Propriedades e Funções das Enzimas

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LORRANE BRAGA RANGEL LXIX - UFG 
➢ Propriedades catalíticas: são fortemente 
capazes de simular as condições ambientais 
favoráveis à ocorrência de determinada reação 
química. 
➢ Participam da reação sem alteração no final 
➢ Não alteram o equilíbrio de reação 
➢ Reduzam a energia de ativação 
➢ Alteram a velocidade da reação 
➢ A atividade depende da estrutura proteína 
➢ Alguns RNA podem atuar como enzimas, 
geralmente catalisado a quebra e a síntese de 
ligações fosfodiéstier 
➢ As enzimas conseguem fazer as reações em 
condições menos exigentes do que alguns 
catalisadores químicos 
As enzimas precisam 
✓ Ser maior que seu substrato 
✓ Ser capaz de se mover no meio 
✓ Ter resistência no meio onde atua 
Nomenclatura 
Cada enzima recebe dois nomes. O primeiro é o nome 
curto e recomendado, conveniente para uso 
corriqueiro. O segundo é o nome mais completo e 
sistemático, utilizado quando a enzima precisa ser 
identificada sem ambiguidades. 
Sufixo -ase 
O que afeta a eficiência da enzima? 
➢ A ligação química 
➢ Ph 
➢ Temperatura 
➢ Presença de inibidores 
Categorias enzimáticas 
➢ Oxidorredutases: tranferência de elétrons 
➢ Transferases: reações de transferência de 
grupos 
➢ Hidrolases: reações de hidrólise (transferência 
de grupos funcionais para a água). 
➢ Liases: Clivagem de C¬C, C¬O, C¬N ou outras 
ligações por eliminação, rompimento de 
ligações duplas ou anéis, ou adição de grupos 
a ligações duplas. 
➢ Isomerases: transferência de grupos dentro de 
uma mesma molécula produzindo formas 
isoméricas. 
➢ Ligases: Formação de ligações C¬C, C¬S, 
C¬O e C¬N por reações de condensação 
acopladas à hidrólise de ATP ou cofatores 
similares. 
 
 
 
Sítios ativos 
Esses sítios contêm cadeias 
laterais de aminoácidos que 
participam da ligação com o 
substrato e da catálise. 
Os substratos se ligam à enzima formando um 
complexo enzima-substrato (ES), através de 
interações. 
Alteração conformacional → catálise 
ES → enzima – produto (EP) 
Contém grupos catalíticos que favorecem a formação 
do estado de transição 
Eficiência catalítica: as reações ocorrem muito mais 
rápido 
Especificidade: As enzimas são altamente específicas 
Holoenzimas: enzima com o seu componente não 
proteico 
• Algumas enzimas precisam de outras 
moléculas além da proteína para ter sua 
atividade enzimática 
Apoenzimas: sem o componente proteico e é inativa 
• Se o componente for um íon, ele é chamado de 
cofator 
• Se for uma molécula orgânica é chamada de 
coenzima 
Cossubstratos – transitoriamente associada 
Grupos prostético – permanente 
Regulação: enzimas podem ser ativadas ou inibidas, de 
acordo com a necessidade 
• Muitas enzimas estão localizadas em 
organelas específicas dentro da célula. Essa 
compartimentalização serve para isolar o 
substrato ou o produto da reação de outras 
reações competitivas. Isso garante um meio 
favorável para a reação e organiza as milhares 
de enzimas presentes na célula em vias 
definidas. 
 
 
 
 
Propriedades das enzimas 
 
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As enzimas proporcionam um ambiente específico 
adequado para que uma dada reação possa ocorrer 
adequadamente. 
As reações ocorrem em um bolsão de enzimas → sítio 
ativo. 
1. As enzimas fornecem uma rota alternativa mais 
energeticamente favorável 
2. Como o sítio ativo facilita quimicamente a 
catálise 
 
• Alterações de energia que ocorrem durante a 
reação 
Barreira de energia = energia livre de ativação 
• Na ausência de uma enzima, somente uma 
pequena proporção da população de moléculas 
possui energia suficiente para atingir o estado 
de transição entre reatante e produto. 
• O estado de transição é um momento 
molecular transitório em que eventos como a 
quebra de ligação, a formação de ligação ou o 
desenvolvimento de carga ocorrem com a 
mesma probabilidade de seguirem tanto para 
formar novamente o substrato como para 
formar o produto. 
Etapa limitante da reação → aquela que possui maior 
energia de ativação 
A enzima não altera o equilíbrio 
(CADU → a reatividade do substrato depende apenas 
da natureza dele. A enzima não interfere nisso) 
O equilíbrio entre S e P reflete a diferença entre as 
energias livres dos seus estados fundamentais. No 
exemplo mostrado na Figura , a energia livre do estado 
fundamental de P é menor do que a de S, e então G° 
para a reação é negativa (reação exergônica) e o 
equilíbrio favorece mais P que S. A posição e a direção 
do equilíbrio não são afetadas pelos catalisadores. 
 
• O equilíbrio é determinado pela energia livre. 
Um grande valor negativo de Delta G° reflete 
um equilíbrio de reação favorável, mas, como 
foi observado, isso não significa que a reação 
ocorrerá com velocidade alta. 
• A enzima não altera a energia livre dos 
reatantes ou dos produtos, assim, ela não 
altera o equilíbrio da reação. Ele só acelera a 
velocidade na qual o equilíbrio é atingido. 
• A velocidade da reação é influenciada pela 
concentração do reagente e por uma constate 
de velocidade. 
Quanto menor a energia de ativação mais rápida é 
a velocidade 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como é que esse enorme e altamente seletivo 
aumento de velocidade pode ser explicado? 
Qual é a fonte de energia para essa grande 
diminuição nas energias de ativação de reações 
específicas? 
➢ Rearranjo de ligações covalentes durante a 
reação catalisada pela enzima. 
(CADU → ocorre interferência na disposição da nuvem 
eletrônica e consegue realizar choques efetivos mais 
rapidamente, promovendo o contato físico do substrato 
com o sítio (fragilização e desestabilização do 
substrato, podendo se romper e gerar produto) 
Muitas reações ocorrem entre os substratos e grupos 
da enzima. 
Ligações transitórias podem ser formadas para ativar o 
substrato ou grupos podem ser transferidos para a 
enzima. Essas interações diminuem a energia de 
ativação 
➢ Interações não covalentes entre ES 
Como funcionam? 
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Muito da energia necessária provém de interações 
fracas não covalentes entre enzima e substrato. 
A interação ES é estabilizada por ligações de 
hidrogênios e iônicas 
A energia proveniente da interação enzima-substrato é 
chamada de energia de ligação → sendo a principal 
fonte de energia utilizada pelas enzimas 
1- Muito do poder catalítico das enzimas provém 
basicamente da energia livre liberada na 
formação de muitas ligações fracas e 
interações entre a enzima e seu substrato. 
Essa energia de ligação contribui tanto para a 
especificidade como também para a catálise. 
2- Interações fracas são otimizadas no estado de 
transição da reação. Os sítios ativos das 
enzimas são complementares aos estados de 
transição do substrato. 
Como é que as enzimas utilizam a energia de 
ligação para diminuírem a energia de ativação de 
uma reação? 
Uma enzima totalmente complementar ao seu 
substrato seria pobre 
➢ Questionamento do modelo chave-fechadura 
Uma enzima não pode estabilizar seu substrato, pois é 
preciso que aja um estado de transição, que não será, 
necessariamente, igual ao estado inicial do substrato. 
• Portanto, a enzima deve ser complementar ao 
estado de transição 
Assim, as interações longe do ponto de quebra do 
bastão fornecem energia necessária para a catálise da 
quebra. Esse pagamento de energia gera uma 
diminuição da energia de ativação. 
• A necessidade de múltiplas interações fracas 
para impedir a catálise ajuda a explicar por que 
as enzimas são tão grandes. 
• A formação de uma ligação adequada é 
atingida mais facilmente pelo posicionamento 
do substrato em uma cavidade onde a água é 
removida. 
É possível demonstrar quantitativamente que a energia 
de ligação é responsável pela enorme aceleração na 
velocidade proporcionada pelas enzimas? A resposta é 
sim 
➢ A energia de ligação contribui para a 
especificidadedas enzimas 
➢ Se o substrato não tiver os grupos que 
interagem com o sítio, formando ligações 
fracas, será um substrato pobre. 
➢ A energia de ligação é importante para a 
catálise 
➢ Uma enzima pode ter vários mecanismos 
➢ Redução da entropia – a energia de ligação 
mantém o substrato na orientação adequada 
para reagir 
• A formação do ES é fundamental pela catálise 
 
 
Em baixa [S], a maior parte da enzima está na forma 
não combinada E. Assim, a velocidade é proporcional à 
[S] porque o equilíbrio da Equação 1 é deslocado na 
direção da formação de mais ES à medida que [S] 
aumenta. 
• A Vmáx é atingida quando quase toda enzima 
está na forma de ES. 
• Estado pré-estacionário → concentração de 
ES aumenta 
• Estado estacionário → ES constante 
E quantitativamente? 
A etapa limitante da velocidade em uma reação 
enzimática é a quebra do complexo ES em produto e 
enzima livre 
 
 
• Essa equação descreve como a velocidade da 
reação varia com a concentração do substrato. 
V0 é determinada pela quebra de ES formando o 
produto, que é determinado por [ES]: 
A porcentagem de substrato total ligado à enzima em 
qualquer momento é pequena. 
Km = [S] quando V0 = ½ Vmáx 
Conclusões: 
Características do Km: Algumas vezes o termo Km é 
usado (em geral, inapropriadamente) como indicador 
da afinidade da enzima pelo seu substrato. O 
significado verdadeiro do Km depende de aspectos 
específicos do mecanismo da reação, como o número 
e as velocidades relativas das várias etapa. 
Km = [S] quando V0 = ½ Vmáx 
Equação de Michaelis-Menten 
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Relação entre velocidade e concentração da enzima: é 
diretamente proporcional à concentração da enzima em 
qualquer concentração de substrato. 
Ordem de reação: Quando a [S] é muito menor que o 
Km, a velocidade da reação é aproximadamente 
proporcional à concentração do substrato. A velocidade 
da reação é, então, dita de primeira ordem com relação 
ao substrato. Quando a [S] é muito maior do que o Km 
a velocidade é constante e igual à V máx· A velocidade 
da reação, nesse caso, é independente da 
concentração de substrato e é dita de ordem zero em 
relação à concentração de substrato 
Gráfico de Lineweaver-Burk 
 
 
 
 
 
 
Concentração do substrato 
1- Velocidade máxima: A velocidade é o número 
de moléculas de substrato convertidas em 
produto por unidade de tempo. 
Em concentrações relativamente baixas de substrato, 
V0 aumenta quase linearmente com o aumento de [S]. 
Em altas concentrações de substrato, V0 aumenta em 
pequenas quantidades em resposta ao aumento da [S]. 
Enfim, é atingido um ponto além do qual o aumento de 
[S] leva a um aumento insignificantemente pequeno em 
V0. Essa região de V0 tipo platô está próxima 
Irreversível à velocidade máxima, Vmáx. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2- Formato hiperbólico da curva cinética 
enzimática. 
A curva de velocidade de reação inicial em função da 
concentração do substrato possui forma hiperbólica, 
exceto as enzimas alostéricas. 
Temperatura 
1- Aumento da velocidade: isso ocorre pois existe 
um aumento do número de moléculas com 
energia suficiente para atravessar a energia de 
ativação. 
2- Diminuição da velocidade: em temperaturas 
muito altas por ocorrer a desnaturação das 
enzimas. 
Ph 
1- Ionização do sítio ativo: alguns processos 
catalíticos geralmente requerem que a enzima 
e o substrato tenham interações iônicas 
determinadas, na qual alguns grupos devem 
estar ionizado ou não. Em Ph alto ou baixo 
esses grupos podem ser protonados ou 
desprotonados, sem atender a necessidade 
das enzimas. 
2- Desnaturação da enzima: a estrutura da 
molécula proteica ativa depende do caráter 
iônico das cadeias laterais dos aminoácidos. 
3- Cada enzima tem seu ph ótimo de atividade 
 
Inibidor: qualquer substância que possa diminuir a 
velocidade das reações catalisadas por enzimas. 
Inibidores irreversíveis: ligam-se por meio de ligações 
covalentes 
Inibidores reversíveis: ligam-se por meio de ligações 
não covalentes, de modo que a diluição do complexo 
enzima-inibidor resulta na dissociação do inibidor 
reversivelmente ligado e na recuperação enzimática. 
Reversível 
➢ Competitiva 
➢ Acompetitiva 
➢ Mista: Tem sítios de ligações diferentes, o 
próprio produto pode inibir o funcionamento da 
enzima. 
➢ Não competitiva 
 
Fatores que afetam a atividade de uma 
enzima 
Inibição enzimática 
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Inibição competitiva: ocorre quando o inibidor se liga 
reversivelmente ao mesmo sítio que o substrato 
normalmente ocuparia e, dessa forma, compete com o 
substrato por esse sítio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Efeitos sobre a Vmáx: o efeito do inibidor é 
revertido pelo aumento da concentração do S. 
Em concentrações de substrato 
suficientemente altas, a velocidade da reação 
atinge a V máx observada na ausência do 
inibidor. 
 
• Efeito sobre o Km: aumenta o Km aparente. Ou 
seja, mais substrato é preciso para atingir a ½ 
Vmáx. 
• Efeito sobre o gráfico de Lineweaver-Burk: As 
curvas da reação inibida e não inibida 
interceptam o eixo y no mesmo ponto ( Vmáx 
não é alterada ). Já o eixo X é interceptado em 
pontos diferentes, o que indica uma alteração 
no Km. 
Inibição não competitiva: acontece quando o inibidor e 
o substrato se ligam a sítios diferentes na enzima. Esse 
inibidor pode se ligar à enzima livre ou ao complexo ES, 
impedindo a reação de ocorrer. 
 
 
 
 
 
• Efeito sobre a 
Vmáx: essa 
inibição não pode ser superada pelo aumento 
da concentração do S, ocorre a diminuição da 
Vmáx. 
• Efeito sobre o Km: eles não interferem na 
ligação do substrato com a enzima, por isso o 
Km não muda. 
• Efeito sobre o gráfico de Lineweaver-Burk: A 
Vmáx aparente diminui na presença de um 
inibidor, enquanto o Km não (corta o eixo x no 
mesmo ponto) 
 
 
Inibição incompetitiva: 
Nela, o sítio regulatório 
do inibidor está mais 
distante, e o inibidor só 
se liga à enzima se ela 
estiver ligada ao 
substrato. O que atrai o 
inibidor, portanto, é a 
própria ligação da 
enzima ao substrato. 
Portanto, é ainda mais 
eficiente. Na inibição 
não-competitiva, o 
inibidor pode se ligar 
antes disso, e pode 
acabar não se ligando 
tempo necessário para 
a enzima captar o 
substrato. 
 
 
• Só leva em conta o sítio catalítico individual, 
não dependendo da concentração do 
substrato, pois só cabe um por vez dentro do 
sítio. 
• Se refere a quanto tempo a enzima leva para 
catalisar a reação e se tornar apta para 
catalisar outra. 
 
Velocidade da reação catalítica 
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Depende de: 
✓ Temperatura: Quanto maior a temperatura, 
maior a energia cinética do sistema, mais 
favorável fica para os encontros efetivos. 
✓ Ph 
✓ Existem outros fatores do meio que também 
interferem 
Não confundir com velocidade da reação 
enzimática: que é a taxa de formação do produto. 
Depende de temperatura, sais, pH e concentração do 
substrato. 
• Muitas vezes o produto de uma enzima é o 
substrato de outra. Dessa forma, pode ficar 
difícil medir o produto da primeira enzima, pois 
ele está sendo imediatamente consumido. Em 
um estudo de quantidade de produto 
produzido, isso pode gerar distorções. 
• Tem-se que o sítio catalítico de uma enzima 
age especificamente sobre a nuvem eletrônica 
única de seu substrato. Assim, a enzima é 
capaz de reconhecer ligações específicas. Os 
bioquímicos são capazes de simular essas 
nuvens eletrônicas em substratos análogos, 
normalmente adicionando agentes corantes no 
substrato que não interverem no sítio catalítico 
• Ao utilizar um substrato análogo, a ação da 
enzima vai gerar um produto que pode ser 
melhor observado, sem a interferência do meio 
ou de outras enzimas. 
• Existem substratos análogos que agem como 
inibidores irreversíveis 
 
• As velocidades da maioria das reaçõesenzimáticas respondem às mudanças na 
concentração dos substratos, pois o nível 
intracelular de muitos substratos se encontra 
na faixa do Km. 
• Algumas enzimas com funções reguladoras 
especializadas respondem a efetores 
alostéricos ou a modificações covalentes, ou 
ainda, apresentam sua velocidade de síntese 
(ou degradação) alterada quando as condições 
fisiológicas mudam. 
Regulação das enzimas alostéricas 
• Tem o domínio catalítico e regulador 
• São reguladas por efetores, que se ligam de 
forma não covalente a outro sítio (sítio 
regulatório) que não o sítio ativo. 
Efetores negativos: inibem a atividade enzimática 
Positivos: aumentam a afinidade 
• Efetores homotrópicos: quando o substrato 
atua como efetor. A presença de um substrato 
em um sítio aumenta a afinidade dos outros 
sítios da enzima (curva sigmoide) 
• Efetores heterotrópicos: quando o efetor é 
diferente do substrato 
Regulação por modificação covalente 
Adição ou pela remoção de grupos fosfato de resíduos 
específicos de serina, treonina ou tirosina na enzima. 
Fosforilação → principal forma 
1- Fosforilação e desfosforilação: as reações de 
fosforilação são catalisadas pelas proteínas-
cinases, que utilizam trifosfato de adenosina 
como doador de fosfato. 
2- Resposta da enzima à fosforilação: a forma 
fosforilada pode ser mais ou menos ativa 
Indução e repressão da síntese de enzimas 
As enzimas sujeitas a essa regulação, com frequência, 
são aquelas necessárias em apenas um estágio do 
desenvolvimento ou em condições fisiológicas 
específicas. 
As enzimas plasmáticas podem ser classificadas em 
dois grupos: 
1- Secretadas de modo ativo no sangue 
Fígado → zimogênios (percursores inativos) de 
enzimas envolvidas na coagulação sanguínea. 
2- Liberadas das células durante a renovação 
celular normal: Quase sempre atuam 
intracelularmente 
Normalmente as enzimas estão em um estado 
estacionário, no qual a velocidade de liberação delas 
no plasma pelas células danificadas é equilibrada pela 
remoção delas no plasma. O aumento na atividade 
dessas enzimas no plasma pode indicar lesão. 
• Alteração dos níveis plasmáticos de enzimas 
em estados patológicos 
Doenças que causam lesão tecidual 
Determinação do grau de aumento da atividade de uma 
enzima no plasma → ajuda a entender a extensão da 
lesão 
Regulação da atividade enzimática 
Substratos análogos 
Enzimas no diagnóstico clínico 
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• Enzimas plasmáticas como ferramentas 
diagnósticas 
Algumas enzimas apresentam alta atividade em um 
tecido e o aumento delas no plasma sugere lesão no 
tecido correspondente. 
• Isoenzimas e doenças 
cardíacas 
Isoenzimas são enzimas que 
catalisam a mesma reação. Elas 
podem conter diferentes números de 
aminoácidos com carga e podem ser 
separadas por eletroforese. 
Creatina-cinase → infarto do 
miocárdio 
 
 
 
 
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Na presença de um inibidor competitivo, a enzima 
parece ter menor afinidade pelo substrato, mas quando 
a concentração do substrato aumenta, a velocidade 
observada se aproxima da Vmáx. 
Coenzimas cossubstratos são pequenas moléculas que 
se associam transitoriamente com a enzima. 
Grupo prostético: se associam permanentemente 
Efetores heterotrópicos: não são substratos, são 
reguladores 
Cofator: são íons metálicos 
 
 
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