Enzimas: Histórico, Função e Nomenclatura

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ENZIMAS
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ENZIMAS - HISTÓRICO
Catálise biológica  início séc. XIX
digestão da carne: estômago;
digestão do amido: saliva.
Década de 50
Louis Pasteur - concluiu que a fermentação do açúcar em álcool pela levedura era catalisada por “fermentos” = enzimas.
Eduard Buchner (1897)
extratos de levedo podiam fermentar o açúcar até álcool;
enzimas funcionavam mesmo quando removidas da célula viva.
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ENZIMAS: HISTÓRICO
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.
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Definição:
Catalisadores biológicos;
Longas cadeias de aminoácidos *
Função:
Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou juntando-as para formar novos compostos.
 Importância:
- Aceleram reações
- Coordenam cadeias de reações
- Respondem a estímulos locais e à distância
- Estudo de patologias genéticas
- Acompanhamento de doenças e tratamentos
- Diagnóstico de doenças
- Processamento de alimentos
ENZIMAS
*Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS.
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ENZIMAS
Enzimas cujas concentrações plasmáticas são alteradas em determinadas condições patológicas
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		 Classificação proteínas
 Proteínas globulares Proteínas fibrosas
 Estrutura das proteínas
 Primaria Secundaria Terciária Quaternária
		 ENZIMAS 
		 Proteínas globulares
		 Estrutura terciária
ENZIMAS
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Apresentam alto grau de especificidade e poder catalítico;
São produtos naturais biológicos;
Reações baratas e seguras;
São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações (108 a 1011 + rápida);
São econômicas;
Não são tóxicas;
Condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do solvente e força iônica. 
ENZIMAS: características
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Século XIX - poucas enzimas identificadas
 
 - Adição do sufixo ”ASE” ao nome do substrato: 
	* gorduras (lipo - grego) – LIPASE
	* amido (amylon - grego) – AMILASE
 - Nomes arbitrários:
	* Tripsina e pepsina – proteases
 
ENZIMAS: nomenclatura
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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
 
ENZIMAS - nomenclatura
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NOMENCLATURA
ADP + D-Glicose-6-fosfato
ATP + 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
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ENZIMAS: CATALISADORES
Aceleram reações químicas
Ex: Decomposição do H2O2 
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ENZIMAS: CATALISADORES
Não são consumidos na reação
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ENZIMAS: 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 ou Turnover = n° de moléculas de substrato convertidas em produto por uma única molécula de enzima em uma dada unidade de tempo.
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ENZIMAS – ESTRUTURA
Cofator
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COMPONENTES DA REAÇÃO
E + S E S P + E
Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO
da enzima
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ENZIMAS: SÍTIO ATIVO
Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato.
Pode possuir componentes não protéicos: cofatores ou coenzimas.
Possui aminoácidos auxiliares e de contato
Coenzima: molécula orgânica complexa. Ex: NAD
APOENZIMA
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COFATOR
 Algumas enzimas que contêm ou necessitam de elementos inorgânicos como cofatores
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COENZIMAS
 Maioria das coenzimas derivam de vitaminas hidrossolúveis
 Classificam-se em:
	- transportadoras de hidrogênio
	- transportadoras de grupos químicos
 Algumas coenzimas transportadoras de hidrogênio
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COENZIMAS
 Algumas coenzimas transportadoras de grupos químicos
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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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LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO
 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.
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 Atividade enzimática total: “uma unidade (U) de atividade é a quantidade de enzima que catalisa a transformação de 1 micro mol de substrato ou a formação de 1 micro mol de produto por minuto”.
Expressa: U (micro moles produto/minuto) 
 Atividade específica = U/mg de proteína
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ATIVIDADE ENZIMÁTICA
 Enzima pura - condições que permite que a velocidade da reação seja máxima
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
 Definição:
Estudo das velocidades de uma reação e suas mudanças em resposta a alterações em valores experimentais
 Efeito da concentração do substrato
Equação de Michaelis-Menten
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Fatores que alteram a velocidade de reações enzimáticas:
- pH;
	- temperatura;
	- concentração da enzima;
	- concentração do substrato;
	- presença de inibidores.
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ENZIMAS: 
ATIVIDADE ENZIMÁTICA
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INFLUÊNCIA DO pH
 A influência do pH sobre a catálise enzimática está ligada ao fato que elas apresentam grupos tituláveis nos resíduos de aminoácidos que as compõem. 
 A maioria apresenta um valor de pH para o qual sua atividade é máxima.
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 Enzima  temperatura ótima é a temperatura na qual ela alcança sua atividade máxima
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INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
 temperatura dois efeitos ocorrem:
 a taxa de reação aumenta, como se observa na maioria das reações químicas;
 a estabilidade da proteína decresce devido a desnaturação.
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ENZIMAS:
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
 Qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática.
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 I são compostos com estrutura 
molecular que lembra o S
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ENZIMAS: 
INIBIÇÃO COMPETITIVA
 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.
 [substrato] necessária para obter a mesma [ES]
afinidade da enzima pelo substrato
Velocidade da reação
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I não tem semelhança estrutural com o S
 
 [substrato] não diminui a inibição
 Vmax na presença do inibidor
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ENZIMAS: 
INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA
 Inibidor não-competitivo se liga reversivelmente, aleatória e independentemente em um sítio que lhe é próprio. 
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ENZIMAS:
INIBIÇÃO INCOMPETITIVA
 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 ES
 Vmax da enzima
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ENZIMAS: 
INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL
 O inibidor 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 
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ENZIMAS REGULATÓRIAS
 Tem sua atividade catalítica aumentada ou diminuída em resposta a determinados sinais, moléculas sinalizadoras (pequenos metabólicos ou cofatores).
 Controlam a etapa limitante
em uma cadeia de reações enzimáticas.
 Classes de enzimas reguladoras:
 Enzimas alostéricas;
 Enzimas reguladas pela modificação covalente reversível.
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ENZIMAS REGULATÓRIAS
Enzimas alostéricas
Funcionam através da ligação não-covalente e reversível de um metabólito regulador chamado modulador;
Moduladores podem ser inibidores ou ativadores;
 Os moduladores ligam-se ao sítio alostérico
São maiores e mais complexas, possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas.
Enzimas reguladas pela modificação covalente reversível
Grupos químicos são ligados covalentemente e removidos da enzima reguladora por enzimas diferentes, podem ser: fosfato, adenosina monofosfato, grupos metil, etc.
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Referências
 LEHNINGER, Albert L.; NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de bioquímica. 3. ed. São Paulo: Sarvier, 2002.
 
 STRYER, Lubert. Bioquimica. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2004. 
 PAMELA C. Champe, Denise R. Ferrier, Richard A. Harvey. Bioquímica Ilustrada. 3. ed. São Paulo:Artmed. 2005.