Enzimas: Definição, Estrutura e Propriedades

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Enzimas
Profa Giulianna Paiva V De A Souza
Todas as enzimas são prote ínas, 
com EXCEÇÃO das ribozimas (RNA 
com atividade enzimática) 
1. Enzimas -Definição
Enzimas
Proteínas especial izadas
Aceleram reações químicas
Holoenzima
Proteína
Apoenzima ou
Apoproteína
Cofator
Pode ser:
• íon inorgânico
• molécula orgânica
Se covalente Coenzima
Grupo Prostético
2. Estrutura
3. Propriedades
• Catalisadores de reações nos sistemas 
biológicos
• Grande eficiência catal ítica 
• Alto grau de especi ficidade por seus 
substratos
• Funcionam:
- em soluções aquosas
- em pH e temperaturas fi siológicas
Catalisadores
a) Aceleram as reações
Ex.: Decomposição do H2O2
Condições da Reação Energia livre de Ativação
kj/mol kcal/mol
Velocidade
Relativa
Sem catalisador
Enzima Catalase
75,2 18,0
23,0 5,5
1
6,51 x 108
b) Não são consumidos na reação
H2O2 H2O O2+Catalase
E E ++ SS EE ++ PPES
c) Atuam em pequenas concent rações
1 molécula de 
Catalase
decompõe
5 000 000 de 
moléculas de 
H2O2
pH = 6,8 em 1 min
Número de renovação
TURNOVER NUMBER
Capacidade de converter s ubstrato em produto 
em unidade de tempo
d) Não alteram o equilíbrio das reações
- o equilíbrio entre S e P ref lete a diferença em 
energia livre dos seus estados basais
En
er
gi
a
En
er
gi
a
Caminho da ReaCaminho da Reaççãoão
Energia de ativaEnergia de ativaçção ão 
semsem enzimaenzima
SS
PP
Energia de Energia de 
ativaativaçção ão com com 
enzimaenzima
Equilibrio:
Diferença entre
a energia livre 
de S e P
Hidrólise catalisada 
por
enzima espec ífica 
para o glicogênio
Hidrólise 
catalisada por 
HCl a quente 
X
Especificidade
Enzimas Enzimas -- EspecificidadeEspecificidade
Especificidade Absoluta
Reconhece uma única molécula como 
substrato
Ex: Urease
NH2 – C – NH2
S
Tioureia
Tipo de ligação e um dos fragmentos 
devem ser espec íficos
Ex: maltase digestão de glicídios
Glicose Glicose
MaltoseMetade da molécula deve ser a glicose
Glicose Ex: ose
Frutose
Galactose
Arabinose
Xilulose
Enzimas Enzimas -- EspecificidadeEspecificidade
Especificidade Relativa
4. Reação enzimática -componentes
EE ++ SS EE SS EE ++ PP
E - Enzima
S - Substrato(s)
ES - Complexo Enzima -Substrato
P – Produto(s)
5. Mecanismo de a ção enzimática
• Alteração de energia durante a rea ção 
Energia de ativação (barreira energética)
– Diferença entre os níveis de energia do estado basal 
e do estado de transição
En
er
gi
a
En
er
gi
a
ReaReaççãoão
Energia de ativaEnergia de ativaçção ão 
semsem enzimaenzima
SS
PP
Energia de Energia de 
ativaativaçção ão com com 
enzimaenzima
Equilibrio:
Diferença entre
a energia livre 
de S e P
6. Centro ativo/ s ítio ativo
• Região da molécula enzimática que 
participa da reação com o substrato
• Pode possuir componentes não protéicos 
cofatores
7. Modelos de ligação da enzima 
ao substrato 
a2 modelos propostos:
• Chave-Fechadura Ñ
• Encaixe Induzido y
Modelo chave-fechadura
Encaixe -induzido
8.Cinética enzimática
V
Quantidade de produto f ormado
Quantidade de substrato transf ormado
(em unidade de tempo)E
Introdução à Cinética 
Enzimática
Estudo da velocidade da reação (V): S ® P
Atividade enzimática pode ser medida pela 
velocidade da rea ção catalisada
Leonor Michaelis -Enzimologista
Maude Menten - Pediatra
v
[S]
Cinética de
1a ordem
Cinética de
ordem zero
vmax
Cinética enzimática
Influência da concentração de substrato 
sobre a atividade enzimática
Quando a
formaformaçção de P for ão de P for 
proporcionalproporcional àà [S][S]
a reação é de
1a ORDEM
Quando a velocidade velocidade 
da reada reaçção independe ão independe 
da [S]da [S] a reação é de 
ORDEM ZERO
Ve
lo
ci
da
de
da
 re
aç
ão
[S]
Atividade Enzim ática 
• Depende também:
–poder catal ítico da enzima
• capacidade da enzima de transformar 
o substrato l igado ao complexo ES em 
produto por unidade de tempo
ES ® E + P
–afinidade da enzima pel o substrato (Km)
• maior ou menor capaci dade da enzima 
de se ligar ao substrato
E + S ® ES
Poder catalítico da enzima
Enzimas - Poder catal ítico
Poder catal íticonº de renovação
Velocidade máxima da reação
Atividade Enzim ática 
• Depende também:
–poder catal ítico da enzima
• capacidade da enzima de transformar 
o substrato l igado ao complexo ES em 
produto por unidade de tempo 
ES ® E + P
–afinidade da enzima pel o substrato (Km)
• maior ou menor capaci dade da enzima 
de se ligar ao substrato
E + S ® ES
Afinidade da enzima pelo substrato (KM)
KM= [S]
Numericamente, KM pode ser expresso como a 
[substrato] necessária para que a velocidade da 
reação seja metade da velocidade máxima
V máx
[S]
V
Vmax
2
KM
KM
Afinidade da enzima pelo substrato
Pequena [substrato] é
necessária para a reação 
atingir metade da Vmáxima
KM
Grande [substrato] é
necessária para a reação 
atingir metade da Vmáxima
Afinidade da enzima pelo substrato
Conclusões sobre KM
• Característico de cada enzima
• Reflete a afinidade da enzima pelo seu 
substrato
• É numericamente IGUAL a [substrato] na 
qual a velocidade da reação é metade da 
Vmáxima
9. Fatores que alteram a 
atividade de uma enzima
E + S ES E + P
• Fatores decorrentes da natureza prot éica das enzimas
- pH
- temperatura
• Fatores decorrentes da f ormação do complexo ES
- concentração do substrato
- concentração da enzima
• Presença de inibidores
• Influência do pH 
pH ótimo pH
Ve
lo
ci
da
de
 
da
 re
aç
ão
Mantidas fixas as condi ções de:
- temperatura
- [substrato]
- [enzima]
a) fosfatase ácida
resíduo de aa envolvido na catálise
aspartato - pH ótimo » 4,5
b) fosfatase alcalina
resíduo de aa envolvido na catálise
lisina - pH ótimo » 9,5
pH ótimo varia para 
diferentes enzimas
• Influência da temperatura 
Ativação 
térmica Desnaturação 
térmica
Temperatura ótima
Mantidas fixas as 
condições de:
- pH ótimo
- [substrato]
- [enzima]
•Influência da concentra ção da 
enzima
[E]
Ve
lo
ci
da
de
da
 re
aç
ão
Mantidas fixas as 
condições de:
- pH ótimo
- Temperatura ideal
- [substrato] em excesso
Ve
lo
ci
da
de
da
 re
aç
ão
[S]
Cinética de
1a ordem
Cinética de
ordem zero
Mantidas fixas as 
condições de:
- pH ótimo
- Temperatura ideal
- [Enzima]
•Influência da concentra ção de 
substrato
Baixa concentra ção de substrato
E E
E E
S
+ E E
E E
S E E
E E
P
P+
3/4 de saturação do centro ativo da enzima
S
S
S
+
E E
E E
E E
E E
S S
S
E E
E E +
P P
P
P PP
Formação do produto é PROPORCIONAL à
concentração de substrato
100 % de saturação do centro ativo da enzima
S
S
S
S
+
E E
E E
E E
E E
S S
S S
E E
E E +P
P
P
P
P
PP
P
[Substrato] em excesso
Velocidade da rea ção independe da [S]
S
S
S
S
S
S
S
S
+ E E
E E
E E
E E
S S
S S
E E
E E + P
P
P
P
P
PP
P
S SS
S
S
S S
S
Inibição Enzimática
Quanto ao tipo:
competitiva
não-competitiva
inibidor ¯ a atividade de uma 
única enzima ou de um grupo 
restrito de enzimas
irreversível
reversível
inibidor ¯ a atividade de todas 
as enzimas 
ex: agentesdesnaturantes
• inespecífica -
• específica -
Inibição Enzimática
– Inibição Enzimática Irreversível 
• inibidor se combina com um grupo 
funcional (sítio ativo) da enzima
• inibidor se liga à enzima formando 
um complexo ESTÁVEL
• forma-se uma ligação COVALENTE
entre o inibidor e a enzima
Inibição Enzimática
– Inibição Enzimática Reversível
• inibidor forma com a enzi ma um 
complexo INSTÁVEL
• inibição NÃO envolve modificação 
COVALENTE
• Tipos de inibidores reversíveis
• competitivos
• não competi tivos
Inibição Competitiva
Inibidor compet itivo
Estrutura semelhante à do substrato
Liga-se ao Sítio Ativo da Enzima
E + S ES E + P
EI 
+
I
Inibição Competitiva
[substrato] necessária para que a enzima 
funcione normalmente
afinidade da enzima pelo substrato
Na presença do inibidor competitivo
Km da enzima
Inibição Não-Competitiva
E + S ES E + P
EI + S
+
I
+
I
EIS
• Inibido não-competitivo
NÃO se liga ao sítio ativo da enzima 
Inibição Enzimática –Não 
Competitiva
• Inibidor não tem semel hança estrutural com 
o substrato 
• NÃO se liga no sítio ativo da enzima
• Aumento da [substrato] não di minui a 
inibição 
• KM da enzima NÃO se altera
• A VELOCIDADE máxima DIMINUI na 
presença do inibidor
Cinética Enzimática
• Enzimas Michaelianas
• Enzimas Alostéricas
9. Enzimas alost éricas
Não-Micheliana Enzimas ALOSTÉRICAS
Curva sigmóide 
Característica das 
enzimas alostéricas
Tipos de efetores
• Efetor Homotrópicos
– S = EFETOR 
Ex:Substrato influenciando substrato
Em geral são positivos
• Efetor Heterotrópico
– S = EFETOR 
Podem ser positivos ou negativos
Enzimas Alostéricas
Efetor Homotrópicos
Em geral é o Substrato
união do efetor a um dos s ítios da enzima aumenta as 
propriedades catal íticas dos outros s ítios de ligação 
Fenômeno de COOPERATIVIDADE
Enzimas Alostéricas
Efetor Heterotrópico
Diferente do substrato
Ex: inibição por feedback
Enzima possui um s ítio 
alostérico ao qual se liga 
o produto final da via
A B C D EE
10. Mecanismos de Regula ção 
da Atividade Enzim ática
• Compartimentalização intracelular
• Disponibilidade de substrato
• Enzimas alostéricas
• Modificação covalente
• Clivagem proteol ítica de pró-enzimas
• Controle à nivel gênico
Regulação da Atividade Enzimática
Enzimas Alostéricas
• Reguladas por
efetores ou moduladores alostéricos
fora do sítio ativo 
(sítio alostérico)
modo não covalente
positivos negativos
Regulação da Atividade Enzimática
Modificação Covalente
Fosforilação
Regula inúmeros processos metabólicos
Proteínas quinases e fosfatases
(ENZIMAS)
Regulação da Atividade Enzimática
Modificação Covalente 
Fosforilação
Enzima-OH
inativa
Enzima-OPO3-
ativa
ATP ADP
H2OHPO4-
Quinase
Fosfatase
EX:
Regulação da Atividade Enzimática
Clivagem Proteolítica
Enzima Ativa
Pró-Enzimas
Zimogênios
Clivagem Proteolítica
Enzimas digestivas - Proteases
Pepsinogênio ® Pepsina
Tripsinogênio ®Tripsina
Quimiotripsinogênio ® Quimiotripsina
Regulação da Atividade Enzimática
Clivagem Proteolítica
Regulação da Atividade Enzimática
Controle à Nível Gênico 
Mensagem genética
RNAm
PROTEÍNA
(ENZIMA)
Algumas enzimas não são sintetizadas 
continuamente pelas células
Regulação da Atividade Enzimática
Controle à Nível Gênico
Sua produção é induzida pela presença de 
uma substância adequada
INDUTOR
Induzir a transcrição dos genes da prote ína
(enzima)
Regulação da Atividade Enzimática
Controle à Nível Gênico
INDUTOR
presente
Síntese da 
proteína
INDUTOR
ausente
NÃO ocorre 
a síntese da 
proteína