Enzimas_e_enzimologia

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Enzimas
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Conceitos Gerais e Funções
São proteínas especializadas na catálise de reações biológicas.
 
Extraordinária especificidade e poder catalítico
Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas.
Atuam como reguladoras de conjunto complexo de reações. 
São unidades funcionais do metabolismo celular.
 
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Nomeclatura
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: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc. 
 Nome Sistemático:
Mais complexo
Nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase 
 Nome Usual : Consagrados pelo uso; Exs: Tripsina, Pepsina, Ptialina.
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Classificação das Enzimas 
As enzimas podem ser classificadas de acordo com vários critérios. O mais importante foi estabelecido pela União Internacional de Bioquímica (IUB), e estabelece 6 classes: 
 Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. São as Desidrogenases e as Oxidases.
            Se uma molécula se reduz, tem que haver outra que se oxide.
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Transferases : Catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. 
Ex.: Quinases e as Transaminases. 
Hidrolases : Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: As peptidades. 
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Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. As Dehidratases e as Descarboxilases são bons exemplos. 
Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. As Epimerases são exemplos. 
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 Ligases: Catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, sempre às custas de energia (ATP). São as Sintetases. 
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Propriedades das Enzimas 
Aceleram em média 109 a 1012 vezes a velocidade da reação
100 a 1000 moléc. substrato transformadas em produto/min. reação. 
Atuam em concentrações muito baixas e em condições suaves de temperatura e pH. 
 São proteínas. 
Podem ter sua atividade regulada. 
Estão quase sempre dentro da célula
São compartimentalizadas. 
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Cofatores Enzimáticos e Coenzimas 
Cofatores são pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas necessárias para a função de uma enzima.  
Não estão ligados permanentemente à molécula da enzima mas, na ausência deles, a enzima é inativa. 
Enzima, na ausência do seu cofator, é chamada de apoenzima. 
Enzima + Cofator, chamamos de holoenzima 
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Cofator
Pode ser um metal
Ferro, Cobre ou Magnésio
Uma molécula orgânica firmemente ligada ao corpo da enzima, chamada grupo prostético ou
Um tipo especial de molécula de substrato conhecido como  coenzima. 
Podem ajudar na função catalítica como cofatores metálicos  e grupos prostéticos, ou
Tomam parte na reação enzimática, como fazem as coenzimas solúveis.
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Coenzimas
Quase sempre derivados de vitaminas, que atuam em conjunto com as enzimas. 
Podem atuar segundo 3 modelos: 
 Ligando-se à enzima com afinidade semelhante à do substrato. 
Ligando-se em local próximo ou no próprio sítio catalítico da apoenzima. 
Intermediária aos dois extremos acima citados. 
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Especificidade Substrato \ Enzima
Pode ser relativa a apenas um substrato ou a vários substratos ao mesmo tempo. 
Se deve à existência do sítio de ligação do substrato. 
Dado por um arranjo tridimensional especial dos aminoácidos de uma determinada região da molécula
geralmente complementar à molécula do substrato
ideal espacial e eletricamente para a ligação do mesmo. 
Capaz de reconhecer isômeros óticos "D" e "L" de um mesmo composto. 
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Sítio Ativo
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Modelos para explicar especificidade substrato/enzima: 
 Modelo Chave/Fechadura : encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, rígido como uma fechadura. 
No exemplo da figura ao lado, uma determinada região da proteína liga-se à tirosina fosfatada, que se adapta ao sítio ativo da enzima tal como uma chave faz a sua fechadura. 
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Ajuste Induzido que prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado
enzima se ajusta à molécula do substrato na sua presença. 
Modelos para explicar especificidade substrato/enzima: 
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Modelo de torção:
Combina o ajuste induzido a uma "torção" da molécula do substrato, que o "ativaria" e o prepararia para a sua transformação em produto. 
Modelos para explicar especificidade substrato/enzima: 
Isoenzimas
 Enzimas intracelulares
 Catalisam a mesma reação em diferentes tipos celulares
 Enzimas formadas por várias cadeias polipeptídicas permitindo diferentes associações
 Proteínas geneticamente diferentes
 Propriedades diferentes: Km e imunologia
 Aplicação na clínica médica
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Modulação e uso
Inibição enzimática
Regulação enzimática
Ampliação enzimática
Especificidade enzimática
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Inibição Enzimática
Quanto ao tipo:
inibidor  a atividade de todas as enzimas 
ex: agentes desnaturantes
Inespecífica -
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Inibição Enzimática
Inibição Enzimática Irreversível 
 inibidor se combina com um grupo funcional (sítio ativo) da enzima
 inibidor se liga à enzima formando um complexo ESTÁVEL
 forma-se uma ligação COVALENTE entre o inibidor e a enzima
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Inibição Enzimática Irreversível
Ex: Inibição da enzima ciclo-oxigenase pelo acetilsalicilato
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Inibição Enzimática Irreversível
Ex. DIFP inibe aceticolinesterase
hidrolisa
aceticolina
Neurotransmissor
Contração e peristaltismo
	 intestinal
Bradicardia
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Inibição Enzimática Irreversível
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Inibição Enzimática
Inibição Enzimática Reversível
inibidor forma com a enzima um complexo INSTÁVEL
inibição NÃO envolve modificação COVALENTE
Tipos de inibidores reversíveis
competitivos
não competitivos
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Inibição Competitiva
Inibidor competitivo
	Estrutura semelhante à do substrato
 Liga-se ao Sítio Ativo da Enzima
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Inibição Competitiva
Enzima
Sítio Ativo
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
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Inibição Competitiva
	
Na presença do inibidor competitivo
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Inibição Competitiva
Análise Gráfica
 1/[s]
 1/V
 V
[s]
Com inibidor
Sem inibidor
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Inibição Competitiva
Exemplo: inibidor do metabolismo energético
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Inibição Competitiva
Terapias com drogas
Drogas projetadas para inibirem uma enzima específica
ANTIMETABÓLITOS
Antivirais, antibacterianos, antitumorais
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Inibição Competitiva
Exemplo
antibacteriano
PABA
Ácido fólico 
Diidropteroato
sintetase
bacteriana
Essencial para o crescimento bacteriano
Sulfanilamida
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Inibição Competitiva
Síntese de purinas
 pirimídinas
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Exemplo: Tratamento de hipertensão
Inibição Competitiva
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Inibição Competitiva
Exemplo:Tratamento de hipercolesterolemia
Lovastatina 
Droga que inibe competitivamente a HMG-CoA redutase
(hidroximetil glutaril-CoA redutase)
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Inibição Não-Competitiva
Inibido não-competitivo
NÃO se liga ao sítio ativo da enzima 
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Inibição Enzimática
 Não-Competitiva
Inibidor não tem semelhança estrutural com o substrato 
NÃO se liga no sítio ativo da enzima
Aumento da [substrato] não diminui a inibição 
Km da enzima NÃO se altera
A VELOCIDADE máxima DIMINUI na presença do inibidor
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Inibição Não-Competitiva
Diminui a concentração 
de enzima ativa
Velocidade Máxima 
 da Reação
Exemplos: Metais pesados - Pb+2
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Inibição Não-Competitiva
Análise Gráfica
Com inibidor
Sem inibidor
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Cinética Enzimática 
 Parte da enzimologia que estuda a velocidade das reações enzimáticas, e os fatores que influenciam nesta velocidade. 
A cinética de uma enzima é estudada avaliando-se
 a quantidade de produto
formado ou 
a quantidade de substrato consumido por unidade de tempo de reação. 
1/s
Ex. de inibição competitiva
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Referências
Principles of Biochemistry. Lehninger, Nelson e Cox. 4ª Ed. 1119 p.
http://pt.scribd.com/doc/1025879/Enzimas
www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc.../enzimas_aspectos_gerais.pdf
www.fisiologia.kit.net/bioquimica/enzimas/enzimas.htm
Enzymes. Palmer e Bonner, 2007
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