Enzimas

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Enzimas
- São proteínas especializadas: aceleram as reações químicas 
(catalisadores).
- As enzimas são catalisadores das reações químicas nos 
sistemas biológicos
- Apresentam grande eficiência catalítica: aceleram a reação 
em 109 a 1012 vezes (10.000.000.000 !!!).
- Apresentam elevado grau de especificidade por seus 
substratos
- Não afetam o equilíbrio da reação, mas apenas aumentam a 
velocidade com que a reação ocorre.
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ENZIMAS: são proteínas
Exceção: recentemente foi descoberto que alguns RNAs (ácidos 
ribonucléicos) apresentam atividade catalítica. Esses RNAs
foram denominados de RIBOZIMAS. 
- Como proteínas, as enzimas apresentam uma estrutura primária 
(seqüência de aminoácidos), estrutura secundária (α hélices e 
folhas β), estrutura terciária e estrutura quaternária.
Sítio 
ativo
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Enzima Livre
E
Enzima ligada 
ao substrato
Complexo [ES]
Enzima livre e 
produto
E + P
ESPECIFICIDADE DAS ENZIMAS
Cadeias 
laterais dos 
aminoácidos 
do sítio ativo 
da enzima
substrato
Enzima
A enzima livre 
está pronta 
para se ligar a 
outro 
substrato e 
reiniciar a 
catálise
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Acetilcolina
Acetilcolinesterase
acetato colina
ESPECIFICIDADE DAS ENZIMAS
Serina
Histidina
Ácido glutâmico
Sítio ativo da
acetilcolinesterase
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• O diagrama anterior exemplifica como ocorre a ligação de um substrato com as 
cadeias laterais do sítio ativo da enzima com a hidrólise da acetilcolina em colina 
e acetato, pela enzima colinesterase.
• A acetilcolina é um neurotransmissor muito relevante, entre outras coisas, para a 
memória.
• Após ser eliminada nas sinapses e exercer sua função, a acetilcolina deve ser 
rapidamente eliminada e isso acontece por meio da enzima acetilcolinesterase. 
• Observe que o sítio ativo da colinesterase tem três aminoácidos: serina, histidina 
e ácido glutâmico.
• A serina reconhece o grupo acil (-C-COO) da acetilcolina. A serina é acetilada e a 
colina abandona o grupo; em seguida o acetato é liberado, deixando a enzima livre 
para uma nova reação.
ESPECIFICIDADE DAS ENZIMAS
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COFATORES E COENZIMAS
Porção protéica
APOENZIMA
Grupo 
químico
HOLOENZIMA
Cofator
Coenzima
Grupamento 
prostético
Moléculas orgânicas ou inorgânicas que condicionam a 
atividade das enzimas
Porção protéica
APOENZIMA
Grupo 
químico
Cofator
Coenzima
Porção protéica
APOENZIMA
Grupo 
químico
Cofator
Coenzima
Porção protéica
APOENZIMA
Grupo 
químico
Grupamento 
prostético
Porção protéica
APOENZIMA
Grupo 
químico
HOLOENZIMA
Grupamento 
prostético
Porção protéica
APOENZIMA
Grupo 
químico
HOLOENZIMAHOLOENZIMA
Grupamento 
prostético
HOLOENZIMA
Cofator
Coenzima
Grupamento 
prostético
HOLOENZIMA
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Algumas enzimas que contém ou necessitam de elementos inorgânicos 
como cofatores: 
Exemplos:
Hexoquinase....................................................................................magnésio 
Superóxido dismutase mitocondrial........................................manganês
Anidrase carbônica, álcool desidrogenase....................................zinco
Catalase...............................................................................................heme
Citocromo oxidase.............................................................................cobre
Urease..................................................................................................níquel
CO-FATORES E COENZIMAS
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CO-FATORES E COENZIMAS
Anidrase carbônica
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• Co-fatores orgânicos (moléculas orgânicas- carreadores transitórios 
de grupos funcionais específicos (CO2, aldeídos, aminas, hidrogênio, 
etc).
• Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis
• Classificam-se em:
– transportadoras de hidrogênio
– transportadoras de grupos químicos
CO-FATORES E COENZIMAS
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
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Coenzima Abrev. Reação catalisada Origem
Coenzima A CoA-SH Transferência de
grupo acil
Pantotenato ou
Vitamina B5
Biotina Transferência de
CO2
Biotina ou
Vitamina H
Piridoxal fosfato PyF Transferência de
grupo amino
Piridoxina ou
Vitamina B6
Metilcobalamina Transferência de
unidades de carbono
Cobalamina ou
Vitamina B12
Tetrahidrofolato THF Transferência de
unidades de carbono
Ácido fólico
Tiamina
pirofosfato
TPP Transferência de
grupo aldeído
Tiamina ou
Vitamina B1
Grupo Acil Grupo Aldeído
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• 1. Oxidorredutases – catalisam reações de óxido redução
• 2. Transferases: catalisam reações de transferência de grupos 
químicos de uma molécula para outra
Ex. hexoquinase: transfere grupos fosfato do ATP para a glicose
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3. Hidrolases – catalisam reações de hidrólise através da adição de uma 
molécula de água.
• 4. Liases: adição de grupos químicos (água, amônia, CO2, etc) removendo 
duplas ligações ou formando de duplas ligações
Glicose Frutose
Sacarose
Enzima sacarase
Dupla 
ligação
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5. Isomerases: rearranjos intramoleculares. 
Ex.: A triosefosfato isomerase transferiu o grupo fosfato do carbono 1 da 
diidroxiacetona fosfato para o carbono 3 da mesma molécula, formando 
gliceraldeído
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6. Ligases:
Catalisa reações de condensação com hidrólise de ATP. 
Ex.: Citrato sintase
Classificação na Comissão de Enzimas (Enzyme Comission – EC):
Ex.: ATP:glicose-fosfo-transferase
EC:2.7.1.1
-2: classe das transferases
-7: subclasse fosfotransferase (transfere grupos fosfato)
-1: tem um grupo hidroxil (OH) como receptor
-1: glicose como aceptor do grupo fosforil
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• Modelo do Ajuste Induzido:
MODELOS DE LIGAÇÃO ENZIMA-SUBSTRATO
Alguns modelos procuram explicar o encaixe entre enzima e substrato:
• Modelo Chave-Fechadura:
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MODELOS DE LIGAÇÃO ENZIMA-SUBSTRATO
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(a) o sítio ativo da enzima tem uma conformação espacial específica
(b) a ligação com o substrato ajusta a conformação enzimática, 
tornando-a ideal para a catálise
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• Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática: 
- NOME RECOMENDADO: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com 
enzimas. Utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Exs: sacarase, lactase, 
protease, lipase, urease, hexoquinase, peptidase.
• NOME SISTEMÁTICO: Mais complexo, fornece informações precisas sobre a 
função metabólica da enzima. 
• Exemplo 1: ATP:glicose-fosfo-transferase
Glicose + ATP glicose-6-fosfato + ADP 
Exemplo 2: Succinato desidrogenase
Succinato + FAD Fumarato + FADH2
• NOME USUAL : Consagrados pelo uso e denominados de acrodo com a sua fonte ou 
finção da enzima. 
• Exs: tripsina (grego tryein = corroer) 
• Pepsina (grego pepsis = digestão)
• Lisozima: “lisa” as paredes bacterianas. 
NOMENCLATURA DAS ENZIMAS
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Como as Enzimas Atuam
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Como as Enzimas Atuam
Esquema de uma reação química:
Para que uma reação química ocorra é necessário:
- Que as moléculas em solução colidam
- Essa colisão deve ter uma orientação apropriada
- Na colisão as moléculas devem adquirir uma energia ENERGIA DE 
ATIVAÇÃO necessária para atingirem um estado reativo ou ESTADO 
DE TRANSIÇÃO.
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A velocidade das reações pode ser aumentada:
- Aumentando o número de moléculas em solução – aumentando a 
concentração dos reagentes
- Elevando a temperatura: o que aumenta o número de moléculas no estado 
reativo ou ESTADO DE TRANSIÇÃO
- Diminuindo a energia de ativação das moléculas - ENZIMAS2 A B + C
∆Gsem enzima
∆Gcom enzima
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Como a enzima diminui a energia de ativação e aumenta a velocidade da 
reação:
1. através da redução da entropia (expressão termodinâmica (∆S) que define 
o grau de desordem em um sistema). 
2. A ligação entre os substrato e a enzima, por meio de forças fracas, retém 
os substratos na orientação apropriada para que a reação ocorra. 
3. Elimina a camada de solvatação (ligação com do substrato com água) 
facilitando a reação.
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
É o estudo das velocidades das reações catalisadas enzimaticamente e dos 
fatores que afetam essas velocidades.
A velocidade de uma reação catalisada por uma enzima é afetada por vários 
fatores: 
1. Concentração das enzimas [E]
2. Concentração do substrato [S].
3. pH
4. Temperatura
5. Presença de Inibidores
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A função de uma enzima pode ser afetada por qualquer agente que altere
sua estrutura (forma nativa). Isto torna a atividade da enzima dependente das 
características do meio, principalmente pH e TEMPERATURA. 
1. INFLUÊNCIA DO pH:
CINÉTICA ENZIMÁTICA
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
pH ótimo
2,0 6,0 9,0
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2. INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA:
CINÉTICA ENZIMÁTICA
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
3. CONCENTRAÇÃO DA ENZIMA
Mais moléculas 
de enzima pode 
reagir com o 
substrato, 
elevando assim a 
velocidade da 
reação
V
[E]
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4. CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO
Considerando a reação enzimática:
E + S <==> [ES] ==> E + P
Em uma concentração fixa de enzima e em uma 
concentração crescente de substrato, uma relação importante é
observada:
- no início da reação, em uma baixa concentração de substrato, a 
velocidade da reação é diretamente proporcional à concentração 
do substrato: com um aumento na concentração do substrato há
um aumento na velocidade da reação. 
-em uma grande concentração do substrato, nenhuma mudança 
posterior na velocidade é observada, pois a reação já atingiu sua 
VELOCIDADE MÁXIMA. Como todas as enzimas estão ligadas ao 
substrato, não adianta colocar mais substrato pois isso não vai 
aumentar mais a velocidade da reação.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
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4. CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO
Cinética de Michaelis-Menten: Michaelis e 
Menten foram 2 pesquisadores que 
propuseram o modelo acima citado como 
modelo de reação enzimática para 
apenas um substrato. A partir deste 
modelo, estes pesquisadores criaram 
uma equação, que nos permite 
demonstrar como a velocidade de uma 
reação varia com a variação da 
concentração do substrato. Esta 
equação pode ser expressa 
graficamente, e representa o efeito da 
concentração de substrato sobre a 
CINÉTICA ENZIMÁTICA
�[S] � [E] = [ES]
���[S] � [ES] >>>> [E]
Vmáx
[S]
V
Vmáx/2
Km�[S] � [E] > [ES]
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Influência da Concentração de Substrato sobre a 
Atividade Enzimática
Em baixas concentrações de 
substrato a velocidade de reação é
de primeira ordem – isto é, é
proporcional a concentração de 
substrato
Em altas concentrações de 
substrato, a velocidade da reação 
é de ordem zero – isto é, é
constante e independente da 
concentração de substrato
V e
l o
c i
d a
d e
d a
 
r e
a ç
ã o
[S]
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A equação matemática que define a relação entre velocidade e [S] é a 
equação de Michaelis-Menten:
onde: Vo = velocidade inicial
Vmáx = velocidade máxima
[S] = concentração de substrato
Km = constante de Michaelis-Menten
O Km é definido como a Constante de Michaelis-Menten. O Km indica o a 
concentração de substrato [S] onde a velocidade da reação é a metade da 
velocidade máxima (Vmáx/2).
O Km de um substrato é específico para cada enzima, e nos fornece um 
parâmetro de velocidade de conversão da conversão do substrato em produto, ou 
seja, da reação enzimática. Quanto MENOR o Km, MAIOR a velocidade, e vice-
versa. 
CINÉTICA ENZIMÁTICA
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• Por exemplo: A hexoquinase, uma enzima do metabolismo dos 
carboidratos, aceita dois açúcares como substrato: a glicose e a 
frutose.
• Porém, medindo-se a Vmáx da reação para a glicose e calculando-se a 
concentração do substrato [S] onde a velocidade da reação é Vmáx/2, é
obtido um valor de 0,05 mM. Ou seja, é necessária uma concentração 
de 0,05mM de glicose para que a reação enzimática atinja metade da 
velocidade máxima (Vmáx/2). Esse ponto é chamado de KM – Constante 
de Michaelis-Menten.
• Para a frutose é observado um Km muito maior, 1,5 mM. Ou seja, a 
hexoquinase tem uma afinidade menor pela frutose.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
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Enzimas - Cinética enzimática
Km
Constante de Michaelis-Menten
Medida da velocidade da reação 
enzimática
Específico para cada 
enzima
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Cinética enzimática
Km = [S] = Vmáx/2
Numericamente, Km pode ser expresso como a 
concentração do substrato necessária para que 
a velocidade da reação seja metade da 
velocidade máxima
V máx
[S]
V
Vmax
2
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Conclusões sobre Km
Km
Velocidade da reação
Pequena concentração de 
substrato é necessária para a 
reação atingir metade da Vmáxima
Km
Grande concentração de substrato 
é necessária para a reação atingir 
metade da Vmáxima
Velocidade da reação
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Conclusões sobre Km
KmKm
Velocidade da 
reação
Velocidade da 
reação
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
Valores de Km para algumas enzimas e seus substratos
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5. INIBIDORES ENZIMÁTICOS
INIBIDORES
REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS
COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS INCOMPETITIVOS
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INIBIDORES ENZIMÁTICOS
Existem duas classes de inibidores enzimáticos: 1. os REVERSÍVEIS e os 
IRREVERSÍVEIS: Existem 2 tipos de inibidores reversíveis: Inibidor 
Competitivo e Inibidor Não-Competitivo.
1. INIBIÇÃO REVERSÍVEL
1.1. Inibidor competitivo (IC):
Ex.: A inibição competitiva é utilizada para tratar terapeuticamente 
intoxicação por metanol: 
No fígado:
Metanol formaldeído (tóxico)
Aplicação de etanol intravenoso: em alta concentração o etanol compete 
com o metanol pelo sítio ativo da álcool-desidrogenase, deslocando o 
metanol e provocando a desintoxicação.
Álcool-
desidrogenase
Diidropteroato
sintase
Infecções 
bacterianas
Mercaptopuirna Hipoxantina
Adenosilssuccinato
sintase Leucemia
DNA polimerase
viral
DNA polimerase
viral
DNA polimerase
viral
AIDS
INIBIDOR SUBSTRATO ENZIMA DOENÇA
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1.2. Inibidor não-competitivo(IN):
INIBIDORES ENZIMÁTICOS
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1.2.1. Inibidor incompetitivo (II):
INIBIDORES ENZIMÁTICOS
Inibidor Incompetitivo
Complexo
ES
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Inibidor competitivo (IC) Inibidor incompetitivo
(II)
Inibidor não- competitivo (IN)
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2. INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL
Ocorre quando os inibidores ligam-se à enzima de forma 
definitiva, alterando a estrutura da enzima, inativando-a.
Costumam ser bastante inespecíficos, ligando-se a grupos 
funcionais das enzimas como grupos OH (hidroxila) ou –SH (tiol). 
Como esse grupos químicos são freqüentes na maioria das 
enzimas, esses inibidores são capazes de inativar qualquer 
enzima.
INIBIDORES ENZIMÁTICOS
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INIBIDORES ENZIMÁTICOS- Inibidores irreversíveis
Dor, febre, 
inflamação
Cicloxigenase
A cicloxigenase é uma enzima que responsável 
pela formação das protaglandinas, substâncias 
responsáveis por provocar dor, febre e 
inflamação.
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Aspirina (ácido acetil salicílico)- liga-se de forma definitiva ao grupo OH da 
cicloxigenase, inativando esta enzima �diminuição da febre e dor
-Organofosforados tem ação inibitória sobre algumas enzimas, formando 
ligações covalentes alguns aminoácidos que formam as enzimas.
Ex: iodoacetamina: inibidor de proteases, utilizado como larvicida. Liga-se aos 
grupos OH e –SH (tiol)das enzimas, inativando-as.