Aula_3_-_ENZIMAS

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Enzimas:
Visão Geral e Mecanismos de Ação
Professora Dsc. Marcela Gonçalves
Enzimas: Definição
São proteínas especializadas na catalise de reações biológicas, para síntese e degradação
Aceleram a velocidade de uma reação, sem participar dela como reagente ou produto, com alta eficiência
Aceleram de 109 a 1.012 vezes a velocidade da reação, transformando de 100 a 1.000 moléculas de substrato em produto, por minuto de reação
São extremamente específicas para a reação que catalisam
Enzimas: Definição
São sintetizadas por células vivas e atuam em quase todas as reações químicas do metabolismo dos organismos vivos 
Atuam em concentrações muito baixas e em condições suaves de temperatura e pH
Sendo ainda reguladores deste conjunto de reações 
Podem ter sua atividade regulada
Estão quase sempre dentro da célula e compartimentalizadas
Enzimas: Definição
Convertem uma substância, chamada de substrato, em outra denominada produto
Em geral, uma enzima catalisa um só tipo de reação química
Enzimas: Definição
Como são catalisadoras, as enzimas não são consumidas na reação e não alteram seu equilíbrio químico.
Presentes nos vários alimentos, atuando na hidrólise do material alimentício em compostos mais simples.
Ex.: as lipases que hidrolisam as gorduras em glicerol e ácidos graxos, e as amilases que hidrolisam amido em açúcares mais simples.
amilases
Enzimas: Definição
As enzimas, sendo proteínas globulares de diversos tamanhos, têm sua estrutura definida pelas estruturas primária, secundária, terciária e quaternária.
Citrato sintase
Ligase do DNA
Enzimas: Nomenclatura
Nome Recomendado: Usa o sufixo "ase" para caracterizar a enzima.
Ex: Urease, Hexoquinase, Peptidase
Nome Sistemático: Mais complexo, oferece a informação precisa sobre a função metabólica da enzima
Ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase
Nome Usual: Consagrado pelo uso
Ex: Tripsina, Pepsina (digere proteina), Ptialina (digere amido).
Enzimas: Classificação e Estrutura
Segundo a União Internacional de Bioquímica (IUB), são 6 classes:
Oxidorredutases: catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja, reações de oxiredução. São as desidrogenases e as oxidases. Se uma molécula se reduz, tem que haver outra que se oxide.
Transferases: catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais, como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Exemplos: As quinases e as transaminases
Enzimas: Classificação e Estrutura
Segundo a União Internacional de Bioquímica (IUB), são 6 classes:
Hidrolases: catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Exemplos: As peptidases.
Liases: catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. Exemplos: As dehidratases e as descarboxilases.
Enzimas: Classificação e Estrutura
Segundo a União Internacional de Bioquímica (IUB), são 6 classes:
Isomerases: catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. Exemplos: As epimerases.
Ligases: catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, sempre à custa de energia (ATP). Exemplos: as sintetases.
Enzimas: Classificação e Estrutura
Segundo a União Internacional de Bioquímica (IUB):
Enzimas: Especificidade
As enzimas são específicas, isto é, hidrolisam e/ou sintetizam um composto em particular.
Sua ação está limitada a ligações específicas dentro dos compostos com os quais exercem reação: SITIO ATIVO
Parte da enzima, que a difere da proteína, é capaz de se ligar a moléculas denominadas substrato formando o complexo enzima-substrato
E + S ↔ [ES] ↔ E + P
Enzimas: Teorias de Especificidade
Teoria da chave-fechadura (Emil Fischer): onde a chave (o substrato), deve-se ajustar à fechadura (a enzima), de modo que cada enzima aja sobre um número muito limitado de compostos.
Enzimas: Teorias de Especificidade
Modelo do Ajuste induzido: prevê um sitio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável a molécula do substrato; a enzima se ajustaria a molécula do substrato na sua presença.
Enzimas: Cofatores
Pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que podem ser necessárias para a função de uma enzima.
Compostos Inorgânicos: 
Enzimas: Coenzimas
Compostos Orgânicos: são normalmente grupos prostéticos, que estão intimamente ligados às enzimas a que eles prestam assistência. Se um cofator for orgânico, recebe o nome de COENZIMA.
Coenzimas: Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis, sendo classificado como transportadoras de H e transportadoras de grupos químicos
Enzimas: Coenzimas
Coenzimas:
B8
B9
Enzimas: Coenzimas
Coenzimas:
Enzimas: Coenzimas
Eles não estão ligados permanentemente a molécula da enzima mas, na ausência deles, a enzima é inativa.
 A fração proteica de uma enzima, na ausência do seu cofator, é chamada de Apoenzima.
Fração Proteica + Cofator = Holoenzima.
Enzima
Enzimas: Coenzimas
Podem atuar segundo 3 modelos:
Ligando-se a enzima com afinidade semelhante a do substrato;
Ligando-se covalentemente em local próximo ou no próprio sítio catalítico da apoenzima; 
Atuando de maneira intermediaria aos dois extremos acima citados.
Enzimas: Mecanismo de Ação
Atuam, principalmente:
Baixando a energia de ativação: através da criação de um ambiente no qual o estado de transição é estabilizado (por exemplo, distorcendo a forma da molécula do substrato)
Enzimas:
Regulação e Processos de Inibição 
Enzimas: Atividade das Enzimas
Fatores que afetam a atividade das enzimas
Temperatura: Maior velocidade da reação em uma temperatura ótima. A partir dela, a atividade volta a diminuir, por desnaturação da molécula
Enzimas: Atividade das Enzimas
Fatores que afetam a atividade das enzimas
pH: Existe um pH ótimo, onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sitio catalítico, é ideal para a catálise.
Enzimas: Atividade das Enzimas
Fatores que afetam a atividade das enzimas
Concentração do Substrato: Quanto maior for a concentração de substrato no meio, maior será a atividade enzimática, essa velocidade aumentará até atingir seu máximo, que é dado pela saturação de enzima no meio.
Enzimas: Inibição Enzimática
Algumas substâncias que podem inibir a atividade de enzimas, diminuindo-a ou eliminando-a totalmente
Quando um inibidor interage com uma determinada região da enzima, chamado de Sitio Regulatório, provoca uma alteração na sua conformação e uma desativação do Sitio Catalítico
A atividade enzimática, portanto, pode ser controlada, pelo organismo, através da liberação ou captação de inibidores.
Enzimas: Inibição Enzimática
A inibição enzimática pode ser: REVERSÍVEL ou IRREVERSÍVEL
Inibição Enzimática Reversível: é baseada na presença ou não de competição entre o inibidor e o substrato pelo centro ativo da enzima.
Inibidor Reversível Competitivo: compete com o substrato pelo centro ativo da enzima. Apresentam configuração semelhante ao substrato e por isso são capazes de se ligarem ao centro ativo da enzima. Eles produzem um complexo enzima-inibidor - semelhante ao complexo enzima-substrato.
Substrato
Inibidor
Enzimas: Inibição Enzimática
Inibição Enzimática Reversível:
Inibidor Reversível Não Competitivo: Não tem semelhança estrutural com o substrato de reação que inibem. A sua inibição se dá pela sua ligação a radicais que não pertencem ao grupo ativo. Esta ligação vai alterar a estrutura da enzima e inviabiliza a sua catálise.
Substrato
Inibidor
Enzimas: Inibição Enzimática
Inibição Enzimática Irreversível: se ligam as enzimas levando a inativação definitiva desta. Estes inibidores são muito tóxicos para o organismo já que não são específicos, sendo capazes de inativar qualquer enzima.
Inibidores Irreversíveis: O ácido cianídrico e grande número de pesticidas (como o DDT) intervêm na respiração. Estes inibidores são também designados venenos metabólicos.
Enzimas: Regulação Enzimática
Algumas enzimas podem ter suas atividadesreguladas, atuando assim como moduladoras do metabolismo celular
Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros processos metabólicos pela célula.
Além dos já citados para modulação da atividade enzimática (variação da concentração do substrato, ou por inibição enzimática) existem 2 modelos de regulação enzimáticos mais conhecidos:
Alostérica
 Covalente
Enzimas: Regulação Enzimática
Modulação Alostérica:
Ocorre nas enzimas que possuem um sitio de modulação, ou alostérico, onde se liga de forma não covalente um modulador alostérico que pode ser positivo (ativa a enzima) ou negativo (inibe a enzima)
Esta ligação induz a modificações conformacionais na estrutura espacial da enzima, modificando a afinidade desta para com os seus substratos.
Enzimas: Regulação Enzimática
Modulação Alostérica:
Um modelo muito comum de regulação alostérica é a inibição por "FEEDBACK", onde o próprio produto da reação atua como modulador da enzima que a catalisa.
Substrato
Inicial
Enzima 1
Enzima 2
Enzima 3
Enzima 4
Substratos Intermediários
Inibição por Feedback
Produto
Final
Enzimas: Regulação Enzimática
Modulação Covalente:
Ocorre quando há modificação da molécula da enzima, com conversão entre formas ativa/inativa. O processo ocorre principalmente por adição/remoção de grupamentos fosfato de resíduos específicos de serina
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CoenzimaAbreviaturaReação
catalisada
Origem
Nicotinamida adenina
dinucleotídio
NAD
+
Oxi-reduçãoNiacina ou
Vitamina B
3
Nicotinamida adenina
dinucleotídio fosfato
NADP
+
Oxi-redução
Niacina ou
Vitamina B
3
Flavina adenina
dinucleotídio
FADOxi-redução
Riboflavina ou
Vitamina B
2
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Coenzima Abrev. Reação catalisada Origem 
Coenzima A CoA-SH 
Transferência de 
grupo acil 
Pantotenato ou 
Vitamina B
5
 
Biotina 
Transferência de 
CO
2 
Biotina ou 
Vitamina H 
Piridoxal fosfato PyF 
Transferência de 
grupo amino 
Piridoxina ou 
Vitamina B
6 
 
Metilcobalamina 
Transferência de 
unidades de carbono 
Cobalamina ou 
Vitamina B
12 
Tetrahidrofolato THF 
Transferência de 
unidades de carbono 
Ácido fólico 
Tiamina 
pirofosfato 
TPP 
Transferência de 
grupo aldeído 
Tiamina ou 
Vitamina B
1
 
 
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