2. Enzimas

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Profa. Patrícia Damasceno Ribeiro
Enzimologia
Toda enzima é proteína?!
Progresso da reação
Energia
Estado de transição 
Reação não catalisada
Reação catalisada
Energia de ativação
Substrato (S)
Produto (P)
Teoria da catálise
Por que a catálise por enzimas é mais eficiente ?
Aumento da concentração dos reagentes na superfície da enzima: “atração” dos reagentes para interação com a enzima).
Orientação correta dos reagentes (substratos): parte da energia de ativação representa o posicionamento adequado dos reagentes para que haja contacto entre os átomos corretos. O sitio ativo da enzima favorece o posicionamento correto dos reagentes.
Aumento da reatividade dos reagentes: as cadeias laterais (R) dos aminoácidos da enzima ou co-fatores e coenzimas podem interagir diretamente com os substratos, dando-lhes carga elétrica ou polarizando-os, tornando-os quimicamente mais reativos, ou ainda cedendo ou transferindo certas funções químicas.
Indução de deformação física no substrato, por contacto com as cadeias laterais (R) dos aminoácidos das enzimas, que desestabilizam a molécula do substrato e facilitam o rompimento de laços covalentes
lento
rápido
rápido
Muito
rápido
Sem catálise
Catálise ácida
Catálise básica
Catálise 
ácido-básica
lento
Cadeias laterais de aminoácidos no sítio ativo de uma enzima hidrolítica
Água,
 um dos substratos
A hidrólise não enzimática de uma ligação peptídica é lenta e requer condições drásticas de pH e temperatura
As enzimas realizam sua tarefa:
Ligando-se ao substrato - através de interação hidrofóbica, pontes de hidrogênio, ligações iônicas, que orienta espacialmente a molécula (o que provoca a diminuição da entropia), de maneira específica.
Mecanismo de ação enzimática 
Enzima
holozima
Apoenzima
parte proteica
Grupo 
prostético
metal
coenzima
cofator
Coenzima 		Reação com 	Vitamina
Biocitina 		 CO2 		Biotina
Coenzima A 	Grupos acil 	Ác. Pantotênico
Coenzima B12 	H e grupos alquil 	Vitamina B12
FAD, FMN 		óxido-redução 	Riboflavina
NAD, NADP 	óxido-redução	Niacina
Fosfato de piridoxal 	Grupos aminos 	Piridoxina
Pirofosfato Tiamina 	Grupos aldeídos 	Tiamina
Tetrahidrofolato	unidades C 	Ácido fólico
Algumas proteínas, enzimas em especial, contêm em sua molécula uma porção não proteica, que é essencial para atividade biológica.
Distinção entre cofator e coenzima depende da força de ligação com a apoproteína. Ex: o NAD+ pode ser cofator de uma enzima (ligação fraca) e ser coenzima de outra (ligação forte). O mesmo ocorre com as metais.
ativa
inativa
Grupo 
Prostético
Coenzimas participam do ciclo catalítico das enzimas recebendo ou fornecendo grupos químicos para a reação
Componente químico adicional necessário para a função:
Cofator: íons inorgânicos
Coenzima: moléculas orgânicas complexas
Se liga muito firmemente: grupo prostético
Mecanismo de ação enzimática 
Modelo Chave-Fechadura
Modelo de Encaixe Induzido
Nomenclatura das Enzimas
Cinética Enzimática
Fatores que afetam a atividade enzimática
 Condições do meio que afetam estabilidade protéica
	pH
	temperatura
Concentração dos reagentes
	a enzima
	o substrato 
	co-fatore(s)
% atividade enzimática máxima
Fatores que controlam a atividade enzimática:
Fatores que afetam a estabilidade proteica das enzimas
Variações de pH: pH ótimo
O pH ótimo de uma enzima reflete variações no estado de ionização de resíduos de aminoácidos do sítio ativo. A enzima está pelo menos parcialmente desnaturada em pHs afastados do pH ótimo. Quando o substrato é uma molécula ionizável, o pH ótimo da enzima também reflete o seu estado de ionização .
pH ótimo=1,5
pH ótimo=6,8
pH ótimo=9,9
Fatores que controlam a atividade enzimática:
Fatores que afetam a estabilidade proteica das enzimas
Variações de pH: pH ótimo
Variações de temperatura: temperatura ótima
100-
50-
0-
% atividade enzimática máxima
Temperatura ótima
Desnaturação térmica da proteína
Pouca energia para a reação acontecer
Ao contrário da curva em forma de sino no caso da atividade enzimática versus pH, a enzima só está desnaturada em temperaturas acima da temperatura ótima.
Invertendo os termos
Multiplicando cruzado
Arranjando os termos
Plot de Lineweaver-Burk
A atividade enzimática pode ser regulada por diferentes mecanismos, que muitas vezes atuam em conjunto na mesma enzima. 
REGULAÇÃO Enzimática 
Inibidores:
 irreversíveis: não protéicos e protéicos
 reversíveis: competitivo, não competitivo, misto
Alosteria: ativadores e inibidores
Modulação covalente
Ativação de zimogênios
Feedback Negativo
Inibidores irreversíveis
Organofosforados altamente tóxicos e voláteis tanto para insetos quanto mamíferos, que reagem com o resíduo de Ser ativo da enzima. Enzima sensível Acetilcolinesterase (metabolização do neurotransmissor acetilcolina em neurônios centrais e periféricos).
dose letal: 3-13 mg/Kg, oral
Inseticidas
organofosforados
meia vida – 23 anos
Inibição Competitiva
não há alteração da Vmax 
 há um aumento de Km
 Inibidores da Protease do HIV
Inibidor é análogo do estado de transição e se liga somente ao complexo ES
Inibição Não Competitiva
Inibição Não Competitiva
Diminui a Vmáx e o Km aumenta
 Inibidor não é análogo estutural do substrato - não se liga ao sítio ativo
 Inibidor se liga à E e ao ES
Inibição Mista
Inibição Mista
Diminui a Vmáx e o Km não altera
Enzimas alostéricas
Homotrópicas: o ativador é o próprio substrato (hemoglobina)
Heterotrópicas: outro ativador
Aspartato-transcarbamoilase
12 cadeias polipeptídicas
Azul: catalíticas
Vermelho/Amarelo: regulatórias
Feedback Negativo ou Retroalimentação
Regulação por modificações covalentes 
Proteólise de precursores
Ativação de Zimogênios