Aula enzimas

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Universidade Federal de Mato Grosso
Disciplina de Bioquímica
Prof. Msc. Reginaldo Vicente Ribeiro
Enzimas
Cuiabá
Outubro de 2009
• Definição:
– São proteínas especializadas na catálise de 
reações biológicas;
– Formadas por longas cadeias de aminoácidos;
– exceção: grupo de RNA catalítico (RIBOZIMAS).
• Função:
–Viabilizar a atividade das células, regulando a 
velocidade de todos os processos fisiológicos.
ENZIMAS
� Aceleram reações químicas;
� Coordenam cadeias de reações;
� Estudo de patologias genéticas (enzimopatias);
� Acompanhamento de doenças e tratamentos;
� Diagnóstico de doenças;
� Processamento de alimentos.
ENZIMAS – Visão Geral
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• Catálise biológica → início séc. XIX
– digestão da carne: estômago;
– digestão do amido: saliva.
• Década de 50
– Louis Pasteur: fermentação do açúcar em álcool pela 
levedura é catalisada por “fermentos” = enzimas.
• Eduard Buchner (1897):
– extratos de levedo podiam fermentar o açúcar até
álcool;
– enzimas funcionavam mesmo quando removidas da 
célula viva.
ENZIMAS - HISTÓRICO
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• James Sumner (1926):
- Isolou e cristalizou a urease;
- Cristais eram de proteínas;
- Postulou que “todas as enzimas são proteínas”.
• John Northrop (década 30)
- Cristalizou a pepsina e a tripsina bovinas;
• Década de 50 – séc. XX
- 75 enzimas → isoladas e cristalizadas;
- Ficou evidenciado caráter protéico.
• Atualmente + 2000 enzimas são conhecidas.
ENZIMAS - HISTÓRICO
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- Adição do sufixo ”ASE” ao nome do substrato: 
* gorduras (lipo - grego) – LIPASE
* amido (amylon - grego) – AMILASE
- Nomes arbitrários:
* Tripsina e pepsina – proteases
Nomenclatura Enzimática
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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 Enzimática
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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.
Nomenclatura Enzimática
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.
Nomenclatura Enzimática
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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
Nomenclatura Enzimática
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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 Enzimática
� São produtos naturais biológicos;
� Apresentam um alto grau de especificidade;
� Desempenham a mesma função consecutivamente, sem 
serem consumidas no processo;
� São altamente eficientes, acelerando a velocidades das 
reações;
�Reduzem a energia de ativação;
� Atividade em temperatura e pH fisiológicos;
� Mais eficientes que vários catalisadores não biológicos.
ENZIMAS - CARACTERÍSTICAS 
GERAIS
Catalisadores
Aumentam a velocidade das reações
Atuam diminuindo a energia de ativação
ENZIMAS
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.
ENZIMAS - Catalisadores
• Catalisam as reações reduzindo a 
energia de ativação.
– É a energia inicial necessária para que uma 
reação química aconteça.
– Diferença entre os níveis de energia do 
estado basal e do estado de transição.
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ATP
Energia de ativação
Energia de ativação
Energia
Caminho da Reação
Energia de ativação sem enzima
S
P
Energia de ativação com 
enzima
Estrutura 
Enzimática
ProteínasRibozimas
RNAs SimplesConjugadas
Holoenzima Apoenzima
Cofator + apoenzima
Enzimas - Estrutura Enzimática
Proteína
Apoenzima ou
Apoproteína
Cofator
Pode ser:
• íon inorgânico
• molécula orgânica
Coenzima
Holoenzima
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� Algumas enzimas que contêm ou necessitam de 
elementos inorgânicos como cofatores
ENZIMA COFATOR
PEROXIDASE Fe+2 ou Fe+3
CITOCROMO OXIDASE Cu+2
ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn+2
HEXOQUINASE Mg+2
UREASE Ni+2
Enzimas - Cofator
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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 - Cofator
E + S E S E + P
E - Enzima
S - Substrato
ES - Complexo Enzima -Substrato
P - Produto
Componentes da Reação Enzimática
E + S E S P + E
Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO
da enzima
Componentes da Reação Enzimática
Centro Catalítico / Sítio Ativo 
• Região da molécula enzimática que 
participa da reação com o substrato;
• Pode possuir em sua constituição 
componentes não protéicos - cofatores;
• Possui aminoácidos auxiliares e de 
contato.
Ligação da Enzima ao Substrato
�2 modelos propostos:
• Chave-Fechadura �
• Encaixe Induzido ִ
Enzimas
Substratos
Complexo ES (Enzima-Substrato)
Ligação Sítio Ativo
Chave-fechadura
Encaixe induzido
Liberação do Produto 
+
Enzima inalterada 26
Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das 
enzimas originou →→→→ Chave-Fechadura ����, que considera 
que a enzima possui sitio ativo complementar ao 
substrato. 
Ligação enzima - substrato
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Koshland (1958): Encaixe Induzido ִִִִ, enzima e o 
substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato 
é distorcido para conformação exata do estado de 
transição.
Ligação enzima - substrato
• É a parte da enzimologia que estuda a 
velocidade das reações enzimáticas, e os 
fatores que influenciam nesta velocidade. 
• Na cinética enzimática avalia-se a quantidade 
de produto formado ou a quantidade de 
substrato consumido por unidade de tempo de 
reação.Cinética Enzimática
- pH;
- temperatura;
- concentração das enzimas;
- concentração dos substratos;
- presença de inibidores.
Fatores que alteram a velocidade 
de reações enzimáticas
Equação de Michaelis-Menten:
• Descreve como a velocidade de uma reação 
enzimática (Vo) depende da concentração do 
substrato.
Vo = Vmax [S] / Km + [S]
• A [S] é muito maior que a [E], o que leva a uma 
baixa [ES];
• A Vo é diretamente proporcional à [S].
INLUENCIA DA CONCENTRAÇÃO DE 
ENZIMAS E DE SUBSTRATOS 
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Ordem da reação
Quando a formação de P 
for proporcional à [S] 
velocidade da reação é de 
1a ORDEM
Quando a velocidade 
da reação independe 
da [S] a reação é de
ORDEM ZERO
Vo= Vmax
V
[S]
Vo = [S]
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O efeito do pH sobre a enzima deve-se às variações no 
estado de ionização dos componentes do sistema à
medida que o pH varia. 
Enzimas →→→→ grupos ionizáveis, existem em ≠ estados de 
ionização.
Influência do pH
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↑↑↑↑ temperatura dois efeitos ocorrem:
I - a taxa de reação aumenta, como se observa na maioria das 
reações químicas;
II - a estabilidade da proteína decresce devido a desativação 
térmica.
Enzima →→→→ temperatura 
ótima para que atinja sua 
atividade máxima, é a 
temperatura máxima na 
qual a enzima possui uma 
atividade crescente por um 
período de tempo.
Influência da Temperatura
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 
“Pode-se viver no mundo uma vida 
magnífica quando se sabe trabalhar 
pelo que se ama e amar aquilo em que 
se trabalha”.
Tolstói