Enzimas: Proteínas Catalisadoras

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ENZIMAS
Dra. Flávia Cristina Goulart
Bioquímica 
ENZIMAS
 CONCEITO:
 São proteínas que catalisam reações 
químicas diferentes no organismo.
 Como proteínas, elas são moléculas 
grandes, constituídas de 20 AA. Diferentes.
 Como catalisadoras, elas aceleram as 
reações químicas, sem serem destruídas 
no processo.
 FUNÇÃO:
 Uma reação química pode ser termodinamicamente
viável ou espontânea ( conteúdo energético dos
produtos menor do que o dos reagentes, mas ter
velocidade igual a zero ou próxima a zero.
 A presença de enzimas permite que estas reações
ocorram em velocidade muito alta e tempo reduzido
a segundos ou milissegundos.
 As enzimas além de catalisadoras são seletivas, são
altamente específicas para determinada reação ou
Substrato.
 Sua concentração celular e sua atividade podem ser
reguladas, permitindo o ajuste a diferentes
condições fisiológicas,
Sítio ativo ou de ligação
 A ligação com o Substrato dá-se apenas em uma
região específica e pequena da enzima.
 Esta região a qual o Substrato se liga é
chamada de CENTRO ATIVO ou Sítio Ativo da
enzima.
 Uma molécula para ser aceita como Substrato
deve ter a forma espacial adequada para
encaixar-se no centro ativo e grupos químicos
capazes de estabelecer ligações precisas com os
radicais do centro ativo.
Eficiência da Catálise
 A atividade enzimática é dependente da Tº e do
pH;
 A velocidade da reação enzimática, que a 0ºC
apresenta valores próximos de zero, é favorecida
pela elevação da Tº
 Acima de 50ºC, a maioria das proteínas
globulares são desnaturadas
 O número e tipo de grupos ionizáveis que uma
enzima apresenta e da sequência em que estão
organizados, depende da manutenção de sua
estrutura primária em um pH ótimo.
Velocidade vs. Concentração
A concentração de substrato influencia a velocidade de uma 
reacção
Estudo da relação entre a concentração e a velocidade:
. No inicio da reação a quantidade de substrato é constante, já que a 
quantidade de substrato é muito maior do que a de enzima.
.Determina-se a velocidade inicial de reação, Vo ,para uma determinada [S].
.Obtêm-se valores para várias concentrações de substrato, mantendo 
constante a concentração de enzima.
Assim podemos traçar os valores num gráfico, em que exprimimos 
Vo como função de [S]
Influência do Substrato
 Concentração de substrato [S]: afeta a
velocidade da reação;
 Efeito de [S]: varia durante o curso de uma
reação S  P;
 Velocidade inicial (V0): [S] >> [E]  tempo
muito curto  [S] = constante.
Influência do Substrato
 [E] = cte
  [S] = V0  linear
  [S] = V0 
 V0 = Vmáx
Velocidade vs. Concentração
Dados:
•Para [S] baixas, Vo aumenta quase linearmente
•Para [S] maiores, Vo aumenta mais gradualmente
•Para [S] mais elevadas, atinge-se uma velocidade máxima, Vmáx.
Influência do Substrato
 Vitor Henri (1903): E liga-se ao S para 
formar ES  passo obrigatório;
 Leonor Michaelis e Maud Menten (1913)
• E combina-se reversivelmente com SES
k1
E + S ES 
k-1
• ES se rompe  E e P
k2
ES E + P
Equação de Michaelis-Menten
Comportamento é explicado pela formação do complexo enzima-
substrato ES
1. O enzima liga-se ao substrato reversivelmente formando o complexo ES
2. O complexo ES dissocia-se em enzima livre e produto da reacção
Reacção 
rápida
Reacção 
mais lenta
.A reacção 2, mais lenta, limita a velocidade global da reacção.
.A velocidade é proporcional à concentração do complexo ES.
.A cada momento o enzima existe na forma livre e no complexo ES.
.A velocidade máxima (Vmáx) da reação ocorre quando todos os 
enzimas estão associadas a moléculas de substrato.
Equação Michaelis-Menten
 Curva: possui a
mesma forma para a
maioria das enzimas;
 Expressa pela
Equação de Michaelis
e Menten;
Hipótese: limitante  quebra de ES  E + P.
Equação Michaelis-Menten
 Equação da velocidade para uma reação
catalisada enzimaticamente e com um único
substrato;
 Relação quantitativa entre a V0, a Vmáx e a [S]
inicial relacionadas através de Km.
 
 SK
SV
V
m
máx


0
Equação Michaelis-Menten
Relação numérica:
V0 é metade de Vmáx;
km = “afinidade” pelo
substrato;
 Km  afinidade
máxVV 
2
1
0
 Vmáx é proporcional à [E].
zimogênio
 Certas enzimas, cujo local de ação é extracelular
(plasma, trato digestivo), são sintetizadas na forma
de precursores inativos, chamado zimogênios.
 Para que um zimogênio se torne ativo é preciso
que haja hidrólise de determinadas ligações
peptídicas, com a consequente remoção de um
segmento da cadeia e nova reestruturação espacial
da mesma, onde aparecerá um centro ativo
funcional;
 Várias enzimas proteolíticas (pepsina,
quimiotripsina, ..) são sintetizadas e armazenadas
como zimogênios, transformadas em enzimas
somente fora destas células e no local onde
exercerão atividade digestiva.
Zimogênios
A regulação enzimática pode passar ainda pela existência de 
um precursor, sem capacidade catalítica, que, no caso das 
proteases, são chamados zimogênios. 
Zimogênio Clivagem proteolítica Enzima ativa
Cofatores
 Muitas enzimas necessitam da associação com
outras moléculas ou íons para exercer seu papel
catalítico, por isto são chamadas de Coenzimas
 Estes componentes da reação enzimática são
chamados Cofatores;
 Que podem ser íons ou moléculas orgânicas, não
protéicas, de complexidade variada;
 Em geral, a ligação da coenzima precede a ligação
do Substrato à Enzima;
 Exemplos de Coenzimas: NAD (nicotinamida
adenina dinucleotídio) e FAD (flavina adenina
dinucleotídeo)
São vitaminas solúveis na água por isso circulam
com facilidade no plasma e as coenzimas são
justamente as formas sob as quais estas vitaminas
hidrossolúveis atuam.
São estruturas orgânicas mais complexas , uma
pequena parte da estrutura é a vitamina , o resto é
uma estrutura orgânica que compõe a molécula da
coenzima.
Mesmo que a parte vitamínica seja a parte ativa, se
ela estiver sozinha sem o restante da estrutura que
forma a coenzima ela não terá a atividade
metabólica.
Vitaminas Hidrossolúveis e Coenzimas
Enzimas que atuam junto com alguns íons são
chamados apenas de cofator , quando este cofator
é orgânico nós chamamos de coenzima.
Estes cofatores participam diretamente do
processo catalítico , transportando hidrogênio ,
radicais , por exemplo na carboxilação que a
vitamina K participa , existe ali uma enzima “a
carboxilase” que usa também cofator , portanto
todos os radicais que são transportados
transitoriamente de um composto para outro estão
sempre ligados a cofatores.
COENZIMAS e COFATORES
VITAMINAS e COFATORES
 Tiamina , Riboflavina , Ácido Nicotínico (Niacina ) , 
Ácido Pantotênico , Piridoxina e a Biotina , estas 
vitaminas todas participam de reações de 
formação de energia. 
 (Complexo B) - O Ácido Fólico e a vitamina B12 
estão mais relacionadas com as reações 
hemopoiéticas.
 A vitamina C ou ácido ascórbico tem uma ação 
isolada na forma da vitamina propriamente dita, 
atuam na formação e reconstituição do Colágeno.
Enzimas Reguladores
• Enzimas que aumentam ou diminuem a sua 
atividade em reação a determinados fatores.
• Fazem normalmente parte de sequências 
metabólicas.
Permitem regular a atividade de toda a 
sequência metabólica e possibilitam à célula 
ajustar-se às suas necessidades energéticas e 
biomoléculares.
Tipos de Moduladores
Mecanismos que regulam a atividade enzimática:
•Variação da concentração de substrato
•Variação de pH e temperatura
•Inibição enzimática
•Modulação covalente
•Modulação alostérica
Modulação alostérica
Ocorre em enzimasque possuem um local de modulação alostérico
Modulador alostérico
Positivo
(ativam o enzima)
Negativo
(inibe o enzima)
Heterotropismo
(o modulador é 
diferente do substrato)
Homotropismo
(o modulador é 
igual ao substrato)
A ligação entre o modulador e o enzima é não-covalente e o local de
modulação é especifico para cada modulador, no caso dos enzimas
heterotrópicos
Modulação alostérica
Induz:
Modificações conformacionais 
na estrutura espacial do 
enzima
Modifica a afinidade do 
enzima para com os seus 
substratos
INIBIDORES ENZIMÁTICOS
 A atividade enzimática pode ser diminuída
por muitas substâncias, chamadas de
inibidores.
 Algumas destas substâncias são
constituintes normais das células, outras
são estranhas aos organismos.
 Algumas destas substâncias são venenos,
medicamentos, hormônios, etc...
Inibição enzimática
• Reversível
• Irreversível
 Competitiva
 Anti-Competitiva
Mista
Inibição Reversível Competitiva
• Há competição pelo centro ativo do enzima
• O inibidor é estruturalmente semelhante ao 
substrato
• A inibição pode ser contrariada adicionando
mais substrato ao meio
• O Km aumenta e o Vmax não se altera
Inibição Reversível Competitiva
Inibição Reversível Competitiva
Inibição Reversível Anti-Competitiva
• O inibidor liga-se a um local específico do
enzima (que não o centro activo)
• O inibidor liga-se apenas ao complexo ES, 
formando o complexo ESI
• O Km diminui e o Vmax diminui
Inibição Reversível Anti-Competitiva
Inibição Reversível Anti-Competitiva
Inibição Irreversível
• O inibidor combina-se permanentemente ao
enzima de uma das seguintes formas:
 Ligação covalente
 Destruição de um grupo funcional essencial ao
funcionamento do enzima
 Ligação não covalente particularmente estável
Isoenzimas
A maioria das isoenzimas (ou isozimas) são enzimas que
catalizam a mesma reação mas diferem em suas propriedades
físicas, devido a diferenças genéticamente determinadas.
Em geral, as isoenzimas estão em diferentes órgãos em
concentrações características.
EXEMPLO:
Creatina quinase (CK), anteriormente denominada CPK (Creatina 
Fosfoquinase)
LDH – lactato desidrogenase
TGO – Transaminase glutâmico oxalacética
Estas isoenzimas existem no coração, em formas específicas, e podem 
ser utilizadas para diagnóstico diferencial de injúria do miocárdio.
No Fígado, 
Temos por ex. a glicocinase IV, que difere das demais hexocinases.
Hexocinase
• A hexocinase fosforila a glucose para glucose-6-fosfato
• Reação ocorre com consumo de ATP juntamente 
com um íon Mg2+
• O Km para a glucose é 0.1mM, e a concentração de
glucose na célula é 4mM
• A hexocinase é regulada alostericamente pelo
produto da sua própria reação
Hexocinase
• A hexocinase é uma enzima do tipo indutivo
Hexocinase
• Fosforilação impede a saída de glucose da célula
Hexocinase
• Reação catalisada pela hexocinase
Hexocinase
• No fígado também existe uma hexocinase, mas com
menor afinidade para com a glucose
• Esta só está ativa quando a concentração de
glicose no sangue é muito elevada
• No fígado, a glicose é convertida em glicogênio
• Quando a concentração de glicose no sangue é baixa, 
o fígado não compete com outros tecidos
Hexocinase
• A fosforilação da glicose é reversível!
• A conversão da glicose-6-fosfato em
glicose ocorre no fígado durante a 
gliconeogênese.
H R
H R
Fig. 3- Mecanismo genético da célula
Síntese e Secreção Hormonal
• Hormônios protéicos: sintetizados no retículo
endoplasmático rugoso e secretados via exocitose
(hidrossolúveis).