ENZIMAS MM

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ENZIMAS
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ENZIMAS
Introdução
Enzimas são catalisadores biológicos que aumentam a velocidade das reações.
Quase todas as reações no organismo são mediadas por enzimas.
Reações catalisadas por enzimas são altamente eficientes, sendo 103 a 108 vezes mais rápidas em comparação às reações não catalisadas.
Cada enzima é capaz de transformar de 100 a 10.000 moléculas de substrato em produto por segundo.
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ENZIMAS
 Estrutura das Enzimas:
Enzimas são proteínas ( PM).
Estrutura tridimensional característica
Proteínas Globulares.
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ENZIMAS
 Estrutura das Enzimas:
Porção Proteica
APOENZIMA
Grupo
Prostético
Íons metálicos
Moléculas orgânicas
Coenzimas
Cofator
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ENZIMAS
 Definição de termos
Grupo Prostético: 
composto químico 
pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas
parte não-protéica ligada a uma enzima e necessária para a catálise
Cofatores: geralmente são íons metálicos.
Cu2+, Fe3+ ou Zn2+ (dieta)
Coenzimas: são moléculas orgânicas.
Vitaminas (NAD+, FAD, coenzima A)
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ENZIMAS
 Definição de termos
Isoenzimas
Enzimas que catalisam a mesma reação (mesmo substrato e produto)
Diferem quanto:
estrutura molecular
propriedades químicas
locais de ação.
Exemplos:
LDH (lactato desidrogenase)
LDH1 - miocárdio
LDH2 - cérebro e rins
LDH3 e LDH4 - pulmão
LDH5 - fígado e músculo esquelético 
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ENZIMAS
 Definição de termos
Aplicação clínica das isoenzimas LDH:
confirmar infarto do miocárdio
diferenciar do infarto pulmonar
confirmar lesões hepáticas
infecções musculares
 
CK (creatino quinase)
CKMB - músc. cardíaco
CKMM - músc. esquelético
CKBB - cérebro
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ENZIMAS
 Definição de termos
Zimogênios (pró-enzimas): 
Precursores inativos de proteínas que precisam ser clivados em um ponto específico para dar origem a proteínas funcionais.
A síntese de zimogênios é essencial para o controle da atividade de certas enzimas.
Ex: Proteínas com função digestiva não podem se tornar ativas no citosol pois degradariam outras proteínas, desta forma a célula sintetiza essas proteínas em sua forma inativa (os zimogênios). 
Exemplos: tripsina
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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
Nomes arbitrários:
		* Tripsina e pepsina – proteases
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ENZIMAS 
Nomenclatura
Século XX -  quantidade de enzimas descritas 
Nomenclatura existente se tornou ineficaz
1955 - IUBMB - União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular - nome sistemático:
mais complexo
sem ambigüidades
baseado no mecanismo de reação
O sufixo “ase” é unido a uma descrição completa da reação catalisada
	(D-gliceraldeido 3-fosfato:NAD oxirredutase)
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ENZIMAS 
Nomenclatura
Atualmente a Enzyme Comission identifica cada enzima iniciando-as pelas letras EC seguido por um código numérico de quatro números separados por pontos.
Exemplo: EC 6.1.1.1 – Tirosina T-RNA ligase.
Cada enzima  código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de reação catalisada:
1° dígito – classe
2° dígito – subclasse
3° dígito - sub-subclasse
4° dígito - indica o substrato
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ENZIMAS 
Nomenclatura
glutationa redutase
EC 1.8.1.7
Oxidoreductases
Acting on a sulfur group of donors
With NAD(+) or NADP(+) as acceptor
Glutathione-disulfide reductase
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ENZIMAS 
Classificação
. Oxirredutases – Reações de oxidação/redução ou de transferência de elétrons entre 2 substratos
Exemplo: Lactato desidrogenase
Redução Ác. Pirúvico à Ác. lático
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ENZIMAS 
Classificação
2. Transferases - Transferência de grupos funcionais - grupos  H entre 2 substratos (amina, fosfato, acil, carboxil – Quinases e transaminases)
Exemplo: 
Serina Hidroxi-metil transferase 
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ENZIMAS 
Classificação
3. Hidrolases - Reações de Hidrólise (+ H2O). 
Exemplo: urease
Hidrólise da uréia em CO2 e NH3
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ENZIMAS 
Classificação
4. Liases – Adição ou remoção de grupos do substrato por mecanismo  hidrólise (H2O, NH4+, CO2).
Ex: Piruvato 
descarboxilase
Descarboxilação do Piruvato
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ENZIMAS 
Classificação
5. Isomerases – Epimerases
 Reações de interconvenção de isômeros, ópticos, geométricos ou de posição. 
Interconversão reversível de dihidroxiacetona fosfato e D-gliceraldeido-3-fosfato 
Exemplo: Triose Fosfato Isomerase
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ENZIMAS 
Classificação
6. Ligases – catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-existentes, sempre às custas de energia, ou seja com hidrólise da ligação pirofosfato na molécula de ATP – Sintetases.
Exemplo: Acetil-CoA + ATP + CO2  ADP + Pi + malonil-CoA
 (ligase - acetil-CoA carboxilase)
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ENZIMAS
Interação Enzima/Substrato
Especificidade das enzimas:
Enzimas são altamente específicas, catalisando somente um tipo de reação química.
A especificidade das enzimas é possibilitada por sua estrutura tridimensional.
proteínas globulares
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ENZIMAS
 Interação Enzima/Substrato
Sítio ativo
Nas células vivas as enzimas atuam como catalisadores: ligam-se a uma substância específica – substrato.
Substrato liga-se por interações não covalentes a uma pequena porção da enzima – sítio ativo.
Sítio ativo: Região da enzima que irá interagir com uma substância química específica (reagente), geralmente situada em uma fenda ou bolso da superfície da proteína e que consiste de certos aa importantes para a atividade enzimática.
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ENZIMAS
 Interação Enzima/Substrato
Teoria das colisões
As reações químicas acontecem quando ligações são quebradas ou formadas.
Para isto átomos, íons e moléculas devem colidir.
Todos os átomos, íons e moléculas estão em constante movimento e portanto colidindo constantemente.
A energia transferida pelas partículas na colisão pode desorganizar suas estruturas eletrônicas o suficiente para que as ligações químicas sejam quebradas ou novas ligações se formem.
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ENZIMAS
 Interação Enzima/Substrato
Teoria das colisões
A freqüência de colisões fornece energia suficiente para que a reação aconteça.
A enzima acelera a reação ao aumentar o número de moléculas que atingem o máximo nível de energia para que haja a catálise.
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ENZIMAS
 Interação Enzima/Substrato
Complexo enzima-substrato: 
Formado por ligações temporárias da enzima com o substrato, faz com que as colisões sejam eficientes e diminui a energia de ativação da reação.
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ENZIMAS
 Interação Enzima/Substrato
Energia de ativação:
Do mesmo modo que uma bola não consegue alcançar o topo de uma montanha se não rolar com energia suficiente até a mesma, uma reação não ocorre se as moléculas não possuírem energia suficiente para ultrapassar a barreira de energia de ativação. 
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ENZIMAS
 Interação Enzima/Substrato
Energia de ativação: Quantidade de energia requerida para romper a configuração eletrônica estável de qualquer molécula específica para que os elétrons possam ser reorganizados.
Energia de Ativação
∆G reação
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ENZIMAS
 Interação Enzima/Substrato
Energia de Ativaçao na presença de enzima
Energia de Ativação na ausência de enzima
∆G reação
Energia de Ativaçao na presença de enzima
Energia de Ativação na ausência de enzima
∆G reação
Não catalisada
Catalisada
Reagentes
Produtos
Energia do sistema (G)
Progresso da Reação
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ENZIMAS
 Interação Enzima/Substrato
Energia de ativação: quantidade de energia requerida para iniciar a reação
Velocidade da reação: depende da quantidade de energia ser suficiente para superar a barreira de energia do estado de transição
quanto menor a energia de ativação, mais moléculas apresentam energia suficiente para superar o estado de transição – velocidade mais rápida
Rota alternativa de reação: enzimas oferecem rotas alternativas de reação com menor energia de ativação
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ENZIMAS
 Interação Enzima/Substrato
Modelos que descrevem a interação Enzima/substrato:
 Chave-fechadura
 Encaixe ou ajuste induzido
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ENZIMAS
 Interação Enzima/Substrato 
Modelo Chave-fechadura
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ENZIMAS
 Interação Enzima/Substrato
Modelo Ajuste induzido:
Emil Fischer em 1894
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ENZIMAS
FATORES QUE INTERFEREM NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA:
Temperatura
pH
Concentração da enzima
Concentração do substrato
Inibidores enzimáticos
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ENZIMAS
FATORES QUE INTERFEREM NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA:
Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação, até se atingir a TEMPERATURA ÓTIMA. A partir dela, a atividade volta a diminuir, por desnaturação da molécula (que troca os arranjos dos aminoácidos no sítio ativo, alterando sua forma e causando a perda da atividade catalítica). 
Ex: a temp. ótima das bactérias que produzem doenças no corpo humano é de 35°C a 40 °C.
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ENZIMAS
FATORES QUE INTERFEREM NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA:
pH: Semelhante à temperatura; existe um pH ÓTIMO, onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima , em especial do sítio catalítico, é ideal para a catálise.
Extremos de pH podem levar à desnaturação da enzima, pois a estrutura da molécula proteica cataliticamente ativa depende do caráter iônico das cadeias laterais de aa.
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ENZIMAS
FATORES QUE INTERFEREM NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA:
Concentração de substrato: Quando a concentração de substrato é alta a velocidade máxima pode ser alcançada. Sob condições de concentração extremamente alta de substrato, a enzima fica saturada e um aumento adicional da concentração de substrato não afetará a velocidade da reação.
Concentração da enzima: Acontece o mesmo que com a concentração do substrato. Ou seja, não adianta aumentar mais a concentração da enzima se não há mais substrato para ela se ligar.
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ENZIMAS
FATORES QUE INTERFEREM NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Inibidores Enzimáticos: Os inibidores enzimáticos são compostos que podem diminuir a atividade de uma enzima. A inibição enzimática pode ser reversível ou irreversível. Existem 2 tipos principais de inibidores enzimáticos reversíveis.
Inibidores enzimáticos competitivos.
Inibidores enzimáticos não competitivos.
  
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ENZIMAS
FATORES QUE INTERFEREM NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Inibição Enzimática Competitiva – Reversível
 Quando o inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sítio de ligação do substrato. 
A forma e estrutura química do inibidor são similares a do substrato, mais ele não sofre qualquer reação para formar produtos.
	O efeito é revertido aumentando-se a concentração de substrato. Este tipo de inibição depende das concentrações de substrato e de inibidor.
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ENZIMAS
 Inibição Enzimática Competitiva – Reversível
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ENZIMAS
FATORES QUE INTERFEREM NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Inibição Enzimática Não-Competitiva – Reversível
Inibição alostérica
Quando o inibidor liga-se à enzima em outro sítio próprio de ligação (sitio alostérico), podendo estar ligado à mesma ao mesmo tempo que o substrato.
Como resultado a atividade enzimática é reduzida. 
Este efeito pode ser reversível ou irreversível dependendo se o sítio ativo pode voltar a sua forma original. 
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ENZIMAS
Inibição Enzimática Não-Competitiva – Reversível
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ENZIMAS
FATORES QUE INTERFEREM NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Inibição Enzimática Irreversível
Quando há modificação covalente e definitiva no sítio ativo da enzima.
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ENZIMAS
Localização das Enzimas
Tecidos ou Células:
Uniloculares:
Biloculares:
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ENZIMAS
Localização das Enzimas
Secreções:
Amilase – pâncreas
Lipase – gls. Salivares
Plasma:
Protrombina – mec. de coagulação
Ceruloplasmina – transporte de cobre
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ENZIMAS
Localização das Enzimas
Nenhuma enzima é exclusiva de algum órgão.
Podem ser características ou típicas de um determinado órgão.
Ex: amilase – característica do pâncreas, mas também presente fígado.
Exceção: fosfatase ácida prostática – exclusiva câncer de próstata.
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ENZIMAS
Enzimologia Clínica
LDH 
LD1 – miocárdio
LD5 – fígado – músc. esquelético
CK 
MB – miocárdio
MM – muscular
Enzimograma cardíaco:
 LD1 - CKMB - GOT
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ENZIMAS
Enzimologia Clínica
Enzimograma hepático:
 GOT – GTP - GT – GLDH – fosfatase alcalina
GTP  GOT – hepatite viral (lesão periférica da célula)
GOT  GTP – tumor hepático, cirrose (lesão interior da célula) ou infarto miocárdio (coração + rico em GOT)