reações de redução de oxidação. O substrato que é oxidado é considerado doador de 
hidrogênio. 
2. Transferases - Transferases são enzimas que transferem um grupo, por ex. 
um grupo metil ou um grupo glicosil, de um composto (geralmente considerado como 
doador) para outro composto (geralmente considerado como aceitador). 
3. Hidrolases - Essas enzimas catalisam a clivagem hidrolítica de C-O, C-N, C-
C e algumas outras ligações, incluindo ligações de anidrido fosfórico. 
4. Liases - liases são enzimas que clivam C-C, C-O, C-N e outras ligações por 
eliminação, deixando ligações duplas ou anéis ou, inversamente, adicionando grupos 
a ligações duplas. 
5. Isomerases - Essas enzimas catalisam mudanças geométricas ou estruturais 
dentro de uma molécula. De acordo com o tipo de isomerismo, podem ser denomina-
das racemases, epimerases, cis-trans-isomerases, isomerases, tautomerases, muta-
ses ou cicloisomerases. 
6. Ligases - Ligases são enzimas que catalisam a união de duas moléculas 
acopladas com a hidrólise de uma ligação difosfato em ATP ou um trifosfato seme-
lhante. 
7. Translocases - Catalisar a translocação de íons hidrogênio, cátions e ânions 
inorgânicos, aminoácidos, carboidratos ou outros compostos. 
 
REAÇÕES ENZIMÁTICAS BÁSICAS 
As enzimas são catalisadores que aumentam a velocidade de uma reação quí-
mica sem que sofram qualquer alteração química permanente. Eles não são usados 
na reação nem aparecem como produtos da reação. 
 
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A reação enzimática básica pode ser representada da seguinte forma: 
S + E → P + E 
Onde E, representa a enzima que catalisa a reação; S, o substrato, a substân-
cia sendo modificada; e P, o produto da reação. 
 
O COMPLEXO DE SUBSTRATO ENZIMÁTICO 
Uma teoria para explicar a ação catalítica das enzimas foi proposta pelo quí-
mico sueco Savante Arrhenius em 1888. Ele propôs que o substrato e a enzima for-
mavam alguma substância intermediária conhecida como complexo enzima/substrato 
(ES). A reação pode ser representada como: 
S + E → ES 
S= Substrato; E = Enzima; ES = Complexo Enzima/Substrato. Se esta reação 
for combinada com a equação de reação original, os seguintes resultados: 
S + E → ES → P + E 
S = Substrato; E = Enzima; ES = Complexo Enzima/Substrato; P = Produto. 
 
A existência de um complexo intermediário enzima-substrato foi demonstrada 
em laboratório, por exemplo, usando catalase e um derivado de peróxido de hidrogê-
nio. 
Na Universidade de Yale, Kurt G. Stern observou mudanças espectrais na ca-
talase à medida que a reação por ela catalisada prosseguia. Esta evidência experi-
mental indica que a enzima primeiro se liga ao substrato e então retorna à sua forma 
original após a conclusão da reação. 
 
EQUILÍBRIO QUÍMICO 
O estudo de um grande número de reações químicas revela que a maioria não 
chega a uma conclusão verdadeira. Isso também é verdadeiro para as reações cata-
lisadas enzimaticamente. Isso se deve à reversibilidade da maioria das reações. 
 
Em geral: 
 K + 1 
A + B → C + D (reação direta) 
 K-1 
 
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C + D → A + B (Reação Revese) 
K + 1 é a constante de taxa de reação direta e K-1 é a constante de taxa para 
a reação reversa. 
Combinar as duas reações dá: 
 K + 1 
A + B C + D 
 K-1 
A aplicação desta relação geral às reações enzimáticas permite a equação: 
 K + 1 K + 2 
E + S ES P + E 
 K-1 K-2 
O equilíbrio, uma condição de estado estacionário, é alcançado quando as ta-
xas de reação direta são iguais às taxas de retorno. Esta é a equação básica na qual 
a maioria dos estudos de atividade enzimática se baseia. 
 
NÍVEIS DE ENERGIA 
Os químicos sabem há quase um século que, para que a maioria das reações 
químicas prossiga, é necessária alguma forma de energia. Eles denominaram esta 
quantidade de energia, "a energia de ativação". É a magnitude da energia de ativação 
que determina a rapidez com que a reação ocorrerá. Acredita-se que as enzimas di-
minuam a energia de ativação da reação que estão catalisando (Figura 2). Acredita-
se que a enzima reduza o “caminho” da reação. Esse caminho encurtado exigiria me-
nos energia para cada molécula de substrato seja convertida em produto. 
 
Figura 3 – Demonstração da reação sem (linha vermelha) e com a presença da enzima (linha azul) 
 
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Dada uma quantidade total de energia disponível, mais moléculas de substrato 
seriam convertidas quando a enzima está presente (o “caminho” encurtado) do que 
quando ela está ausente. Portanto, diz que a reação é mais rápida em um determinado 
período de tempo. 
 
FATORES QUE AFETAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA 
O conhecimento da teoria cinética enzimática básica é importante para a aná-
lise enzimática, a fim de compreender o mecanismo enzimático básico e selecionar 
um método para a análise enzimática. As condições selecionadas para medir a ativi-
dade de uma enzima não seriam as mesmas selecionadas para medir a concentração 
de seu substrato. 
Vários fatores afetam a taxa na qual as reações enzimáticas ocorrem - concen-
tração de enzima, concentração de substrato, a presença de quaisquer inibidores ou 
ativadores, temperatura e pH. 
 
CONCENTRAÇÃO ENZIMÁTICA 
Para estudar o efeito do aumento da concentração da enzima sobre a veloci-
dade da reação, o substrato deve estar presente em quantidade excessiva; isto é, a 
reação deve ser independente da concentração de substrato. Qualquer alteração na 
quantidade de produto formado durante um período de tempo especificado dependerá 
do nível de enzima presente. Isso pode ser representado graficamente conforme indi-
cado na Figura 3. 
 
Figura 3 – Ordem zero, a razão da reação independe da concentração do substrato. 
 
 
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Essas reações são chamadas de “ordem zero” porque as taxas são indepen-
dentes da concentração de substrato e são iguais a alguma constante k. A formação 
do produto ocorre a uma taxa que é linear com o tempo. A adição de mais substrato 
não serve para aumentar a taxa. Em cinética de ordem zero, permitir que o ensaio 
seja executado por tempo duplo resulta no dobro da quantidade de produto. 
A quantidade de enzima presente em uma reação é medida pela atividade que 
ela catalisa. 
A relação entre atividade e concentração é afetada por muitos fatores, como 
temperatura, pH, etc. Um ensaio de enzima deve ser projetado de forma que a ativi-
dade observada seja proporcional à quantidade de enzima presente para que a con-
centração da enzima seja o único fator limitante. Ele é satisfeito apenas quando a 
reação é de ordem zero. 
Na Figura 4, a atividade é diretamente proporcional à concentração na área AB, 
mas não em BC. A atividade enzimática é geralmente maior quando a concentração 
de substrato não é limitante. 
 
Figura 4 – Atividade versus concentração 
Quando a concentração do produto de uma reação enzimática é representada 
graficamente em função do tempo, o resultado é uma curva semelhante (Figura 5). 
Entre A e B, a curva representa uma reação de ordem zero; ou seja, aquele em que a 
taxa é constante com o tempo. Um substrato é usado, os locais ativos da enzima não 
estão mais saturados, a concentração de substrato torna-se limitante da taxa e a rea-
ção torna-se de primeira ordem entre B e C. 
 
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Figura 5 – Limite da razão da reação por concentração de substrato. 
 
Para medir a atividade da enzima idealmente, as medições devem ser feitas 
naquela parte da curva onde a reação é de ordem zero. É mais provável que uma 
reação seja de ordem zero inicialmente, uma vez que a concentração de substrato é 
então mais alta. Para ter certeza de que uma reação é de ordem zero, várias medições 
da concentração do produto (ou substrato) devem ser feitas. 
A Figura 6 ilustra três tipos de reações que podem ser encontradas em ensaios 
enzimáticos e mostra os problemas que podem ser encontrados se apenas medições 
únicas forem feitas. 
 
Figura 6 - Reação inicial, retardada e linear. 
 
 
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B é uma linha reta que representa uma reação de ordem zero que permite a 
determinação precisa da atividade enzimática para parte ou todo o tempo de reação.A representa o tipo de reação que foi mostrado na Figura 5. Esta reação é de ordem 
zero inicialmente e depois diminui, provavelmente devido à exaustão do substrato ou 
inibição do produto. Esse tipo de reação às vezes é chamado de reação "principal". A 
verdadeira atividade “potencial” é representada pela linha pontilhada. A curva C re-
presenta uma reação com uma fase inicial de “lag”. Novamente, a linha pontilhada 
representa a atividade potencialmente mensurável. Múltiplas determinações da con-
centração do produto permitem que cada curva seja traçada e a verdadeira atividade 
determinada. Uma única determinação de ponto final em E levaria à falsa conclusão 
de que todas as três amostras tinham concentração de enzima idêntica. 
 
CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATO 
Foi demonstrado experimentalmente que se a quantidade da enzima for man-
tida constante e a concentração do substrato for gradualmente aumentada, a veloci-
dade da reação aumentará até atingir o máximo. Após este ponto, aumentos na con-
centração de substrato não irão aumentar a velocidade (Δ Absorbância/Δ Tempo). 
Isso é representado graficamente na Figura 7. 
 
Figura 7 – Efeito da concentração do substrato. 
 
É teorizado que, quando essa velocidade máxima foi atingida, todas as enzimas 
disponíveis foram convertidas em ES, o complexo enzima/substrato. Este ponto no 
gráfico é designado Vmáx. Usando essa velocidade e equação máximas, Michaelis 
 
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desenvolveu um conjunto de expressões matemáticas para calcular a atividade enzi-
mática em termos de velocidade de reação a partir de dados laboratoriais mensurá-
veis. 
 
vt = a velocidade a qualquer momento 
[S] = a concentração de substrato neste momento 
Vmax = a velocidade mais alta sob este conjunto de condições experi-
mentais (pH, temperatura) 
Km = a constante de Michaelis para a enzima particular sendo investigada 
 
As constantes de Michaelis foram determinadas para muitas das enzimas co-
mumente usadas. O tamanho do Km nos diz várias coisas sobre uma determinada 
enzima. 
1. Um pequeno Km indica que a enzima requer apenas uma pequena quantidade de 
substrato para se tornar saturada. Consequentemente, a velocidade máxima é alcan-
çada em concentrações de substrato relativamente baixas. 
2. Um Km grande indica a necessidade de altas concentrações de substrato para atin-
gir a velocidade máxima de reação. 
3. O substrato com o Km mais baixo sobre o qual a enzima atua como um catalisador 
é frequentemente considerado o substrato natural da enzima, embora isso não seja 
verdade para todas as enzimas. 
 
EFEITOS DOS INIBIDORES NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA 
Os inibidores enzimáticos são substâncias que alteram a ação catalítica da en-
zima e, consequentemente, desaceleram ou, em alguns casos, param a catálise. Exis-
tem três tipos comuns de inibição enzimática - inibição competitiva, não competitiva e 
de substrato. 
A maioria das teorias sobre os mecanismos de inibição é baseada na existência 
do complexo enzima-substrato ES. Conforme mencionado anteriormente, a existência 
de estruturas ES temporárias foi verificada em laboratório. 
 
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A inibição competitiva ocorre quando o substrato e uma substância semelhante 
ao substrato são adicionados à enzima. Uma teoria chamada de “ajuste induzido” dos 
catalisadores enzimáticos pode ser usada para explicar por que ocorre a inibição (Fi-
gura 8). 
 
Figura 8 – Uma figura esquemática demonstrando uma inibição competitiva. 
Os inibidores não competitivos são considerados substâncias que, quando adi-
cionadas à enzima, alteram a enzima de tal forma que ela não pode mais aceitar o 
substrato. A inibição do substrato às vezes ocorre quando quantidades excessivas de 
substrato estão presentes. 
A Figura 9 mostra a velocidade de reação diminuindo após a velocidade má-
xima ter sido atingida. 
 
Figura 9 – O substrato tornando-se substrato 
Quantidades adicionais de substrato adicionadas à mistura de reação após este 
ponto realmente diminuem a taxa de reação. Acredita-se que isso se deva ao fato de 
que existem tantas moléculas de substrato competindo pelos sítios ativos nas super-
fícies da enzima que elas bloqueiam os sítios e evitam que qualquer outra molécula 
de substrato os ocupe. 
 
 
 
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EFEITOS DE TEMPERATURA 
Como a maioria das reações químicas, a taxa de uma reação catalisada por 
enzima aumenta à medida que a temperatura aumenta. Um aumento de dez graus 
centígrados na temperatura aumentará a atividade da maioria das enzimas em 50 a 
100%. Variações na temperatura de reação tão pequenas quanto 1 ou 2 graus podem 
introduzir mudanças de 10 a 20% nos resultados. No caso de reações enzimáticas, 
isso é complicado pelo fato de que muitas enzimas são adversamente afetadas por 
altas temperaturas. Conforme mostrado na Figura 10, a taxa de reação aumenta com 
a temperatura até um nível máximo, então diminui abruptamente com o aumento adi-
cional da temperatura. Como a maioria das enzimas animais rapidamente se torna 
desnaturada em temperaturas acima de 40 ° C, a maioria das determinações enzimá-
ticas são realizadas um pouco abaixo dessa temperatura. 
 
Figura 10 – O efeito da temperatura sobre as reações catalisadas por enzimas. 
 
Após um período de tempo, as enzimas serão desativadas mesmo em tempe-
raturas moderadas. O armazenamento de enzimas a 5 ° C ou menos é geralmente o 
mais adequado. Algumas enzimas perdem sua atividade quando congeladas. 
 
EFEITOS DO PH 
As enzimas são afetadas por mudanças no pH. O valor de pH mais favorável - 
o ponto onde a enzima é mais ativa - é conhecido como pH ótimo. Isso é ilustrado 
graficamente na Figura 11. 
 
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Figura 11 – Efeito do pH sobre as reações catalisadas por enzimas. 
 
Valores de pH extremamente altos ou baixos geralmente resultam na perda 
completa da atividade da maioria das enzimas. O pH também é um fator na estabili-
dade das enzimas. Tal como acontece com a atividade, para cada enzima existe tam-
bém uma região de estabilidade ótima de pH. O valor de pH ideal variará muito de 
uma enzima para outra. Esses parâmetros físicos (temperatura) e químicos (pH) de-
vem ser considerados e otimizados, para que uma reação enzimática seja precisa e 
reproduzível. 
 
APRIMORANDO CONCEITOS 
Eu li, agora vou fixar. 
 
Após a leitura, retire do texto as informações mais importantes. 
 
Esse é o seu RESUMO das ideias principais. 
PARA CONTINUAR SEUS ESTUDOS, POSTE NO ITEM “APRIMORANDO 
CONCEITOS – RESUMO 5”. 
 
BIBLIOGRAFIA 
Worthington, Biochemical Corporation. Introduction to enzymes. Disponível em: < 
https://www.worthington-biochem.com/introbiochem/default.html>,acessado em 25 
de junho, 2021. 
https://www.worthington-biochem.com/introbiochem/default.html