Aula 5 - Enzimas - BCT - Bioquímica - Prof. Ronaldo

Prévia do material em texto

Bioquímica - Enzimas
Prof. Ronaldo L. Thomasini
Bioquímica - Enzimas
BC&T – UFVJM
Campus Diamantina
Energia
• Duas condições fundamentais:
1. Autorreplicação
2. Metabolismo
• Catálise enzimática
• A queima de açúcares é a principal forma 
segundo a qual retiramos energia do meio 
ambienteambiente
• Um saco de açúcar pode permanecer anos na 
prateleira do supermercado
– A prateleira não tem enzimas!
• Nos animais, a glicose libera sua energia 
química em segundos
– Reações catalíticas promovem a oxidação da 
glicose ao quebrar ligações químicas que 
armazenam energia
Participam das vias bioquímicas
• Enzimas realizam o controle preciso do metabolismo 
celular
• O metabolismo energético é um dos principais temas 
de estudo da bioquímicade estudo da bioquímica
• Permitem resposta e adaptação a um meio em mudança 
Enzimas- O que são?
• Proteínas, altamente especializadas
– Alto grau de especificidade com substratos
• Poder catalítico enorme
– Muito maior do que catalisadores sintéticos
• Aceleram reações químicas
– Em condições suaves de temperatura e pH
• São o centro e o objeto de estudo principal da • São o centro e o objeto de estudo principal da 
bioquímica
– Atuando de forma organizada catalisam 
centenas de reações que degradam as 
moléculas dos nutrientes e conservam suas 
energias
• Doenças ocorrem quando elas não funcionam 
bem
• Como os cientistas descobriram as enzimas?
LOUIS PASTEUR
1835: Berzelius, conceito de catálise 
1885: fermentação do acúcar por leveduras, 
gerando álcool
1896: Edward Buchner consegue fermentar o açúcar num extrato 
Louis Pasteur
1822-1895
1896: Edward Buchner consegue fermentar o açúcar num extrato 
de leveduras sem vida!
Fermentos, portanto, catalisavam reações químicas (açúcar a 
álcool) – biocatalisadores
Enzima vêm do grego ενζυµη, cuja tradução seria “no levedo”
EMIL FISCHER
� Sacarase
� Quebra da sacarose em glicose e frutose
� Produziu diversos análogos de sacarose para 
Hermann Emil Fischer
1852 - 1919
� Produziu diversos análogos de sacarose para 
testar se a enzima funcionava
� Determinadas mutações tornavam os análogos 
resistentes à sacarase
� Modelo de ação enzimática 
chave-e-fechadura
Enzimas são proteínas?
� Qual a natureza das enzimas?
� O químico orgânico alemão Richard 
Willstätter (1872–1942) – ganhador do 
Nobel pela estrutura da clorofila –
conseguiu separar o componente enzimático de um 
James Batcheller Sumner
1887-1955
conseguiu separar o componente enzimático de um 
preparado biológico e não encontrou nenhuma proteína!
� 1926 (EUA) – J Summer cristaliza a urease e 
conclui: enzimas são proteínas!
� Willstater criticou os resultados…
Como funcionam?
� Kunitz e Northrop 
� Eletroforese e centrifugação: enzimas 
estão na fração protéica!
� Mesmo em quantidades proteícas 
indetectáveis pelos métodos, as 
John Howard Northrop
1891-1987
indetectáveis pelos métodos, as 
enzimas continuavam tendo atividades
� Como as milhares de reações catalíticas 
eram possíveis a uma proteína?
� 1902: Emil Fischer (Estrasburgo) e Hofmeister (Berlim), 
proteínas eram formadas de aminoácidos que, ligados por 
ligações peptídicas, formavam cadeias polipeptídicas
POLÍMEROS DE AMINOÁCIDOS?
?
Finalmente, Sanger
� 1952 
� Publica a primeira estrutura primária
de uma proteína: a Insulina, com 51
aminoácidos Frederick Sangeraminoácidos
� O trabalho mostrava também que a 
estrutura das proteínas poderia ser
descrita pela sua sequência de aminoácidos, do N ao C 
terminal
� A sequência, entretanto, “não ajudava” a prever a 
função da proteína (antes da era da bioinformática)
Frederick Sanger
13 August 1918
CONCLUSÃO: HISTÓRIA DA BIOQUÍMICA
As enzimas realizam reações catalíticas e transformam moléculas umas 
nas outras
Os organismos biológicos são ricos em enzimas e as enzimas funcionam 
também fora dos organismos biológicos → biotecnologia!
As enzimas são proteínas formadas por polímeros de aminoácidosAs enzimas são proteínas formadas por polímeros de aminoácidos
A multiplicidade de função se dá pela interação tridimensional formada 
(modelo chave-fechadura) por interações 
não-covalentes a partir de uma série de 
aminoácidos ligados covalentemente 
(ligação peptídica)
Toda enzima é proteína?
• Há alguns RNAs que funcionam 
como enzimas
• Componente químico adicional 
necessário para a função
– Cofator: íons inorgânicos– Cofator: íons inorgânicos
– Coenzima: moléculas orgânicas 
complexas
– Se liga muito firmemente: grupo 
prostético
• Enzima completa: holoenzima
– Parte protéica: apoenzima ou 
apoproteína
Nomenclaturase das enzimases
• Normalmente se adiciona o sufixo ase ao nome do 
substrato ou à atividade realizada
– Urease – hidrolisa a uréia
– DNA-polimerase – polimeriza DNA
– Pepsina – pepsis vem do grego (digestão)
Reação enzimática
• Reação se dá em fases: 
• Enzima aumenta a velocidade das reações
• Os catalisadores aumentam a velocidade das 
reaçõesreações
Equilíbrio químico
• A concentração de substratos e 
produtos é o que define a 
velocidade das reações
• Poder catalítico das enzimas vem 
da energia livre liberada na da energia livre liberada na 
formação de ligações fracas 
quando da interação enzima-
substrato
– Interações fracas entre ES são 
otimizadas no estado de transição
Especificidade enzimática
• Deriva da formação de 
múltiplas interações fracas 
entre a enzima e a molécula 
do substrato específico
• Redução da entropia pela 
ligação
– Dessolvatação do substrato
– Ajuste induzido, proteína 
muda de conformação
Cinética enzimática
• Experimentos de mutagênese sítio-
dirigida permite que os 
pesquisadores investiguem o papel 
de cada aminoácido na função 
protéica
• A concentração do substrato [S] influi • A concentração do substrato [S] influi 
na velocidade das reações catalisadas 
por enzimas
• Velocidade máxima é abstraída para 
concentrações excessivas de 
Substrato
• Constante de Michaelis
– kM = [S] correspondente a ½ Vmax; 
• Reação enzimática ocorre por etapas
• Ligação reversível da enzima ao substrato
– Estado estacionário: concentrações constantes de enzima e – Estado estacionário: concentrações constantes de enzima e 
enzima + substrato
• Velocidade das reações químicas depende da faixa de 
pH
– Maior velocidade está normalmente associada ao pH do 
ambiente onde a enzima atua
Inibição reversível
• Inibição competitiva
– Inibidor compete pela ligação ao sítio ativo
• A ligação do inibidor altera os parâmetros cinéticos, tornando 
a reação mais lenta
• Os inibidores irreversíveis ligam-se covalentemente ou 
destroem grupos funcionais da enzima
– Podem ser usados como drogas
Exemplos de reações enzimáticas
• Quimiotripsina
• Lisozima 
• Hexocinase• Hexocinase
• Enolase
• Beta-lactamases
• Proteases do HIV
A quimiotripsina
• Catalisa a hidrólise de ligações peptídicas 
adjacentes a aminoácidos aromáticos 
(Trp, Phe, Tyr)
A lisozima
• Agente antibacteriano natural encontrado nas lágrimas e clara 
de ovo
– Peptideoglicano da parede de bactérias é seu substrato
• Constituinte da parede microbiana que protege da lise osmótica
– Enzima rompe ligação glicosídica
• Monômero com 129 aa’s• Monômero com 129 aa’s
• Mecanismo específico de ação enzimática ainda é controverso
Medicamentos
• Muitos são inibidores de enzimas são usados para tratar 
doenças; desde as dores de cabeça até a AIDS
• Penicilina (Alexander Fleming, 1928)
– Peptideoglicano: polímero de açúcares e D-aa’s da parede 
bacterianabacteriana
– Penicilina interfere na síntese do peptideo glicanoao mimetizar 
um segmento D-Ala-D-Ala
– Inibem reação de transpeptidase
Os Beta-lactâmicos
• Penicilina: degradada no ambiente do estômago
• Penicilina V: estável em meio ácido pode ser administrada 
em via oral
• Amoxilina: ampla faixa de ação; antibiótico β-lactâmico 
mais prescritomais prescrito
– Bloqueia síntese da parede bacteriana
• Rompe-se devido à pressão osmótica
As Beta-lactamases
• Enzimas que quebram o anel 
beta-lactâmico das penicilinas
• Disseminaram-se em bactérias • Disseminaram-se em bactérias 
submetidas à pressão seletiva
– O mau uso dos antibióticos
Guerra contra as bactérias
• Acido clavulânico: inativa irreversivelmente as Beta-
lactamases
• Clavulin®: amoxilina + ácido clavulânico
• Foram encontradas bactérias resistentes ao ácido 
clavulânico
• Desenvolvimento e descoberta de novos antibióticos é 
uma indústria em crescimento
Enzimas alostéricas
• Homotrópicas: o ativador é o próprio substrato
• Heterotrópicas: outro ativador
• Enzimas alostéricas
– Mais de um sítio regulatório– Mais de um sítio regulatório
• Cada um específico para um regulador
• Aspartato-transcarbamoilase
– 12 cadeias polipeptídicas
– Azul: catalíticas
– Vermelho/Amarelo: regulatórias
Enzimas alostéricas são reguladoras
• Vias bioquímicas
• Normalmente são o primeiro passo da via
– “economiza” a execução das outras reações
• Inibição por retroalimentação: São inibidas pelo 
produto do último passo
Obrigado!Obrigado!