Aula Semana 03 - Enzimas

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Integração semana 03
Enzimas
PROF. Flávio Leão
 @profflavioleao
Módulo Saúde e Homeostase
Enzimas
Enzimas são moléculas proteicas essenciais no metabolismo dos seres vivos, graças à sua capacidade de promover e acelerar reações químicas em nível celular. Essas proteínas se envolvem com os processos metabólicos essenciais à manutenção da vida. No entanto, dada sua especificidade de ação, o uso de enzimas tem sido cada vez mais explorado em nível industrial, seja na área médica, alimentícia ou química. 
Área Médica e Farmacêutica
Produção de antibióticos: A enzima penicilina amidase é usada para sintetizar antibióticos de forma mais limpa.
Tratamento de doenças: Enzimas como a asparaginase são usadas diretamente como medicamentos no tratamento de alguns tipos de leucemia.
Diagnósticos clínicos: A glicose oxidase é a base dos testes de tiras reagentes para medir o açúcar no sangue de diabéticos.
Cicatrização: Enzimas como a colagenase limpam feridas ao remover tecidos mortos de queimaduras ou úlceras.
Área Alimentícia
Fabricação de queijos: A quimosina (ou coalho) coagula as proteínas do leite para separar o soro da massa do queijo.
Produtos sem lactose: A enzima lactase quebra a lactose do leite em glicose e galactose para consumidores intolerantes.
Panificação: Amilases aumentam a maciez do miolo, melhoram a cor da casca e prolongam o tempo de prateleira dos pães.
Sucos e vinhos: Pectinases quebram a pectina das frutas, clarificando os sucos e aumentando o rendimento da extração.
Tratamento do Câncer: A enzima L-asparaginase é usada contra a Leucemia Linfoide Aguda. As células tumorais não conseguem produzir o aminoácido asparagina e dependem do sangue para obtê-lo. A enzima destrói a asparagina do sangue, "matando" as células cancerígenas de fome, sem afetar as células normais.
Tratamento Cardiovascular: Após um infarto ou AVC isquêmico, enzimas trombolíticas como a estreptoquinase ou o tPA (ativador do plasminogênio tecidual) são injetadas na veia para dissolver rapidamente os coágulos que entopem as artérias.
Grande parte das reações do corpo humano são aceleradas por enzimas, chamadas de biocatalisadores. Elas influenciam na velocidade dos processos sem serem consumidas ou modificadas. Elas não são alteradas no processo químico, mas garantem que os processos fisiológicos ocorram de modo ordenado, garantindo a homeostasia do organismo.
As enzimas são específicas, elas só funcionam com o seu substrato determinado, em concentração mínima, mantendo inalterado o equilíbrio da reação.
Enzimas
Enzimas
São proteínas catalisadoras, ou seja, são proteínas capazes de acelerar uma reação química que necessita de muita tempo (ou energia) para acontecer.
Glicose (C6H12O6)
Oxigênio (O2)
Gás Carbônico (CO2)
Água (H2O)
energia
Glicose (C6H12O6)
Oxigênio (O2)
Glicose e oxigênio. Na cozinha de casa, o açúcar não se transforma em CO2 e água ao entrar em contato com oxigênio. Na célula, enzimas aceleram essa reação e utilizam sua energia.
Catálise enzimática
São proteínas  (na forma terciária na maior parte das vezes) que catalisam as reações químicas, permitindo maior velocidade com menos gasto de energia; Exceção para a ribozima que é uma enzima, mas não é uma proteína;
São específicas, ou seja, cada enzima atuará em uma molécula específica do organismo (substrato) pela forma tridimensional;
Apresenta um sistema chave-fechadura; encaixe induzido;
O local onde o substrato se encaixa na enzima é denominado sítio ativo
Catálise enzimática
Enzimas
Catálise enzimática
Acompanhe no Infográfico a seguir as características da enzima e o modelo de ligação.
Catálise enzimática
Catálise enzimática
Acompanhe no Infográfico a seguir as características da enzima e o modelo de ligação.
Catálise enzimática
Catálise enzimática
🧑‍🔧 Enzima Simples: O Operário Independente
Uma enzima simples é aquele operário que consegue fazer o trabalho dele sozinho, sem ajuda de ninguém e sem usar nenhuma ferramenta especial.
De que é feita: Apenas de proteínas (aminoácidos).
Como funciona: A própria estrutura dela já tem tudo o que precisa para realizar a reação química.
Exemplo prático: A pepsina (uma enzima do nosso estômago que digere as proteínas da comida).
Catálise enzimática
🛠️ Enzima Conjugada: O Operário com Ferramenta
Uma enzima conjugada é aquele operário que não consegue trabalhar sozinho. Se ele não tiver a ferramenta certa na mão, ele fica parado e a fábrica não funciona.
Nesse caso, a enzima completa e pronta para trabalhar é chamada de Holoenzima. Ela é dividida em duas partes:
Apoenzima (O Operário): É a parte feita de proteína. Sozinha, ela é inativa (não consegue trabalhar).
Cofator ou Coenzima (A Ferramenta): É a parte não proteica. Sem ela, o operário não faz nada.
Se for um mineral (como Ferro, Zinco ou Magnésio), chamamos de Cofator.
Se for uma molécula orgânica (geralmente uma vitamina), chamamos de Coenzima.
Exemplo prático: A hemoglobina (precisa do Ferro para carregar o oxigênio) ou enzimas do metabolismo que precisam de vitaminas do complexo B para funcionar.
As enzimas são específicas, elas só funcionam com o seu substrato determinado, em concentração mínima, e mantendo inalterado o equilíbrio da reação.
As enzimas podem ser nomeadas de acordo com o substrato ou com a reação e elas possuem propriedades, tais como o sítio ativo. Toda reação que ocorre em presença de um catalisador, como é o caso das reações enzimáticas, é considerada uma catálise.
Catálise enzimática
Em relação à nomenclatura, as enzimas podem ser nomeadas de acordo com o substrato ou com a reação, adicionando-se o sufixo “ase”. Por exemplo, sacarase e lactato desidrogenase. Algumas têm nomes particulares, como a tripsina. 
Catálise enzimática
As enzimas possuem uma pequena região chamada sítio ativo. Podemos imaginar o sítio ativo como uma espécie de “bolsa” ou encaixe, onde ocorre a ligação com a molécula sobre a qual a enzima irá atuar.
O sítio ativo é formado por alguns aminoácidos que possuem características químicas e uma organização tridimensional específica. Essa estrutura permite que determinadas moléculas, chamadas de substratos, se encaixem adequadamente no sítio ativo.
Esse encaixe é bastante específico. Por isso, uma enzima geralmente reconhece e se liga apenas a determinados substratos, de maneira semelhante a uma chave que se encaixa em uma fechadura.
Catálise enzimática
Formação do complexo enzima-substrato
Quando o substrato se aproxima da enzima e se encaixa no seu sítio ativo, ocorre a formação do chamado complexo enzima-substrato (ES).
Podemos representar esse processo da seguinte maneira:
Enzima (E) + Substrato (S) → Complexo Enzima-Substrato (ES)
Depois de se ligar ao substrato, a enzima facilita as transformações químicas necessárias para que ele seja convertido em um ou mais produtos (P).
Assim, o complexo enzima-substrato passa progressivamente para o estado de enzima-produto (EP), até que o produto seja liberado e a enzima fique novamente disponível para participar de outra reação.
Catálise enzimática
O que é o número de renovação (turnover)?
As enzimas podem realizar muitas reações em um período muito curto. Para avaliar a eficiência de uma enzima, utiliza-se um parâmetro chamado número de renovação, também conhecido como turnover.
O turnover indica quantas moléculas de substrato uma molécula de enzima consegue transformar em produto por segundo, quando a enzima está trabalhando em condições adequadas e com substrato suficiente disponível.
Por exemplo, se uma enzima apresenta um turnover de 100 moléculas por segundo, significa que, em condições adequadas, cada molécula dessa enzima consegue transformar aproximadamente 100 moléculas de substrato em produto a cada segundo.
Portanto, quanto maior for o número de renovação, maior tende a ser a capacidade catalítica da enzima, ou seja, sua capacidade de transformar substratos em produtos rapidamente.
Catálise enzimática
Catálise e mecanismo de ação das enzimas
A catálise é o processono qual uma reação química ocorre com a participação de uma substância chamada catalisador. As reações que acontecem com a participação de enzimas são exemplos de reações catalisadas.
Para compreender como as enzimas atuam no organismo, primeiro é importante entender o que é um catalisador e como ele influencia uma reação química.
O que é um catalisador?
Um catalisador é uma substância capaz de aumentar ou modificar a velocidade de uma reação química, sem ser consumida durante o processo e sem fazer parte dos produtos formados ao final da reação.
No organismo, as enzimas funcionam como catalisadores biológicos. Elas permitem que muitas reações químicas aconteçam de maneira muito mais rápida e eficiente, tornando possíveis diversos processos fundamentais para a manutenção da vida, como a digestão dos alimentos, a produção de energia e a síntese de moléculas.
A catálise é o processo no qual uma reação química ocorre com a participação de uma substância chamada catalisador. As reações que acontecem com a participação de enzimas são exemplos de reações catalisadas.
Para compreender como as enzimas atuam no organismo, primeiro é importante entender o que é um catalisador e como ele influencia uma reação química.
O que é um catalisador?
Um catalisador é uma substância capaz de aumentar ou modificar a velocidade de uma reação química, sem ser consumida durante o processo e sem fazer parte dos produtos formados ao final da reação.
No organismo, as enzimas funcionam como catalisadores biológicos. Elas permitem que muitas reações químicas aconteçam de maneira muito mais rápida e eficiente, tornando possíveis diversos processos fundamentais para a manutenção da vida, como a digestão dos alimentos, a produção de energia e a síntese de moléculas.
Catálise enzimática
O que é energia de ativação?
Para que uma reação química aconteça, não basta que duas moléculas estejam próximas. É necessário que elas tenham energia suficiente para iniciar a transformação química.
Essa quantidade mínima de energia necessária para que uma reação comece é chamada de energia de ativação.
Podemos imaginar a energia de ativação como uma barreira que precisa ser ultrapassada para que a reação aconteça.
As moléculas que participam da reação, chamadas de reagentes ou substratos (R), precisam receber essa energia adicional para atingir um estado de maior energia, denominado estado ativado (R*).
Nesse estado, as ligações químicas das moléculas podem ser modificadas: algumas ligações podem ser quebradas, enquanto outras podem ser formadas. Como resultado dessas transformações, são produzidas novas moléculas, chamadas de produtos (P).
De forma simplificada:
Reagente (R) + energia de ativação → Estado ativado (R*) → Produto (P)
Catálise enzimática
As enzimas facilitam esse processo porque diminuem a energia de ativação necessária para que a reação aconteça. Dessa forma, a reação pode ocorrer mais rapidamente e em condições compatíveis com o funcionamento do organismo.
É importante destacar que a enzima não é consumida durante a reação. Após participar do processo, ela permanece disponível para realizar novas reações.
Em resumo: a enzima funciona como um catalisador biológico que facilita a ocorrência das reações químicas, principalmente porque reduz a energia de ativação necessária para que os substratos sejam transformados em produtos.
Sítio Ativo de uma Enzima
              
Aminoácidos
Catálise enzimática
Sítio Ativo de uma Enzima
          
Catálise enzimática
Enzimas
A catálise é toda reação que ocorre em presença de um catalisador, como é o caso das reações enzimáticas. 
Ação da enzima anidrase carbônica: Degrada o ácido carbônico em CO2 e H2O. 
anidrase carbônica
Catálise enzimática
O ácido carbônico (H₂CO₃) é formado principalmente pela reação do dióxido de carbono (CO₂) com a água. Por ser um ácido fraco e instável, ele se decompõe facilmente, o que o torna muito útil em processos industriais e biológicos.
A velocidade da reação química é proporcional ao número de moléculas no estado ativado (de transição). Este estado é atingido devido ao choque intermolecular que pode ser acelerado quando se fornece calor ao sistema, ou quando se adiciona um catalisador. 
O catalisador é capaz de se combinar com os reagentes formando um composto intermediário de menor energia. Assim, a barreira energética a ser transposta é diminuída, os produtos são formados e o catalisador livre é regenerado.
Catálise enzimática
Enzimas
Como funciona a enzima?
Processo de catálise enzimática. A enzima se une ao substrato, formando uma um complexo. A reação química se completa com a formação dos produtos (EP) e sua liberação (E+P).
 S + E  ES  EP  E + P 
Substrato
Enzima
Complexo enzima-substrato
Enzima
Produtos
As enzimas possuem um sítio ativo. O sítio ativo é o local onde o substrato se liga na enzima. Lá ele é posicionado da melhor maneira para reação química.
Fatores que influenciam a ação enzimática
Mudanças no pH
Cada enzima possui um pH ideal para trabalhar. Com a redução da acidez (aumento do pH) a velocidade de reação da pepsina diminui. A maior velocidade de reação da glicose-6-fosfatase ocorre próximo ao pH 8,0. 
Pepsina - Meio ácido. Ela é ativada pelo ácido clorídrico do estômago. Inicia a quebra das proteínas grandes dos alimentos logo que eles chegam ao estômago.
Tripsina - No pâncreas, e é liberada no intestino delgado (no duodeno) na forma inativa de tripsinogênio.
Fatores que influenciam a ação enzimática
Mudanças na Temperatura
Temperatura elevada pode desnaturar a enzima. Em temperaturas muito baixas a enzima é pouco ativa, porém assim como as proteínas, as enzimas podem desnaturar em temperatura elevada. 
V0: velocidade inicial da reação enzimática 
Fatores que influenciam a ação enzimática
Mudanças na Temperatura
Fatores que influenciam a ação enzimática
Enzimas
Inibidores enzimáticos reversíveis
Inibidores competitivos: 
Substâncias que ligam no sítio ativo da enzima e competem pelo espaço com o substrato.
Não afetam a velocidade máxima de reação da enzima (Vmax).
Inibidores não competitivos: 
Substâncias que não se ligam no sítio ativo da enzima, se ligam no complexo enzima substrato.
Reduzem a velocidade máxima (Vmax) de reação da enzima.
Enzimas
Inibidores enzimáticos reversíveis
1. Inibição Competitiva (Exemplo do Carro Fechado)
Imagine uma enzima como uma vaga de estacionamento feita para o Substrato A (Oxigênio).
Como funciona: O Inibidor (Monóxido de Carbono - fumaça do cigarro ou escapamento) tem o mesmo tamanho e formato que o oxigênio. Ele corre e estaciona na vaga primeiro.
Resultado: Enquanto o monóxido de carbono estiver na vaga, o oxigênio não consegue entrar.
Inibição Não Competitiva (Exemplo da Chave e do Cadeado)
Imagine a enzima como um cadeado e o substrato como a chave certa.
Como funciona: O Inibidor (como o veneno Cianeto) não tenta entrar no buraco da chave. Ele vai até a dobradiça do cadeado e joga uma cola ali.
Resultado: O buraco da chave continua livre, e a chave até entra nele. Porém, o cadeado está colado e não abre de jeito nenhum.
Consequência: Não adianta nada você trazer mil chaves iguais (aumentar o substrato). O cadeado continua quebrado porque o estrago foi feito em outro lugar.
Estão nas células e fluidos corporais;
Não são consumidas durante uma reação;
Na indústria são utilizadas na produção do queijo (proteases), controle do cheiro (nucleases), remoção do amargor e fermentação.
Outros aspectos das enzimas
Enzimas
Inibidores enzimáticos reversíveis
Pós teste!
Enzimas
Pós teste
Questão 1:
Sobre as enzimas, é correto afirmar que:
(A) São moléculas lipossolúveis.
(B) São constituídas por moléculas de glicose.
(C) São, na maioria das vezes, proteínas por natureza.
(D) Não têm uma especificidade elevada.
(E) A eficiência da enzima é baixa em comparação a reações espontâneas.
Enzimas
Pós teste
Questão 1:
Sobre as enzimas, é correto afirmar que:
(A) São moléculas lipossolúveis.
(B) São constituídas por moléculasde glicose.
(C) São, na maioria das vezes, proteínas por natureza.
(D) Não têm uma especificidade elevada.
(E) A eficiência da enzima é baixa em comparação a reações espontâneas.
Enzimas
Pós teste
Questão 2:
Quais são os componentes gerais de uma reação enzimática simples?
(A) Enzima e produto.
(B) Substrato e produto.
(C) Enzima e substrato.
(D) Enzima, substrato e produto.
(E) Somente o produto.
Enzimas
Pós teste
Questão 2:
Quais são os componentes gerais de uma reação enzimática simples?
(A) Enzima e produto.
(B) Substrato e produto.
(C) Enzima e substrato.
(D) Enzima, substrato e produto.
(E) Somente o produto.
Enzimas
Pós teste
Questão 3:
Sobre os cofatores, é correto afirmar que:
(A) São exclusivamente derivados de vitaminas.
(B) Existem dois grupos de cofatores: íons inorgânicos (p.ex., ferro, selênio, magnésio) e coenzimas (derivadas de vitaminas).
(C) Todas as enzimas necessitam de cofatores.
(D) Os cofatores são opcionais nas reações enzimáticas, pois as enzimas podem funcionar na sua atividade máxima sem elas.
(E) A falta de uma coenzima, derivada de vitaminas não é capaz de gerar uma deficiência no indivíduo
Enzimas
Pós teste
Questão 3:
Sobre os cofatores, é correto afirmar que:
(A) São exclusivamente derivados de vitaminas.
(B) Existem dois grupos de cofatores: íons inorgânicos (p.ex., ferro, selênio, magnésio) e coenzimas (derivadas de vitaminas).
(C) Todas as enzimas necessitam de cofatores.
(D) Os cofatores são opcionais nas reações enzimáticas, pois as enzimas podem funcionar na sua atividade máxima sem elas.
(E) A falta de uma coenzima, derivada de vitaminas não é capaz de gerar uma deficiência no indivíduo
Enzimas
Pós teste
Questão 4:
É propriedade das enzimas:
(A) Sofrer alterações nas reações enzimáticas.
(B) Atuar em grandes concentrações.
(C) Alterar o equilíbrio das reações.
(D) Acelerar as reações bioquímicas.
(E) Diminuir a velocidade das reações enzimáticas.
Enzimas
Pós teste
Questão 4:
É propriedade das enzimas:
(A) Sofrer alterações nas reações enzimáticas.
(B) Atuar em grandes concentrações.
(C) Alterar o equilíbrio das reações.
(D) Acelerar as reações bioquímicas.
(E) Diminuir a velocidade das reações enzimáticas.
Enzimas
Pós teste
Questão 6:
A pepsina é uma enzima gástrica que faz a digestão de proteínas. Por ser encontrada no estômago, que possui um pH em torno de 2, esta enzima tem um funcionamento ótimo em pHs mais ácidos. Se colocarmos esta enzima em um pH=8 e tentarmos utilizá-la para catalisar a digestão de uma proteína, o resultado será:
(A) A enzima catalisará a reação de melhor forma visto que o aumento do pH favorece a catálise. 
(B) O mesmo, porque o pH não interfere na catálise. 
(C) A enzima diminuirá a velocidade de reação devido à mudança do pH. 
(D) Nulo, porque a enzima estará desnaturada pela mudança do pH.
(E) Nulo, porque pHs elevados podem inibi-la.
Enzimas
Pós teste
Questão 6:
A pepsina é uma enzima gástrica que faz a digestão de proteínas. Por ser encontrada no estômago, que possui um pH em torno de 2, esta enzima tem um funcionamento ótimo em pHs mais ácidos. Se colocarmos esta enzima em um pH=8 e tentarmos utilizá-la para catalisar a digestão de uma proteína, o resultado será:
(A) A enzima catalisará a reação de melhor forma visto que o aumento do pH favorece a catálise. 
(B) O mesmo, porque o pH não interfere na catálise. 
(C) A enzima diminuirá a velocidade de reação devido à mudança do pH. 
(D) Nulo, porque a enzima estará desnaturada pela mudança do pH.
(E) Nulo, porque pHs elevados podem inibi-la.
BONS ESTUDOS!
 
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