ED- Enzimas (Monitoria)

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UNINASSAU- CARUARU
Curso: Medicina- 1° período 2025.1
Disciplina: Bioquímica
Docente: Bárbara Virgínia
Monitora: Dayse Consuelo
Caro estudante: este material tem o objetivo de facilitar a compreensão do conteúdo e não devem ser utilizado como única fonte de estudo.
ENZIMAS: RESUMO
Todas as reações no metabolismo da célula são mediadas por enzimas, que são proteínas globulares catalizadoras*, agem aumentando a velocidade das reações sem sofrerem alterações, reduzindo a anergia de ativação necessária para a execução da reação. 
As enzimas são catalizadores proteicos que aumentam a velocidade de uma reação e NÃO são consumidas durante uma reação. Elas contêm uma região específica em forma de fenda, denominada de sítio ativo, nele há cadeias de aminoácidos que participam reação enzimática e da catálise. O substrato liga-se a enzima formando um complexo transitório, o enzima-substrato (ES). A Teoria Chave-Fechadura explica essa reação fazendo uma analogia, na qual o substrato reage com a enzima como uma chave é feita para uma determinada fechadura. Esse modelo está em desuso, pois o Modelo Encaixe Induzido explica que a enzima não é uma “forma pré-fabricada” para o substrato, e sim, no seu estado transitório o sítio ativo se molda ao substrato de forma induzida, por exemplo a partir na interação com cofatores enzimáticos, que facilitam o processo de catálise. Após o encaixe e a reação de catálise, a enzima converte o substrato em produto, liberando-o do sítio ativo.
Figura 1. Reação enzimática
As enzimas agem sobre seus substratos, transformando-os em produtos, de acordo com sua especificidade. Comandam assim todos os eventos metabólicos. A maioria das enzimas recebe o sufixo ASE + o nome do substrato ou da reação: glicosidase, lactato-desidrogenase. Quando ela precisa ser mais bem identificada, além do sufixo ASE recebe o nome sistemático que inclui a descrição completa da reação (lactato NAD+ oxidorredutase) nesta designação elas são divididas em 6 classes.
· Nota: Catálise*: é um processo químico que acelera reações químicas sem ser consumida. A substância que acelera a reação é chamada de catalisador.
Figura 2. Exemplo de enzima, tipo de reação realizada e produtos gerados.
. As enzimas são altamente especificas catalisando um tipo de reação, por exemplo: DNA polimerase: enzima responsável for unir nucleotídeos e formar o DNA, ATPase: enzima responsável por produzir a molécula de ATP (energia para a célula); lipase: enzima que quebra triglicerídeos. As enzimas produzidas pela célula determinam suas vias metabólicas. 
As enzimas se localizam em locais específicos dentro da célula (mitocôndrias, citosol, núcleo, lisossomo), isolando o substrato ou o produto de outras reações. A atividade da enzima pode ser regulada (ativada ou inibida) de acordo com a necessidade da célula. 
Para realizar sua atividade enzimática, algumas enzimas precisam de outra molécula, um componente não – proteico, denominado cofator para se tornar ativa, uma holoenzima. As enzimas na ausência do cofator estão na sua forma inativa, apoenzima, incapaz de interagir com o substrato e converter em produto. O cofator pode ser um íon inorgânico (Fe, Se, Mg, Zn), quando o cofator é de origem orgânica é denomina de coenzimas. As coenzimas são as vitaminas, que atuam auxiliando as enzimas no seu processo de interação com o substrato e conversão em produto.
Figura 3. Cofator e atividade enzimática
As O mecanismo de ação é por catalise (alterando a energia da reação) e por sítio ativo que facilita a catálise. Toda reação química tem uma barreira de energia para a conversão de substrato a produto, a energia livre de ativação. Para uma molécula A virar um produto B ela passa por um estado de transição. A enzima permite que a reação ocorra rapidamente oferecendo rotas alternativas com menor energia livre de ativação para transformação de substrato em produto. O sítio ativo cria um ambiente energeticamente favorável para facilitar a conversão de substrato em produto, reduzindo o gasto energético para execução da reação enzimática e acelerando o processo de conversão do substrato em produto. O sítio ativo fornece grupos catalíticos que aumentam a probabilidade do estado de transição se formar.
Figura 4. Comparação entre o gasto de energia em uma reação sem e com a ação das enzimas.
A atividade das enzimas na célula é influenciada por diferentes condições, tais como temperatura, pH, concentração do substrato e presença de inibidores. 
A velocidade de uma reação enzimática é medida pelo número de moléculas de substratos convertidos em produtos por tempo. Essa velocidade aumenta até o ponto de saturação, na qual a concentração do substrato preenche todos os sítios ativos, mantendo a velocidade constante até o final da catálise. A Cinética de Michaelles- Menten representa essa influência da concentração do substrato e sua relação com a velocidade da reação enzimática, apresentando um formato hiperbólico. O Km (constante de afinidade) medido de acordo com essa curva pode definir em valores a afinidade da sua enzima pelo substrato, dependendo do grau de inclinação da curva. As enzimas alostéricas não seguem esta cinética e apresentam curva sigmoide. Um Km baixo reflete alta afinidade da enzima pelo substrato. Um Km alto reflete baixa afinidade da enzima pelo substrato. O Gráfico de Lineweaver-Berk- e um gráfico em linha reta para calcular o Km e a Vmax e determinar o mecanismo de ação dos inibidores enzimáticos.
Figura 5. Cinética enzimática e efeito da concentração do substrato
A velocidade da reação aumenta com a temperatura, pois o aumento do grau de agitação das moléculas possibilitando a reação atravessar a barreira de energia e formar o produto (35° C a 40°C). Porém, uma elevação da temperatura acima de valor ótimos resulta em redução da velocidade, devido a desnaturação da enzima (temperatura maior do que 40°C). Uma correlação clínica importante dessa condição é a febre.
A concentração de íons H que alteram o pH do meio ou da solução influenciam a velocidade da reação, pois a quantidade de íon H no meio pode alterar a conformação de cargas dos grupos químicos da enzima e favorecer a desnaturação. A estrutura da molécula ativa depende do caráter iônico das cadeias de aminoácidos.	O pH ótimo difere de enzima para enzima, sendo o ponto no qual a enzima está em sua máxima atividade catalítica.
Qualquer substância que diminui a reação catalisada por uma enzima é chamada de inibidor. Essas moléculas são classificadas de acordo com a capacidade de reagir temporariamente com a enzima (inibidores reversíveis) e de forma irreversível (inibidores irreversíveis). Essas moléculas podem competir por ligações ao sítio ativo ou sítio alostérico, atrapalhando ou inibindo completamente a interação efetiva da enzima com o substrato. Os inibidores irreversíveis se ligam por meio de ligações covalentes. Os inibidores reversíveis se ligam a enzima por meio de ligações não covalentes e a dissolução desta ligação dissocia o inibidor e a enzima recupera a atividade. 
Existem dois tipos de inibição reversível: 
· Competitiva – quando o inibidor se liga ao mesmo sítio do substrato, competindo por este sítio. Seu efeito é revertido se aumentar a concentração de substrato. As estatinas são um exemplo de inibidor competitivo, eles inibem a síntese de colesterol diminuindo seus níveis plasmáticos. 
· Inibição não -competitiva- tem o efeito na velocidade máxima, pois o inibidor e o substrato ligam-se a sítios diferentes na mesma enzima impedindo que a reação ocorra. Assim, não pode ser superada pelo aumento do substrato e pela diminuição da velocidade máxima da reação. Estes inibidores formam ligações covalentes com grupos específicos da enzima. Ex: Alguns fármacos agem inibindo enzimas, antibióticos que agem inibindo a síntese da parede celular bacteriana ou agem inibindo reações intracelulares.
Figura 6. Tipos de mecanismos de inibição enzimática.
Enzimas alostéricas são enzimas reguladoras, elas possuem um sitio alostérico e um sítio catalítico. Nosítio alostérico se ligam moléculas reguladoras ou moduladoras ou efetoras. O efetor alostérico pode aumentar ou diminuir a atividade catalítica. A presença de um efetor alostérico pode alterar a atividade da enzima por seu substrato e/ou modificar a atividade catalítica. Quando o próprio substrato atua como efetor, o efeito é dito homotrópico. Geralmente, os substratos alostéricos são efetores positivos, o que significa que aumentam as propriedades de catalise de outros sítios. 
Quando o efetor é diferente do substrato, é dito efeito heterotrópico. Muitas enzimas podem ser reguladas por modificações covalentes, pela adição ou remoção de: fosfato, serina, treonina ou tirosina. Isso é a fosforilação da proteína e é a principal forma de regulação dos processos celulares. As reações de fosforilação são catalisadas pelas proteínas cinases que utilizam ATP para doar fosfato, dependendo da enzima fosforilada pode deixa-la mais ou menos ativa. As células também podem regular a quantidade enzimática alterando a velocidade de sua síntese ou degradação. As enzimas sujeitas a regulação são aquelas necessárias em um estágio específico ou em condições fisiológicas especiais. Já as enzimas utilizadas com frequência não são reguladas pela velocidade de síntese. pois essas alterações de indução e repressão são lentas, já as alterações de atividade enzimática alostéricas ou covalentes são rápidas (segundos a minutos).
O plasma, parte fluida e não celular é utilizado para avaliar a atividade enzimática de várias enzimas de interesse clínico. O aumento da concentração de algumas enzimas no plasma pode indicar uma lesão tecidual. Muitas doenças que causam lesão tecidual resultam no aumento da liberação de enzimas no plasma, podendo ser uma ferramenta para diagnosticar doenças. 
O nível de atividade enzimática no plasma está relacionado a lesão tecidual, como exemplo na isquemia e necrose de tecidos. Algumas enzimas apresentam alta especificidade em tecidos específicos, sendo um marcador biológico de diagnóstico. A presença delas no plasma reflete a lesão do tecido correspondente. Porem há enzimas de ampla distribuição tecidual que fornecem indicações menos especificas sobre o sitio da lesão celular limitando o diagnóstico. As isoenzimas são enzimas que catalisam a mesmo reação mesmo não tendo as mesmas propriedades físicas (sequência de aa diferentes). A CK2(MB) é um exemplo de enzima que pode ser usada para rastreio e diagnóstico. A CB-MB apresenta isoformas específicas do músculo cardíaco e são liberadas durante a morte celular no evento do infarto. São moléculas uteis para junto com o ECG e os sinais clínicos do paciente, são usadas no diagnóstico do infarto agudo do miocárdio. A CK2 é liberada na corrente sanguínea de 4 -8 horas após o infarto, atinge o pico 24 horas e retorna aos níveis 48 a 72 horas depois do infarto. Embora importantes por muito tempo no diagnóstico do infarto, hoje as proteínas 
troponina (T e I) cardíacas são consideradas padrão-ouro no diagnóstico do infarto, pois permanece elevada por 3-10 dias e são ainda mais preditivas.
Outros exemplos: 
· Enzima alanina-aminotransferase: enzima hepática envolvida na reação de gliconeogênese e formação de aminoácidos intermediários do ciclo da ureia.
· Enzima aspartato-aminotransferase: enzima hepática na reação de gliconeogênese, que participa da formação de aminoácidos e intermediários do ciclo de Krebs.
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA: Harvey, Denise R. Ferrier, Bioquímica ilustrada, 4ª Edição, 2009, Artmed, Porto Alegre, RS.
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Curso: Medicina- 1° período
Disciplina: Bioquímica
Docente: Bárbara Virgínia
Monitora: Dayse Consuelo
EXERCÍCIOS DE FIXAÇAO: ENZIMAS 
Caro estudante: este material tem o de facilitar a compreensão do conteúdo e não devem ser utilizado como única fonte de estudo.
1) O que são enzimas e qual sua função e importância metabólica?
2) O que é encaixe induzido? Explique como acontece.
3) Diferencie holoenzima de apoenzima.
4) O que é um co-fator, e uma co-enzima.e cite exemplos.
5) Como funcionam as enzimas?
6) Quais os fatores que afetam a atividade enzimática? De que forma afetam esta atividade?
7) Explique a relação entre a constante de Michaelis-Menten (Km) e a afinidade enzimática com o substrato.
8) Diferencie inibição competitiva de não-competitiva citando exemplos.
9) O que são enzimas alostéricas e qual o papel do efetor alosterico no processo de regulação enzimática? 
10) Qual a diferença de efetor homotropico e heterotropico?
11) Qual é a principal forma de regulação dos processos celulares? De que outra maneira a célula pode regular a atividade enzimática?
12) Comente sobre a relação entre as enzimas e processos patológicos, destacando o papel da CK MB, ALT e AST.
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