Enzimas: Proteínas Catalisadoras

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Universidade Federal de Mato Grosso
Disciplina de Bioquímica
Prof. Msc. Reginaldo Vicente Ribeiro
Enzimas
Cuiabá
Setembro de 2010
• 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
Nº Classe Tipo de reação catalisada
1 Oxirredutases Transferência de elétrons
(íons hidreto ou átomos H)
2 Transferases Reações de transferência de grupos
3 Hidrolases Reações de hidrólise
4 Liases Adição de grupos em ligas duplas ouremoção 
de grupos com a formação de
ligas duplas
5 Isomerases Transferência de grupos dentro da mesma
molécula para formar isômeros
6 Ligases Formação de ligações C-C, C-S, C-O, C-N
pelo acoplamento da clivagem do ATP
Nomenclatura Enzimática
ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato
Nome triavial: Hexoquinase
IUB - ATP:glicose fosfotransferase - E.C. 2.7.1.1
2 - classe – transferase.
7 - sub-classe – fosfotransferase.
1 - sub-subclasse - fosfotransferase que utiliza grupo
hidroxila como receptor.
1 - indica ser a D-glicose o aceptor do grupo fosfato. 
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
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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)
ENZIMAS - Proteínas
Vantagens de serem protéicas: Vantagens de serem protéicas: 
� Células sintetizam enzimas conforme a necessidade;
� Grande variedade uma enzima para cada reação;
� Apresenta níveis de organização, podem ser 
desnaturada quando necessário. 
ENZIMAS - Proteínas
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Classificação quanto a composição Química:Classificação quanto a composição Química:
�Simples: apresentam apenas a.a. na estrutura 
molecular. Ex: amilase
�Conjugadas: apresentam também parte não protéica, 
chamadas apoenzima a parte protéica e coenzima a 
parte não protéica. 
ENZIMAS - Proteínas
Atuação enzimáticaAtuação enzimática
�Enzimas que atuam na própria célula em que são 
formadas, chamadas endoenzimas;
�Atuam fora da célula em que são produzidas, 
chamadas exoenzimas;
ENZIMAS - Proteínas
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
EnergiaEnergia
Caminho da ReaçãoCaminho da Reação
Energia de ativação Energia de ativação semsem enzimaenzima
SS
PP
Energia de ativação Energia de ativação com com 
enzimaenzima
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Representação gráfica da ação de enzimas na redução da energia de ativação necessária para que uma reação ocorra (Lopes, 2005).
Energia de ativação
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
Enzimas - Estrutura Enzimática
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� Pode possuir componentes não protéicos:cofatores.
HOLOENZIMA
Porção protéica
APOENZIMA
Grupamento Grupamento 
prostéticoprostético
Ativador:Íons inorgânicos que 
condicionam a ação catalítica 
das enzimas. Fe²+CofatorCofator
Coenzima: molécula orgânica 
complexa. NAD+
HOLOENZIMA
Porção protéica
APOENZIMA
Grupamento 
prostético
Ativador:Íons inorgânicos que 
condicionam a ação catalítica 
das enzimas. Fe²+Cofator
Enzimas - Estrutura Enzimática
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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
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EE ++ SS EE SS EE ++ PP
E - Enzima
S - Substrato
ES - Complexo Enzima -Substrato
P - Produto
Componentes da Reação Enzimática
EE ++ SS EE SS PP + + EE
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 inalterada30
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]
Baixa [S]
Velocidade é 
proporcional a [S]
Velocidade 
independe da [S]
Alta [S] 
excesso de S
Ordem da reação
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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
Proteína natural Proteína desnaturada
Agitação das moléculas e rompimento das ligaçõesAgitação das moléculas e rompimento das ligações
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 
“Pode“Pode--se viver no mundo uma vida se viver no mundo uma vida 
magnífica quando se sabe trabalhar magnífica quando se sabe trabalhar 
pelo que se ama e amar aquilo em que pelo que se ama e amar aquilo em que 
se trabalha”.se trabalha”.
TolstóiTolstói