Enzimas: Proteínas Catalisadoras

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Enzimas
- São proteínas especializadas: aceleram as reações químicas 
(catalisadores).
- As enzimas são catalisadores das reações químicas nos 
sistemas biológicos
- Apresentam grande eficiência catalítica: aceleram a reação 
em 109 a 1012 vezes (10.000.000.000 !!!).
- Apresentam elevado grau de especificidade por seus 
substratos
- Não afetam o equilíbrio da reação, mas apenas aumentam a 
velocidade com que a reação ocorre.
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ENZIMAS: são proteínas
Exceção: recentemente foi descoberto que alguns RNAs (ácidos 
ribonucléicos) apresentam atividade catalítica. Esses RNAs 
foram denominados de RIBOZIMAS. 
- Como proteínas, as enzimas apresentam uma estrutura primária 
(seqüência de aminoácidos), estrutura secundária (α hélices e 
folhas β), estrutura terciária e estrutura quaternária.
Sítio 
ativo
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COFATORES E COENZIMAS
• Cofatores são moléculas orgânicas ou inorgânicas que podem ser 
necessárias para a função de uma enzima.
- íons inorgânicos (Mg, Mn, Zn, Cu, K, Se)
-Coenzimas: cofatores orgânicos complexos (derivadas de vitaminas). 
Ex.:
• Os cofatores/ coenzimas podem estar ligados:
- Permanentemente à molécula da enzima 
- Transitoriamente, somente no momento da catálise
• Muitas enzimas não necessitam de cofatores ou coenzimas para serem 
ativas. Outras necessitam da presença de ambos para que ocorra a 
catálise enzimática. 
• APOENZIMA: A fração protéica de uma enzima, na ausência do seu 
cofator ou coenzima. 
• HOLOENZIMA: Enzima + cofator e/ou coenzima. 
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COFATORES E COENZIMAS
Porção protéica
APOENZIMA Cofator
HOLOENZIMA
Cofator
Coenzima
Grupamento 
prostético
Moléculas orgânicas ou inorgânicas que condicionam a 
atividade das enzimas
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Algumas enzimas que contém ou necessitam de elementos inorgânicos 
como cofatores: 
Exemplos:
Hexoquinase....................................................................................magnésio 
Superóxido dismutase mitocondrial........................................manganês
Anidrase carbônica, álcool desidrogenase....................................zinco
Catalase...............................................................................................heme
Citocromo oxidase.............................................................................cobre
Urease..................................................................................................níquel
COFATORES E COENZIMAS
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COFATORES E COENZIMAS
Anidrase carbônica
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• Cofatores orgânicos
• Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis
• Classificam-se em:
– transportadoras de hidrogênio
– transportadoras de grupos químicos
COFATORES E COENZIMAS
Coenzima Abreviatura Reação
catalisada
Origem
Nicotinamida adenina
dinucleotídio
NAD+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Nicotinamida adenina
dinucleotídio fosfato
NADP+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Flavina adenina
dinucleotídio
FAD Oxi-redução Riboflavina ou
Vitamina B2
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Coenzima Abrev. Reação catalisada Origem
Coenzima A CoA-SH Transferência de
grupo acil
Pantotenato ou
Vitamina B5
Biotina Transferência de
CO2
Biotina ou
Vitamina H
Piridoxal fosfato PyF Transferência de
grupo amino
Piridoxina ou
Vitamina B6
Metilcobalamina Transferência de
unidades de carbono
Cobalamina ou
Vitamina B12
Tetrahidrofolato THF Transferência de
unidades de carbono
Ácido fólico
Tiamina
pirofosfato
TPP Transferência de
grupo aldeído
Tiamina ou
Vitamina B1
Grupo Acil Grupo Aldeído
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• Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática: 
- NOME RECOMENDADO: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com 
enzimas. Utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Exs: sacarase, lactase, 
protease, lipase, urease, hexoquinase, peptidase.
• NOME SISTEMÁTICO: Mais complexo, fornece informações precisas sobre a 
função metabólica da enzima. 
• Exemplo 1: ATP-glicose-fosfo-transferase
Glicose + ATP glicose-6-fosfato + ADP + Pi 
Exemplo 2: ATP-creatina fosfotransferase
ATP + Creatina ADP + Pi + Fosfocreatina 
• NOME USUAL : Consagrados pelo uso e denominados de acordo com a sua fonte ou
função da enzima. 
• Exs: tripsina (grego tryein = corroer) 
• Pepsina (grego pepsis = digestão)
• Lisozima: “lisa” (quebra) as paredes bacterianas. 
NOMENCLATURA DAS ENZIMAS
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Catalisam reações em que dois grupos químicos são unidos utilizando 
energia fornecida pelo ATP.Ligases6.
Catalisam uma variedade de rearranjos moleculares (reações de 
isomerização): do tipo L para D, reações de mutação (troca de 
grupos químicos) entre outras.
Isomerases5.
Adicionam grupos químicos como água, amônia ou dióxido de carbono a 
duplas ligações, ou removem estes elementos para produzirem duplas 
ligações.
Liases4.
Adicionam água a uma ligação, hidrolizando-a.Hidrolases3.
Transferem grupos químicos funcionais entre moléculas doadoras e 
moléculas aceptoras. Transferases2.
Catalisam reações de óxido-redução. Agem em muitos grupos 
químicos, adicionando ou removendo hidrogênio.Oxidoredutases1.
Propriedades BioquímicasClassificaçãoNúmero
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
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• 1. Oxidorredutases – catalisam reações de óxido redução
• 2. Transferases: catalisam reações de transferência de grupos 
químicos
Ex. hexoquinase: transfere grupos fosfato do ATP para a glicose
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3. Hidrolases – catalisa reações de hidrólise através da adição de uma 
molécula de água.
• 4. Liases: adição de grupos químicos (água, amônia, CO2, etc) removendo 
duplas ligações ou formando de duplas ligações
Glicose Frutose
Sacarose
Enzima sacarase
Dupla 
ligação
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5. Isomerases: rearranjos intramoleculares. 
Ex.: A triosefosfato isomerase transferiu o grupo fosfato do carbono 1 da 
diidroxiacetona fosfato para o carbono 3 da mesma molécula, formando 
gliceraldeído
6. Ligases:
Catalisa reações de condensação 
com hidrólise de ATP. Ex.: piruvato 
carboxilase
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Como as Enzimas Atuam
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A velocidade das reações pode ser aumentada:
- Aumentando o número de moléculas em solução – aumentando a 
concentração dos reagentes
- Elevando a temperatura: o que aumenta o número de moléculas no 
estado reativo ou ESTADO DE TRANSIÇÃO
- Diminuindo a energia de ativação das moléculas - ENZIMAS
2 A B + C
∆Gsem enzima
∆Gcom enzima
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Como as Enzimas Atuam
Esquema de uma reação química:
Para que uma reação química ocorra é necessário:
- Que as moléculas em solução colidam
- Essa colisão deve ter uma orientação apropriada
- Na colisão as moléculas devem adquirir uma energia – ENERGIA DE 
ATIVAÇÃO - necessária para atingirem um estado reativo ou ESTADO 
DE TRANSIÇÃO.
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Como a enzima diminui a energia de ativação e aumenta a velocidade da 
reação:
1. através da redução da entropia (expressão termodinâmica, ∆S, que define 
a extensão da desordem num sistema). 
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ESPECIFICIDADE DAS ENZIMAS
• As enzimas apresentam graus variados de especificidade. 
• Quase sempre catalisam um só tipo de substrato ou um grupo 
muito reduzido deles. 
• O substrato liga-se numa região muito específica da enzima – o 
SÍTIO ATIVO ou CENTRO ATIVO.
• O substrato liga-se às CADEIAS LATERAIS DOS 
AMINOÁCIDOS QUE FORMAM O SÍTIO ATIVO através de 
interações fracas do tipo: pontes de hidrogênio, interações 
iônicas, interações hidrofóbicas e forças de van der Waals.
• É importante que as ligações entre enzima e substrato sejam 
fracas para que o complexo ES possa se desfazer liberando o 
produto. Se as ligações fossem muito fortes não haveria 
liberação do produto.
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• A especificidade varia conforme a enzima
– Há enzimas que reconhecem como substrato qualquer açúcar de seis 
carbonos, outras só reconhecem um desses açúcares:a glicose.
– As enzimas proteolíticas são específicas para a hidrólise de 
proteínas, não reconhecendo lipídios e carboidratos.
• PEPSINA: protease do suco gástrico que hidrolisa ligações 
peptídicas somente de aminoácidos aromáticos (triptofano, 
fenilalanina e tirosina)
• TRIPSINA: reconhece apenas as ligações peptídicas formadas 
entre arginina e lisina.
• Outras proteases estomacais, menos específicas, reconhecem e 
hidrolisam qualquer ligação peptídica
ESPECIFICIDADE DAS ENZIMAS
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Enzima e seu 
substrato
Enzima ligada 
ao substrato
Enzima livre e 
produto
ESPECIFICIDADE DAS ENZIMAS
Cadeias 
laterais dos 
aminoácidos 
do sítio ativo 
da enzima
substrato
Enzima
A enzima livre 
está pronta 
para se ligar a 
outro 
substrato e 
reiniciar a 
catálise
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Acetilcolina
Acetilcolinesterase
acetato colina
ESPECIFICIDADE DAS ENZIMAS
Serina
Histidina
glutamina
Sítio ativo da
acetilcolinesterase
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• O diagrama anterior exemplifica como ocorre a ligação de um substrato com as 
cadeias laterais do sítio ativo da enzima e a hidrólise da acetilcolina em colina e 
acetato, pela enzima colinesterase.
• A acetilcolina é um neurotransmissor muito relevante, entre outras coisas, para a 
memória.
• Após ser eliminada nas sinapses e exercer sua função, a acetilcolina deve ser 
rapidamente eliminada e isso acontece através da enzima acetilcolinesterase. 
• Observe que o sítio ativo da colinesterase tem três aminoácidos: serina, histidina 
e glutamina
• A serina reconhece o grupo acil (-C- COO) da acetilcolina. A serina é acetilada e a 
colina abandona o grupo; em seguida o acetato é liberado, deixando a enzima livre 
para uma nova reação.
ESPECIFICIDADE DAS ENZIMAS
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• Modelo do Ajuste Induzido: prevê um sítio ativo não totalmente pré-formado, 
mas sim moldável à molécula do substrato; a enzima se ajustaria à molécula do 
substrato na sua presença. 
MODELOS DE LIGAÇÃO ENZIMA-SUBSTRATO
Alguns modelos procuram explicar o encaixe entre enzima e substrato:
• Modelo Chave-Fechadura: prevê um encaixe perfeito do substrato (chave) no 
sítio ativo da enzima, que seria rígido como uma fechadura – modelo menos aceito 
atualmente.
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• Modelo do ajuste induzido com torção do substrato: evidências 
experimentais sugerem um terceiro modelo que combina o ajuste 
induzido a uma "torção" da molécula do substrato, que o "ativaria" e o 
prepararia para a sua transformação em produto - modelo mais aceito 
atualmente. 
MODELOS DE LIGAÇÃO ENZIMA-SUBSTRATO
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(a) o sítio ativo da enzima tem uma conformação espacial específica
(b) a ligação com o substrato ajusta a conformação enzimática, 
tornando-a ideal para a catálise
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
É o estudo das velocidades das reações catalisadas enzimaticamente e dos 
fatores que afetam essas velocidades.
A velocidade de uma reação catalisada por uma enzima é afetada por vários 
fatores: 
1. Concentração das enzimas [E]
2. Concentração do substrato [S].
3. pH
4. Temperatura
5. Presença de Inibidores
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A função de uma enzima pode ser afetada por qualquer agente que altere
sua conformação estrutural (sua forma nativa). Isto torna a atividade da enzima 
dependente das características do meio, principalmente pH e TEMPERATURA. 
1. INFLUÊNCIA DO pH: Enzimas possuem na sua estrutura aminoácidos com grupos 
ionizáveis (COOH – carboxílico, NH2-amino, -SH–tiol) nas suas cadeias laterais. 
Dependendo do pH do meio, estes grupos podem apresentar carga elétrica 
positiva, negativa ou neutra. Como a conformação das proteínas depende, em 
parte, de suas cargas elétricas, haverá um pH no qual a conformação será a mais 
adequada para a atividade catalítica. Este é o pH ótimo. Afastando-se desse pH 
a atividade enzimática diminui.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
• O pH ótimo varia para enzimas diferentes.
• Em cada caso o pH ótimo representa o estado iônico ideal para a ligação 
da enzima com o substrato e o estado iônico correto para os 
aminoácidos envolvidos no evento catalítico.
pH ótimo
2,0 6,0 9,0
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2. INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA:
Em geral, aumentos na temperatura aumentam a velocidade das reações 
químicas: a cada 100C de aumento na temperatura a velocidade da reação duplica.
As reações catalisadas por enzimas seguem essa lei geral. No entanto, o
aumento da velocidade da reação acontece enquanto a enzima conservar sua 
estrutura nativa (ativa). 
Acima de 50oC-55oC a maioria das proteínas, inclusive as enzimas, sofrem 
desnaturação, com perda do poder de catálise.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
2. CONCENTRAÇÃO DA ENZIMA
A velocidade da reação enzimática é diretamente proporcional à
concentração da enzima, em uma concentração fixa do substrato. Ou seja, a 
elevação na concentração da enzima provoca aumento na velocidade da reação.
Mais moléculas 
de enzima pode 
reagir com o 
substrato, 
elevando assim a 
velocidade da 
reação
V
[E]
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2. CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO
Considerando a reação enzimática:
E + S <==> [ES] ==> E + P
Em uma concentração fixa de enzima e em uma concentração 
crescente de substrato, uma relação importante é observada:
- no início da reação, em uma baixa concentração de substrato, a 
velocidade da reação é diretamente proporcional à concentração do 
substrato: com um aumento na concentração do substrato há um 
aumento na velocidade da reação. 
-à medida que a concentração de substrato continua a AUMENTAR, a 
velocidade da reação vai DIMINUINDO
-em uma grande concentração do substrato, nenhuma mudança posterior 
na velocidade é observada, pois a reação já atingiu sua VELOCIDADE 
MÁXIMA. Como todas as enzimas estão ligadas ao substrato, não 
adianta colocar mais substrato pois isso não vai aumentar mais a
velocidade da reação.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
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• Cinética de Michaelis-Menten: 
Michaelis e Menten foram 2 pesquisadores que propuseram o modelo acima 
citado como modelo de reação enzimática para apenas um substrato. A partir 
deste modelo, estes pesquisadores criaram uma equação, que nos permite 
demonstrar como a velocidade de uma reação varia com a variação da 
concentração do substrato. Esta equação pode ser expressa graficamente, e 
representa o efeito da concentração de substrato sobre a velocidade de reação 
enzimática. 
CINÉTICA ENZIMÁTICA
�[S] � [E] = [ES]
���[S] � [ES] >>>> [E]
Vmáx
[S]
V
Vmáx/2
Km�[S] � [E] > [ES]
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Influência da Concentração de Substrato sobre a 
Atividade Enzimática
Em baixas concentrações de 
substrato a velocidade de reação é
de primeira ordem – isto é, é
proporcional a concentração de 
substrato
Em altas concentrações de 
substrato, a velocidade da reação 
é de ordem zero – isto é, é
constante e independente da 
concentração de substrato
V e
l o
c i
d a
d e
d a
 
r e
a ç
ã o
[S]
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A equação matemática que define a relação entre velocidade e [S] é a 
equação de Michaelis-Menten:
onde: Vo = velocidade inicial
Vmáx = velocidade máxima
[S] = concentração de substrato
Km = constante de Michaelis-Menten
O Km é definido como a Constante de Michaelis-Menten. O Km indica o a 
concentração de substrato [S] onde a velocidade da reação é a metade da 
velocidade máxima (Vmáx/2).
O Km de um substrato é específico para cada enzima, e nos fornece um 
parâmetro de especificidade deste substrato em relação à enzima. Quanto 
MENOR o Km, MAIOR a especificidade, e vice-versa. 
CINÉTICA ENZIMÁTICA
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• Por exemplo: A hexoquinase, uma enzima do metabolismo dos 
carboidratos, aceita dois açúcares como substrato: a glicose e a 
frutose.
• Porém, medindo-se a Vmáx da reação paraa glicose e calculando-se a 
concentração do substrato [S] onde a velocidade da reação é Vmáx/2, é
obtido um valor de 0,05 mM. Ou seja, é necessária uma concentração 
de 0,05mM de glicose para que a reação enzimática atinja metade da 
velocidade máxima (Vmáx/2). Esse ponto é chamado de KM – Constante 
de Michaelis-Menten.
• Para a frutose é observado um Km muito maior, 1,5 mM. Ou seja, a 
hexoquinase tem uma afinidade menor pela frutose.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
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Enzimas - Cinética enzimática
Km
Constante de Michaelis-Menten
Medida da afinidade do complexo 
enzima-substrato (ES)
Específico para cada 
enzima
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Cinética enzimática
Km = [S] = Vmáx/2
Numericamente, Km pode ser expresso como a 
[substrato] necessária para que a velocidade da 
reação seja metade da velocidade máxima
V máx
[S]
V
Vmax
2
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Conclusões sobre Km
Km
Afinidade da enzima pelo substrato
Pequena [substrato] é
necessária para a reação 
atingir metade da Vmáxima
Km
Grande [substrato] é
necessária para a reação 
atingir metade da Vmáxima
Afinidade da enzima pelo substrato
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Conclusões sobre Km
KmKm
Afinidade da 
enzima pelo 
substrato
Afinidade da 
enzima pelo 
substrato
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
TABELA: Valores de Km para algumas enzimas e seus substratos
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Cinética Enzimática
V e
l o
c i
d a
d e
d a
 
r e
a ç
ã o
[S]
Devido à ascensão 
gradual da curva 
hiperbólica é
difícil determinar 
quando foi atingida a 
Vmáx
Não se pode 
calcular com 
exatidão os valores 
de Km e Vmáx
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INIBIDORES ENZIMÁTICOS
• Inibidores enzimáticos são substâncias capazes de diminuir, ou inibir a atividade
enzimática.
• Os inibidores enzimáticos podem ser:
– Produzidos pela própria célula: inibição da atividade enzimática de algumas 
enzimas quando o produto não está sendo necessário naquele momento –
REGULAÇÃO ENZIMÁTICA.
– Substâncias estranhas à célula: venenos, medicamentos, inseticidas
• Muitos medicamentos baseiam-se nas propriedades de inibição de certas 
substâncias:
– Ex.: antibióticos: sulfonamidas - inibidores específicos de enzimas 
bacterianas que não ocorrem no hospedeiro
– Inseticidas: inibição de enzimas dos insetos
– Resíduos industriais: metais pesados que inibem a ação de muitas enzimas, 
causando toxidez � mercúrio
– Herbicidas
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INIBIDORES ENZIMÁTICOS
INIBIDORES
REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS
COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS INCOMPETITIVOS
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INIBIDORES ENZIMÁTICOS
Existem duas classes de inibidores enzimáticos: 1. os REVERSÍVEIS e os 
IRREVERSÍVEIS: Existem 2 tipos de inibidores reversíveis: Inibidor 
Competitivo e Inibidor Não-Competitivo.
1. INIBIÇÃO REVERSÍVEL
1.1. Inibidor competitivo (IC): concorre com o substrato pelo sítio ativo 
da enzima. Em geral, a reação não ocorre enquanto o inibidor (I) estiver 
ligado à enzima ou ocorre muito mais lentamente
- Os ICs são moléculas com estrutura química semelhante à do 
substrato (S).
-A inibição pode ser revertida pela adição de mais substrato.
Ex.: A inibição competitiva é utilizada para tratar terapeuticamente 
intoxicação por metanol: 
No fígado:
Metanol formaldeído (tóxico)
Aplicação de etanol intravenoso: em alta concentração o etanol compete 
com o metanol pelo sítio ativo da álcool-desidrogenase, deslocando o 
metanol e provocando a desintoxicação.
Álcool-
desidrogenase
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Várias drogas são inibidores competitivos.
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Inibidor Não-competitivo
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1.2. Inibidor não-competitivo(IN): aquele que se liga em um sítio 
diferente daquele do substrato.
-Não bloqueia a ligação do substrato à enzima
-Porém, altera a estrutura da enzima e, enquanto estiver ligado, 
impede a catálise enzimática.
INIBIDORES ENZIMÁTICOS
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1.2.1. Inibidor incompetitivo (II): também liga-se a um sítio diferente do 
sítio do substrato. Entretanto, o II só se liga após a formação do 
complexo ES (enzima substrato).
INIBIDORES ENZIMÁTICOS
Inibidor Incompetitivo
Complexo
ES
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Inibidor competitivo (IC) Inibidor incompetitivo
(II)
Inibidor não- competitivo (IN)
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2. INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL
Ocorre quando os inibidores ligam-se à enzima de forma 
definitiva, alterando a estrutura da enzima, inativando-a.
Costumam ser bastante inespecíficos, ligando-se a grupos 
funcionais das enzimas como grupos OH (hidroxila) ou –SH (tiol). 
Como esse grupos químicos são freqüentes na maioria das 
enzimas, esses inibidores são capazes de inativar qualquer 
enzima.
INIBIDORES ENZIMÁTICOS
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INIBIDORES ENZIMÁTICOS- Inibidores irreversíveis
Dor, febre, 
inflamação
Cicloxigenase
A cicloxigenase é uma enzima que responsável 
pela formação das protaglandinas, substãncias
responsáveis por provocar dor, febre e 
inflamação.
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Aspirina (ácido acetil salicílico)- liga-se de forma definitiva ao grupo OH da 
cicloxigenase, inativando esta enzima �diminuição da febre e dor
-Organofosforados tem ação inibitória sobre algumas enzimas, formando 
ligações covalentes alguns aminoácidos que formam as enzimas.
Ex: iodoacetamina: inibidor de proteases utilizado como larvicida. Liga-se aos 
grupos OH e –SH (tiol) das enzimas, inativando-as.