Enzimas: Catalisadores Biológicos

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ENZIMASENZIMAS
INTRODUÇÃO
� Grupo especial de proteínas: catalisadores 
biológicos.
� São conhecidas cerca de 2000 enzimas 
diferentes.
� Sem elas, a maioria das reações químicas do 
organismo ocorreriam lentamente demais para a 
manutenção da vida.
� A falta de uma enzima pode trazer sérias 
conseqüências uma vez que uma reação 
indispensável para o metabolismo celular deixa 
de ocorrer. 
CARACTERÍSTICAS DAS ENZIMAS
� Aceleram a velocidade das reações 
químicas: uma das mais rápidas enzimas 
– a Anidrase carbônica - faz com que 
uma reação ocorra até 600.000 vezes por 
segundo (10 milhões de vezes mais 
rápido do que aquela reação não 
catalisada).
� Permanecem inalteradas após atuação, 
sem qualquer tipo de alteração em suas 
configurações nativas. 
CARACTERÍSTICAS DAS 
ENZIMAS
� Apenas pequenas quantidades são 
suficientes para catalisar uma reação.
� São sintetizadas pelas próprias células.
� Suas concentrações celulares e suas 
atividades podem ser reguladas, 
permitindo o ajuste à diferentes condições 
fisiológicas.
Especificidade Enzimática
� São altamente específicas. 
� Podem identificar pequenas diferenças na 
estrutura de substratos semelhantes, por entre 
∝-glicose (no amido) e β-glicose (na celulose). 
� Esta especificidade é possível graças à
complexa conformação tridimensional da 
molécula enzimática. 
� Cada enzima tem uma fenda especial na qual 
uma parte ou toda molécula do reagente pode 
se adaptar.
ATIVIDADE ENZIMÁTICA 
(CATÁLISE)
� SUBSTRATO: a molécula do reagente que é
alterada pela reação química catalisada por 
uma enzima.
� SÍTIO OU CENTRO ATIVO: região especial da 
superfície da enzima que se liga ao substrato. 
� COMPLEXO ENZIMA-SUBSTRATO: resultado 
da ligação do substrato ao seu sítio de ligação.
� PRODUTO: molécula resultante da atividade de 
uma enzima.
SUBSTRATO
+
ENZIMA
PRODUTOSUBSTRATO-ENZIMA
MODELOS DO PROCESSO DE LIGAÇÃO 
ENZIMA-SUBSTRATO
� SISTEMA CHAVE-FECHADURA: alto 
grau de semelhança entre o formato do 
substrato e do sítio ativo da enzima. 
Somente certos substratos (“chaves”) têm a 
forma correta para se ligar ao SÍTIO ATIVO
(“fechadura”) da enzima. Quando o 
substrato se liga à enzima, ele fica exposto 
aos grupos funcionais das cadeias laterais 
dos aminoácidos presentes na enzima que 
irão agir sobre a molécula do substrato, 
alterando-a. Não considera a flexibilidade 
conformacional das proteínas.
MODELOS DO PROCESSO DE 
LIGAÇÃO ENZIMA-SUBSTRATO
�AJUSTE INDUZIDO: considera que 
as proteínas têm alguma flexibilidade 
tridimensional. A ligação do substrato 
induz a uma mudança conformacional
na enzima que resulta em um encaixe 
complementar depois que o substrato 
é ligado.
Fatores que influenciam a atividade 
enzimática
Concentração do substrato: se 
aumentarmos a concentração do substrato a 
velocidade da reação enzimática também 
aumenta, até atingirmos um limite onde a 
enzima fica “saturada”. 
Quando a saturação ocorre não adianta 
aumentarmos mais a concentração do 
substrato, pois a velocidade da reação 
permanecerá sempre a mesma.
A velocidade de reação aumenta com a 
concentração do substrato, 
eventualmente ficando a enzima 
saturada à altas concentrações de 
substrato.
Curva de saturação para uma enzima mostrando a 
relação entre a concentração do substrato e a 
velocidade de reação.
Fatores que influenciam a 
atividade enzimática
Concentração da enzima: embora 
apenas uma pequena quantidade de 
enzima seja necessária, sua concentração 
na reação também pode influenciar a 
velocidade da reação, influenciando 
diretamente o ponto de “saturação”.
Fatores que influenciam a atividade 
enzimática
Temperatura: um aumento na temperatura da 
reação pode resultar em aumento da 
velocidade. 
Para cada aumento de 10º C na temperatura de 
uma reação enzimática ocorrerá um aumento de 
1,1 a 3 vezes na velocidade da mesma.
Entretanto, as enzimas têm uma temperatura 
ótima de atuação (40º C a 45º C), na qual sua 
atividade é máxima. Sendo proteínas, as 
enzimas se desnaturam em temperaturas altas 
(acima de 55º C). 
Hipotermia reduz a atividade enzimática.
Efeito da temperatura sobre a atividade 
enzimática
Fatores que influenciam a 
atividade enzimática
pH do meio: a atividade enzimática é
máxima em um pH específico para cada 
enzima, geralmente entre 6 e 8 (exceto a 
pepsina que atua em pH 2). 
Alcalose e acidose provocam inibição da 
atividade enzimática.
pH ótimo para as enzimas
CATEGORIAS DE ENZIMAS
Oxidorredutases: catalisam 
reações de transferência de 
elétrons (H+).
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:
Transferases: catalisam reações 
de transferência de grupamentos 
funcionais (grupos amina, 
fosfato, acil, carboxil, etc.) para 
outras moléculas. 
Hidrolases : Catalisam reações 
de quebra de moléculas 
utilizando a água.
Liases: formam ou 
destroem ligações 
duplas, respectivamente 
retirando ou adicionando 
grupos funcionais.
Isomerases: transformam 
uma molécula num isômero 
(formas diferentes de uma 
mesma molécula).
Ligases: Catalisam 
reações de formação de 
novas moléculas a partir 
da ligação entre duas já
existentes, sempre às 
custas de energia (ATP). 
NOMEMCLATURA ENZIMÁTICA
� As enzimas recebem o nome com base em seus 
substratos ou tipo de reação que catalisam.
� Na maioria dos casos os nomes das enzimas 
terminam com o sufixo “ase”.
� Exemplos: lipase (enzima cujo substrato é um 
lipídio); oxidase (enzima que catalisa uma 
reação que envolve oxidação de um substrato, 
ou seja, perda de um ou mais elétrons).
� Exceções: pepsina e tripsina (enzimas 
digestivas).
HOLOENZIMAS
� São enzimas que necessitam de elementos 
não-proteicos (CO-FATOR) para realizar sua 
atividade.
HOLOENZIMA
CO-FATOR OU GRUPO 
PROSTÉTICO
APOPROTEÍNA
COENZIMA – co-fator é
uma molécula orgânica 
(vitaminas)
Co-fatores inorgânicos: íons 
metálicos, como Fe2+, Cu+, Mg2+, 
etc. (METALOENZIMAS)
Atividade de uma HOLOENZIMA
INIBIDORES ENZIMÁTICOS
� São substâncias que impedem ou 
retardam a atividade de uma enzima.
� Algumas destas substâncias são 
constituintes normais das células; outras 
são estranhas e sua presença – acidental 
ou intencional – provoca sérios danos ao 
metabolismo celular.
INIBIDORES ENZIMÁTICOS
� Os inibidores celulares desempenham 
importante papel regulador, promovendo um 
controle bastante preciso na velocidade das 
reações enzimáticas, ajustando as mesmas à
mudança nas condições fisiológicas.
� Existem dois tipos de inibição enzimática:
1. IRREVERSÍVEL
2. REVERSÍVEL: competitiva ou não-
competitiva
INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL
� Há modificação covalente e definitiva no sítio 
ativo ou no sítio catalítico da enzima, inativando-
a.
� Em alguns casos a enzima pode se destruída. 
� Alguns exemplos: 
1. Composto organofosforados (Iodoacetamida):
neurotóxicos, inativam a acetilcolinesterase (enzima 
essencial para o funcionamento do sistema nervoso).
2. Aspirina (ácido acetil-salicílico): propriedades 
terapêuticas (antiinflamatório, antipirético e analgésico). 
Inativa a cicloxigenase (síntese de prostaglandinas).
3. Penicilina: inativa enzimas da via de síntese da parede 
bacteriana (lise).
INIBIÇÃO REVERSÍVEL COMPETITIVA
� Inibidor competitivo tem estrutura 
semelhante à do substrato.
� Se liga reversivelmente ao mesmo sítio 
ativo do substrato.
� O efeito é revertido aumentando-se a 
concentração de substrato.
� Este tipo de inibição depende das 
concentrações do substrato e do 
inibidor.
Inibiçãocompetitiva
� Sulfas: drogas que agem através da inibição 
competitiva de uma enzima-chave necessária 
para o crescimento e reprodução de certas 
bactérias. São semelhantes ao ácido p-
aminobenzóico (substrato da via de síntese do 
ácido fólico).
� AZT: inibidor da enzima Transcritase reversa do 
vírus HIV.
� Inibidores competitivos são também usados na 
quimioterapia de tumores e leucemia.
Exemplos de inibidores competitivos
INIBIÇÃO REVERSÍVEL NÃO-COMPETITIVA
� Os inibidores não-competitivos não guardam 
nenhuma semelhança estrutural com o 
substrato.
� O inibidor liga-se reversivelmente à enzima em 
um sítio próprio de ligação, podendo estar 
ligado à mesma ao mesmo tempo que o 
substrato. 
� Ação é inespecífica, um mesmo inibidor pode 
atuar sobre um grande número de enzimas 
diferentes.
� Este tipo de inibição depende apenas da 
concentração do inibidor.
Inibição não-competitiva
Alguns exemplos de inibidores não-
competitivos
� Metais pesados como Hg2+, Pb2+ e Ag+:
combinam-se com os grupos SH dos 
aminoácidos cisteína.
� Íon cianeto (CN-): atua como veneno 
ligando-se ao ferro e inibindo as enzimas 
envolvidas na respiração celular.
REGULAÇÃO ENZIMÁTICA
� Nem todas as enzimas do nosso organismo 
devem catalisar reações químicas ao mesmo 
tempo e em todas as células. 
� As necessidades fisiológicas pelos produtos 
enzimáticos variam muito.
� O organismo precisa regular a atividade de uma 
enzima, ativando-a ou inibindo-a.
� Isso pode ser realizado através de hormônios, 
disponibilidade de substratos ou inibidores.
REGULAÇÃO ENZIMÁTICA
� Algumas enzimas podem ter suas atividades 
reguladas, atuando assim como 
moduladoras do metabolismo celular. Esta 
modulação é essencial na coordenação dos 
inúmeros processos metabólicos pela célula.
� Além dos mecanismos já citados de controle 
da atividade enzimática, existem 2 modelos 
de regulação enzimática mais conhecidos:
1. Modulação Covalente
2. Modulação Alostérica ou “feed-back”
Modulação Covalente
� Ocorre quando há modificação covalente da 
molécula da enzima, com conversão entre 
formas ativa/inativa.
� A modificação covalente (não permanente) 
constitui uma reação química catalisada por 
enzimas.
� O processo ocorre principalmente por 
adição/remoção de grupamentos fosfato de 
resíduos específicos de serina (fosforilação).
Enzima-OH + ATP Enzima-O-P + ADP + H+
Fosforilação: proteína quinases
Pode ativar ou desativar enzimas.
Defosforilação: fosfoproteína fosfatases
Enzima-O-P + H2O Enzima-OH + Pi
Modulação Alostérica
� Ocorre nas enzimas que possuem um sítio 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).
� A ligação do modulador induz à modificações 
conformacionais na estrutura espacial da enzima, 
modificando a afinidade desta para com os seus 
substratos.
� Um modelo muito comum de regulação alostérica é
a inibição por "feed-back", onde o próprio produto 
da reação atua como modulador da enzima que a 
catalisa.
Substância 
A
Substância 
B
Substância 
C
Substância 
D
Substância 
E
Feed-back negativo
Feed-back positivo
Regulação alostérica de duas vias 
metabólicas hipotéticas
Regulação da atividade enzimática por mecanismo de 
“feed-back”
Bibliografia
� UCKO, D.A. Química para as ciências 
da saúde. 2ª. edição. São Paulo: Editora 
Manole. 1992. 
� MARZZOCO, A. & TORRES, B.B. 
Bioquímica básica. 2ª. Edição. Rio de 
Janeiro: Editora Guanabara & Koogan. 
1999.