Enzimas: Definição, Classificação e Funções

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Prof. Dr. Franciscleudo B. Costa 
UATA/CCTA/UFCG
1
Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar
Unidade Acadêmica de Tecnologia de Alimentos
FRANCISCLEUDO BEZERRA DA COSTA
PROFESSOR
BIOQUÍMICA GERAL
Campus Pombal
Pombal - PB
 Definição
 Importância e aplicações
 Classificação e nomenclatura
 Proteínas Fibrosas
 Mecanismos de catálise
 Fatores da velocidade de reação enzimática e atividade:
Cinética enzimática
 Inibição de enzimas
 Regulação da atividade
Aula 6
Enzimas
ENZIMAS são estruturas biocatalisadoras de
importante função no ORGANISMO. Constituídas de duas
partes independentes: a parte protéica, APOENZIMA e a
parte não proteíca, COENZIMA. A combinação das duas
estruturas forma a Holoenzima ou simplesmente ENZIMA.
Definição
Enzimas 
– Catalisadores biológicos;
– Longas cadeias de pequenas moléculas chamadas 
aminoácidos.
• Função:
– Viabilizar a atividade das células, quebrando
moléculas ou juntando-as para formar novos
compostos.
• Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de
RNA com propriedades catalíticas, chamadas de
RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS.
• Comparação das enzimas com catalisadores químicos.
Característica Enzimas Catalisadores Químicos
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estrutura complexa simples
Sensibilidade à T e pH alta baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica (geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) alto moderado
Natureza do processo batelada contínuo
Consumo de energia baixo alto
Formação de subprodutos baixa alta
Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples
Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa
Presença de cofatores sim não
Estabilidade do preparado baixa alta
Energia de Ativação baixa alta
Velocidade de reação alta baixa
ENZIMAS – PROTEÍNA
Classificação proteínas
Proteínas globulares Proteínas fibrosas
Estrutura das proteínas
Primaria Secundaria Terciária Quaternária
ENZIMAS 
Proteínas globulares
Estrutura terciária
Proteínas com alto peso
molecular, maioria entre 15 a
1000 Kilo Daltons Unit (kD)
Obs: 1 Dalton = 1 unidade de
peso molecular (AMU)
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enzimas – estrutura
RNA
Estrutura 
Enzimática
Ribozimas
Se covalente
Apoenzima ou
Apoproteína
Grupo Prostético
Holoenzima
Cofator
Coenzima
Proteína
Pode ser:
• íon inorgânico
• molécula orgânica
Cofatores Enzimáticos e Coenzimas
Cofatores: são pequenas moléculas orgânicas (Coenzimas) ou
inorgânicas (íons metálicos Zn, Cu, Mn, Fe entre outros) que
podem ser necessárias para a função de uma enzima. Estes co-
fatores não estão ligados permanentemente à molécula da enzima
mas, na ausência deles, a enzima é inativa.
A fração protéica de uma enzima, na ausência do seu cofator,
é chamada de apoenzima.
Apoenzima + Cofator = Holoenzima
inativa inativo ativa
Componentes da Reação Enzimática Componentes da Reação Enzimática
E + S ES E + P
E - Enzima
S - Substrato(s)
ES - Complexo Enzima -Substrato
P – Produto(s)
Complexo quimiotripsina-substrato
ligação do substrato 
ao centro ativo
Sitio ativo: ponto de encaixe entre o substrato e o centro ativo da enzima 
Substrato
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Características Gerais
 Apresentam alto grau de especificidade;
 São produtos naturais biológicos;
 Reações baratas e seguras;
 São altamente eficientes, acelerando a velocidade das
reações (108 a 1011 + rápida);
 São econômicas, reduzindo a energia de ativação;
 Não são tóxicas;
 Condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade
do solvente e força iônica.
Nomenclatura e classificação das enzimas:
Existem diferentes maneiras de nomear as enzimas:
Nome recomendado: curto e conveniente para uso no dia a dia. 
- Adiciona-se sufixo ASE ao nome do substrato
enzimas que hidrolisam: 
gorduras (lipo - grego) - LIPASE
amido (amylon - grego) - AMILASE
proteínas - PROTEASE
Outros ex.: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc.
Nome comum ou usual: consagrados pelo uso – motivos históricos
Ex.: Tripsina e pepsina – proteases
Catalase - quebra de H2O2
As enzimas são definidas pelo que fazem
1955 - Comissão de Enzimas (EC) da União
Internacional de Bioquímica (IUB) nomear e classificar.
Cada enzima  código com 4 dígitos que caracteriza o
tipo de reação catalisada:
1° dígito - classe
2° dígito - subclasse
3° dígito - sub-subclasse
4° dígito - indica o substrato
Nomenclatura Nome Sistemático: Mais específico, menos ambíguo 
Nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. 
Ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase
O mais importante sistema de classificação e nomenclatura foi 
estabelecido pela União Internacional de Bioquímica (IUB), e é 
baseada nas reações que catalisam:
1º dígito - classe
2º dígito - subclasse
3º dígito - sub-subclasse
4º dígito - indica o substrato
Cada enzima recebe um código com 4 dígitos que caracterizam o
tipo de reação. Ex: E.C. 5.1.2.15
(E.C.= Enzyme Comission)
CLASSIFICAÇÃO
1. Oxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons)
1.1.atuando em CH-OH
1.2.atuando em C=O
1.3.atuando em C=O-
1.4.atuando em CH-NH2
1.5.atuando em CH-NH-
1.6.atuando em NADH, NADPH
2.Transferases (transferem grupos funcionais entre moléculas)
2.1.grupos com um carbono
2.2.grupos aldeído ou cetona
2.3.grupos acil
2.4.grupos glicosil
2.7.grupos fosfatos
2.8.grupos contendo enxofre
3. Hidrolases (reações de hidrólise)
3.1.ésteres
3.2.ligações glicosídicas
3.4.ligações peptídicas
3.5.outras ligações C-N
3.6.anidridos ácidos
Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas.
4. Liases (catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água,
amônia e gás carbônico)
4.1. =C=C=
4.2. =C=O
4.3. = C=N-
5. Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar
isômeros)
5.1.racemases
6. Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre
duas pré-existentes, sempre às custas de energia)
6.1. C-O
6.2. C-S
6.3. C-N
6.4. C-C
Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas.
CLASSIFICAÇÃO
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 Subclasses
Exemplos de
Subclasses
Tipo de reação catalisada Classe
Hidratases Adicionam H2O à ligas duplas Liases
Quinases Transferem fosforilas do ATP Transferase
Mutases Movem fosforilas dentro da
mesma molécula
Isomerase
Sintases Síntese independente de ATP Transferases
Sintetases Síntese dependente de ATP Ligases
CLASSIFICAÇÃO
ADP + D-Glicose-6-fosfatoATP + D-Glicose
IUB - ATP:glicose fosfotransferase
E.C. 2.7.1.1
2 - classe - Transferase
7 - subclasse - Fosfotransferases 
1 - sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila 
como receptor
1 - indica ser a D-glicose o receptor do grupo fosfato
Nome trivial: Hexoquinase
Nomenclatura
CATALISADORES
Aceleram reações químicas
Ex: Decomposição do H2O2
Condições da Reação Energia livre de Ativação
KJ/mol Kcal/mol
Velocidade
Relativa
Sem catalisador
Platina
Enzima Catalase
75,2 18,0
48,9 11,7
23,0 5,5
1
2,77 x 104
6,51 x 108
H2O2 H2O O2+
Catalase
Não são consumidos na reação
H2O2 H2O O2+
Catalase
E + S E + P
CATALISADORES
Atuam em pequenas concentrações
1 molécula de Catalase
decompõe
5 000 000 de moléculas de 
H2O2
pH = 6,8 em 1 min
Número de renovação = n° de moléculas de substrato convertidas 
em produto por uma única molécula de enzima em uma dada 
unidade de tempo.
CATALISADORES
Não alteram o estado de equilíbrio
•Abaixama energia de ativação;
•Keq não é afetado pela enzima.
Não apresenta efeito termodinâmico global
•G não é afetada pela enzima.
Diferença entre
a energia livre 
de S e P
Caminho da Reação
Energia de ativação com enzima
Energia de ativação sem enzima
S
P
CATALISADORES
Energia livre de ativação (DG):
energia necessária para levar
todas as moléculas de 1 M de S
ao estado de transição ou
complexo ativado.
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COMPONENTES DA REAÇÃO
E + S E S P + E
Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO
da enzima
ENZIMAS – SÍTIO ATIVO
Região da molécula enzimática que participa da 
reação com o substrato.
Pode possuir componentes não protéicos:cofatores.
Possui aminoácidos auxiliares e de contato.
HOLOENZIMA
Porção protéica
APOENZIMA
Grupamento 
prostético
Ativador:Íons inorgânicos que 
condicionam a ação catalítica das 
enzimas. Fe²+Cofator
Coenzima: molécula orgânica 
complexa.NAD+
HOLOENZIMA
Porção protéica
APOENZIMA
Grupamento 
prostético
Ativador:Íons inorgânicos que 
condicionam a ação catalítica das 
enzimas. Fe²+Cofator
enzimas – cofator
 Algumas enzimas que contêm ou necessitam de elementos
inorgânicos como cofatores
ENZIMA COFATOR
PEROXIDASE Fe+2 ou Fe+3
CATALASE
CITOCROMO OXIDASE Cu+2
ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn+2
HEXOQUINASE Mg+2
UREASE Ni+2
ENZIMAS – COENZIMAS
Coenzima Abreviatura Reação
catalisada
Origem
Nicotinamida adenina
dinucleotídio
NAD+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Nicotinamida adenina
dinucleotídio fosfato
NADP+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Flavina adenina
dinucleotídio
FAD Oxi-redução Riboflavina ou
Vitamina B2
 Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis
 Classificam-se em:
- transportadoras de hidrogênio
- transportadoras de grupos químicos
 Transportadoras de hidrogênio
ENZIMAS – COENZIMAS
Coenzima Abrev. Reação catalisada Origem 
Coenzima A CoA-SH Transferência de 
grupo acil 
Pantotenato ou 
Vitamina B5 
Biotina Transferência de 
CO2 
Biotina ou 
Vitamina H 
Piridoxal fosfato PyF Transferência de 
grupo amino 
Piridoxina ou 
Vitamina B6 
Metilcobalamina Transferência de 
unidades de carbono 
Cobalamina ou 
Vitamina B12 
Tetrahidrofolato THF Transferência de 
unidades de carbono 
Ácido fólico 
Tiamina 
pirofosfato 
TPP Transferência de 
grupo aldeído 
Tiamina ou 
Vitamina B1 
 
 Transportadoras de grupos químicos
LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO
Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das enzimas 
originou  Chave-Fechadura , que considera que a enzima 
possui sitio ativo complementar ao substrato. 
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Koshland (1958): Encaixe Induzido , enzima e o o 
substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é 
distorcido para conformação exata do estado de transição.
LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Enzyme Commission: “uma unidade (U) de atividade é a
quantidade de enzima que catalisa a transformação de 1
mmol de substrato a formação de 1 mmol de produto min.-1”.
 Expressa: U = mmoles produto min.-1
Atividade específica = U mg-1 de proteína
Enzima pura, condições que permita a velocidade da
reação seja máxima  o substrato  [S] de modo a permitir
que toda a enzima [E]  [ES].
V = K[E] = K[ES] 
Cinética Enzimática
 Victor Henri (1903): E + S  ES
1913 
Leonor Michaelis - Enzimologista
Maud Menten - Pediatra
E + S
K1
K-1
ES
Kp
E + P
Etapa rápida Etapa lenta
19 de abril de 2010
 Determinar as constantes de afinidade do S e dos I;
 Conhecer as condições ótimas da catálise;
 Ajuda a elucidar os mecanismos de reação;
 Determinar a função de uma E numa rota metabólica.
Cinética Enzimática
Assim, a principal característica do modelo de Michaelis-Menten para
reações enzimáticas é a formação do complexo ES. A [ES] é baixa,
mas permanece inalterada durante a reação. O S é convertido a P, que
é liberado da E. A E é regenerada ao final da reação.
Fatores que alteram a velocidade de reações enzimáticas:
 pH;
 temperatura;
 concentração de enzima;
 concentração de substrato;
 presença de inibidores.
ATIVIDADE ENZIMÁTICA Fatores que influenciam a ação enzimática
Potencial Hidrogeniônico, pH
– A ionização de AAs pode modificar a conformação da enzima.
– O substrato pode ser afetado.
1,5 7,7
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A estabilidade de uma enzima ao pH depende: 
 temperatura;
 força iônica;
 natureza química do tampão;
 concentração de íons metálicos contaminantes;
 concentração de substratos ou cofatores da enzima;
 concentração da enzima.
Fatores que influenciam a ação enzimática
Potencial Hidrogeniônico, pH Temperatura
Com o aumento da temperatura dois efeitos ocorrem:
– A taxa de reação aumenta;
– A estabilidade protéica reduz devido a desativação térmica.
Fatores que influenciam a ação enzimática
Concentração da Enzima
– A Vmáx. da reação é uma função da quantidade de enzima
disponível (existindo substrato em excesso).
[enzima] sobre a velocidade inicial (V0) com substrato em excesso.
Fatores que influenciam a ação enzimática
 Velocidade de transformação do S em P  quantidade de E.
 Desvios da linearidade ocorrem:
- Presença de inibidores na solução de enzima;
- Presença de substâncias tóxicas;
- Presença de um ativador que dissocia a enzima;
- Limitações impostas pelo método de análise.
 Recomenda-se:
- Enzimas com alto grau de pureza;
- Substratos puros;
- Métodos de análise confiável.
Concentração da Enzima
Fatores que influenciam a ação enzimática
 Concentração do Substrato
Fatores que influenciam a ação enzimática
Mistura 1 e 2ª ordem
Cinética de 1ª ordem
Inicialmente a velocidade
da reação é diretamente
proporcional a [S].
Fatores que influenciam a ação enzimática
 Concentração do Substrato
Mistura 1 e 2ª ordem
Cinética de 1ª ordem
A velocidade passa a
ser constante porque
não depende da [S]
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Mistura 1 e 2ª ordem
Cinética de 1ª ordem
A quantidade de reagente é o
suficiente grande para saturar todos
os sítios catalíticos enzimas.
Fatores que influenciam a ação enzimática
 Concentração do Substrato
Inibidores
Substâncias que reduzem a atividade de uma enzima 
de forma a influenciar a ligação do substrato.
Fatores que influenciam a ação enzimática
 Inibidores enzimáticos
Inibição enzimática
Qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática.
INIBIDORES
REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS
COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS INCOMPETITIVOS
Inibição Irreversível
O inibidor liga-se tão fortemente à enzima que a dissociação
não ocorre.
Podem destruir grupos funcionais que são essenciais para a
atividade enzimática.
A enzima não retoma a sua atividade normal.
Ex.: Inseticidas organofosforados na acetilcolinesterase
(enzima importante na transmissão dos impulsos nervosos).
 I se combina com um grupo funcional, na molécula da E, que é
essencial para sua atividade.
 Podem promover a destruição do grupo funcional
 Forma-se uma ligação COVALENTE entre o I e a E.
 Vmax  parte da E é completamente removida do sistema e Km
permanece a mesma.
K2 E + PE + S ESK1
EI
+
I
Inibição Irreversível
• Uma substância que compete diretamente com o substrato pelo
sitio de ligação de uma enzima.
• Inibidor normalmente é semelhante ao substrato, de modo que
se liga especificamente ao sitio ativo, mas difere do substrato por
não poder reagir com ele.
• O inibidor liga-se á enzima formando o complexo EI
cataliticamente inativo.
Inibição Competitiva
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9O inibidor não competitivo pode ser uma molécula que não se
assemelha com o substrato, mas apresenta uma grande
afinidade com a enzima.
Esta ligação pode distorcer a enzima tornando o processo
catalítico ineficiente.
Inibição Competitiva
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 Inibidor competitivo concorre com o S pelo sitio ativo da E livre.
 I  análogo não metabolizável, derivado de um S verdadeiro, S 
substituto da E ou um P da reação.
[S] necessária para obter a 
mesma [ES]
afinidade da enzima pelo S
I com estrutura similar ao S
Km aparente da enzima
Inibição Competitiva
1- sem inibidor
2- com inibidor na concentração [I1] 
3- com inibidor na concentração [I2] > [I1]
Inibição Competitiva
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 Inibidor não-competitivo se liga reversivelmente, aleatória e
independentemente em um sítio que lhe é próprio.
I não tem semelhança estrutural com o S
[substrato] não diminui a inibição
Km da enzima NÃO se altera
Vmax na presença do inibidor
Inibição Não-Competitiva
1- sem inibidor
2- com inibidor na concentração [I1] 
3- com inibidor na concentração [I2] > [I1]
Inibição Não-Competitiva
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 Inibidor incompetitivo se liga reversivelmente, em um sítio
próprio, ao complexo ES.
I não tem semelhança estrutural com o S
I favorece a formação do ESI
Km e Vmax da enzima
Inibição Incompetitiva
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1- sem inibidor.
2- com inibidor na concentração [I1] 
3- com inibidor na concentração [I2] > [I1]
Inibição Incompetitiva