3 Enzimas Mecanismos enzimáticos Vera

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II ÁREA 
ENZIMAS 
MECANISMOS DE REAÇÃO 
ENZIMÁTICA 
Vera 
Relembrando 
No equilíbrio da reação, as velocidades das reações se igualam: v1 = v-1 
 
 - concentrações de todos os reagentes não se alteram mais 
 - pode se dizer que a reação terminou 
 
Catalisador acelera as velocidades de ambos os sentidos da reação 
 
 - o ponto do equilíbrio é atingido mais rápido 
 - o ponto do equilíbrio não se altera, ou seja [reagentes] 
 e de [produtos] no “final” da reação” são as mesmas da 
 reação não catalisada (Keq) 
 
 - energia de ativação diminui 
 - termodinâmica da reação não se altera (G⁰’) 
 
Catalisador não é consumido na reação pode atuar em [ ] baixas 
 A + B C + D 
 
v1 
v-1 
Considere as reações: 
Relembrando: Enzimas são catalisadores biológicos: 
Que diferenças existem entre catalisadores inorgânicos, como íons 
metálicos, e as enzimas ? 
 
• enzimas são mais eficientes: podem acelerar reações até 1014 vezes contra 
102 – 103 vezes dos catalisadores inorgânicos; 
 
• enzimas tem especificidade: catalisam reações envolvendo apenas um único tipo 
de reagente (absoluta); catalisam transformações de mais um substrato (relativa) 
 
• enzimas são estereo-específicas e não produzem sub-produtos reacionais; 
 
• enzimas operam em condições amenas de temperatura, pressão e pH; 
 
• enzimas podem ser altamente reguladas através de fatores extrínsecos à reação, 
tanto por ativadores como por inibidores. 
 
 E + S ES P + E 
Equação geral 
de uma reação 
enzimática 
representa o 
estado de 
transição 
9. Exemplos de reações enzimáticas 
Quimotripsina 
Hexoquinase 
Enolase 
Lisozima 
Transpeptidase e antibióticos -
lactâmicos 
 
Vera 
9.1. Comentário inicial 
O entendimento completo do mecanismo de reação 
enzimático requer o conhecimento completo de : 
1. Substratos 
2. Co-fatores e coenzimas 
3. Produtos 
4. Reguladores 
5. Sequência temporal onde se formam os 
intermediários da reação ligados à enzima 
6. A estrutura de cada intermediário e de cada estado 
de transição 
7. As velocidades de interconversão entre os 
intermediários 
8. A relação estrutural da enzima e cada intermediário 
9. A contribuição energética de cada reagente, 
intermediário e estado de transição. 
Vera 
A quimotripsina pancreática bovina é uma 
protease (MM 25.191) 
Clivagem hidrolítica das ligações peptídicas 
adjacentes aos resíduos de AA aromáticos (Trp, 
Phe, Tyr) (carboxila da ligação peptídica) 
Hidrólise de ésteres pequenos e amidas 
Catálise ácido-base, covalente e estabilização do 
estado de transição 
Formação de intermediário acil-enzima no 
estágio pré-estacionário 
 
9.2.1. Mecanismo da Quimotripsina 
9.2. Exemplos de reações enzimáticas 
Vera 
 Estrutura da Quimotripsina 
Estrutura 
primária 
 
3 cadeias 
polipeptídicas 
unidas por 
pontes 
dissulfeto 
 
Resíduos 
importantes 
para catálise 
His57 
Asp102 
Ser195 
Estrutura 
tridimensional 
Sítio ativo 
Sítio ativo 
Vera 
Quimotripsina hidrolisa o p-
nitrofenilacetato 
Explosão de p-nitrofenol 
(cor amarela) 
Fase rápida de acilação da 
enzima 
Fase lenta de deacilação da 
enzima 
Mecanismo da Quimotripsina 
Vera 
Quimotripsina – Dependência do pH 
(a) velocidade máx = cat/Km em pH 
8 
(b) Alteração na cat são devido à 
protonação da His57 
(c) Alteração na ionização da Ile16 
em pH alto, perda de próton 
resulta na perda de ponte salina 
e mudança do sítio ativo 
 
Vera 
Mecanismo da Quimotripsina 
Vera 
Mecanismo da Quimotripsina 
Vera 
Mecanismo da Quimotripsina 
Vera 
Mecanismo da Quimotripsina 
Vera 
Mecanismo da Quimotripsina 
Vera 
9.2.2. Mecanismo da Hexoquinase 
 A hidroxila no C6 da glicose (que é fosforilada) apresenta reatividade 
semelhante à água no sítio ativo da enzima 
 Glicose é favorecida na reação por um fator 106 
 A ligação da glicose é identificada pela enzima e ocorre o AJUSTE 
INDUZIDO 
 Entretanto, a ligação de xilose aumenta a hidrólise de ATP, sem fosforilar a 
ose...ocorreu o ajuste induzido, e a enzima tenta fosforilar a água 
Vera 
Vera 
Efeito do Mg2+ sobre o ATP 
FIGURA Papel do Mg2+ como um complexo ligado por substrato ao sítio ativo das 
quinases. Na hexoquinase, o fosfato terminal do ATP é transferido para glicose, 
formando glicose 6-fosfato. Mg2+ coordena com o ATP para formar o verdadeiro 
substrato, e pode fragilizar a ligação P-O terminal do ATP para facilitar 
transferência do fosfato para glicose. Há sítios de ligação específicos (cinza-claros) 
na enzima (cinza mais escuro) para glicose (superior à esquerda, em preto), bem 
como para resíduos de adenina e ribose no ATP (preto). 
Vera 
9.2.3. Mecanismo da Enolase 
 Desidratação reversível do 2-fosfoglicerato à 
fosfoenolpiruvato 
 
 Mecanismos de reação: CATÁLISE POR ÍON 
METÁLICO, CATÁLISE ÁCIDO-BASE GERAL, 
ESTABILIZAÇÃO DO ESTADO DE TRANSIÇÃO 
Vera 
Mecanismo da Enolase 
• O grupo carboxila do 2-fosfoglicerato é 
coordenado por 2 íons Mg no sítio ativo 
• Um próton é retirado pela Lis345 (catálise 
básica geral) (aceptor do próton) 
• O intermediário enólico é estabilizado pelos 
íons Mg 
• OH é eliminado pela catálise ácida geral 
mediada pelo Glu211 (doador do próton) 
Vera Vera 
9.2.4. Mecanismo da Lisozima 
 Ação antibacteriana 
 Encontrada na 
lágrima e na clara 
do ovo 
Vera 
Vera 
9.2.5. Mecanismo da 
transpeptidase 
Calvulin: Amoxicilina + ác clavulânico 
10. Evidências da complementaridade entre 
enzima e o estado de transição 
O estado de transição é um momento muito 
breve na catálise enzimática 
Como podemos obter a evidência da 
complementaridade entre a enzima e o 
estado de transição? 
 
10.1. Correlação estrutura-atividade 
10.2. Análogos do estado de transição 
 
 
 Vera 
10.1. Correlação estrutura-atividade 
Efeitos que pequenas 
mudanças 
estruturais na 
molécula do 
substrato 
provocam nos 
parâmetros 
cinéticos da 
hidrólise de uma 
amida catalisada 
pela quimiotripsina 
 Se as enzimas são complementares ao estado de 
transição, alterações na molécula do substrato devem afetar 
muito pouco os parâmetros cinéticos (Kd ou Km), entretanto 
devem ter um grande efeito sobre a velocidade total (cat ou 
cat/Km), já que o substrato ligado perde as interações 
potenciais de ligação. 
Vera 
Metil-amida 
Etil-amida 
10.2. Análogos do estado de transição 
O estado de transição não pode ser visto, mas 
pode ser predito, através do mecanismo de 
reação 
Drogas anti-HIV chamadas de inibidores de 
proteases foram desenvolvidas como análogos 
ao estado de transição, ligando-se fortemente ao 
sítio ativo das enzimas, com afinidade maior que 
o próprio substrato 
 
Vera 
Vera 
Vera 
Atividades ilustrativas IV 
Vera