Aula 3 - enzimas

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Enzimas 
São proteínas que funcionam 
na aceleração de reações 
químicas em sistemas 
biológicos 
 
“Biocatalisadores” 
 
 
Tem alto PM (estruturas 3aria e 4aria) 
 
 
Representação tridimensional de uma enzima 
Profa. Lisianne Benitez 
Importância das Enzimas 
#Possuem eficiência catalítica maior que os catalisadores químicos; 
#Muitas reações celulares não ocorreriam em velocidades 
suficientemente altas, no pH e na temperatura do corpo sem a ação 
catalítica das enzimas; 
#Em reações reversíveis a enzima faz a aceleração nos dois sentidos, 
sem retardar a transformação e sem alterar o equilíbrio químico da 
reação; 
#Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo 
celular são catalisadas por enzimas; 
#Como catalisadores celulares extremamente poderosos, as enzimas 
aceleram a velocidade de uma reação, mas não são alteradas no 
processo; 
#Funcionam em soluções aquosas; 
#Atuam em codições suaves de pH e T ºC 
#Atuam em quantidades mínimas ([E] < [S]) 
Profa. Lisianne Benitez 
Nomenclatura das enzimas 
Existem 3 métodos para dar nome às enzimas: 
 
Nome Recomendado: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem 
trabalha com enzimas. Utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a 
enzima. Ex: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc. 
 
Nome Sistemático: Mais complexo, nos dá informações precisas 
sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP-Glicose-Fosfo-
Transferase 
 
Nome Usual: Consagrado pelo uso. Ex: Tripsina, Pepsina, Ptialina 
Profa. Lisianne Benitez 
 
 
Profa. Lisianne Benitez 
Classificação das Enzimas 
 
#As enzimas podem ser classificadas de acordo com 
vários critérios. 
 
#O mais importante foi estabelecido pela União 
Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular 
(IUBMB), e estabelece 6 classes principais: 
Profa. Lisianne Benitez 
Classe Função Exemplos 
1.Óxido-redutases Reações de 
oxirredução 
Desidrogenases; 
Catalase; Oxidases 
2.Transferases Transferência de 
grupos funcionais 
Quinases; 
Transaminases 
3.Hidrolases 
 
Reações de hidrólise Glicosidases; 
Fosfatases; 
Peptidases 
4.Liases 
 
Adição a ligações 
duplas 
 
Liases; 
Descarboxilases 
 
5.Isomerases 
 
Reações de 
isomerização 
 
Isomerases; Mutases 
 
6.Ligases 
 
Reações de 
agregação com 
energia de ATP 
Sintetases; 
Carboxilases 
Profa. Lisianne Benitez 
Propriedades das Enzimas 
#São catalisadores biológicos extremamente eficientes 
(aceleram em média 109 a 1012 vezes a velocidade da 
reação), transformando de 100 a 1000 moléculas de 
substrato em produto por minuto de reação; 
#Atuam em concentrações muito baixas; 
#Atuam em condições suaves de temperatura e pH; 
#Possuem todas as características das proteínas; 
#Podem ter sua atividade regulada; 
#Estão quase sempre dentro da célula e 
compartimentalizadas. 
 
Profa. Lisianne Benitez 
Componentes da Reação Enzimática 
 E + S E S E + P 
E - Enzima 
S - Substrato(s) 
ES - Complexo Enzima -Substrato 
P – Produto(s) 
Profa. Lisianne Benitez 
Reação Enzimática 
E + S E S P + E 
Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO 
da enzima 
Profa. Lisianne Benitez 
Fonte: Chaves & Mello-Farias, 2008 
Profa. Lisianne Benitez 
Cofatores Enzimáticos 
#Cofatores são pequenas moléculas 
orgânicas ou inorgânicas que podem 
ser necessárias para a função de uma 
enzima 
# Estes cofatores não estão 
ligados permanentemente à 
molécula da enzima mas, na 
ausência deles, a enzima é 
inativa; 
#A fração protéica de uma enzima, na 
ausência do seu cofator, é chamada de 
APOENZIMA; 
#Enzima + Cofator, 
chamamos de 
HOLOENZIMA 
Profa. Lisianne Benitez 
 Cofatores inorgânicos 
Profa. Lisianne Benitez 
Fonte: Chaves & Mello-Farias, 2008 
Cofatores orgânicos - Coenzimas 
Profa. Lisianne Benitez Fonte: Chaves & Mello-Farias, 2008 
Coenzimas 
São moléculas orgânicas pequenas, frequentemente 
derivadas de vitaminas, que atuam em conjunto com 
as enzimas. 
 
Classificam-se em: 
 
#transportadoras de hidrogênio 
#transportadoras de grupos químicos 
 
 
 
 
Profa. Lisianne Benitez 
Coenzimas transportadoras de hidrogênio 
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 
 
Profa. Lisianne Benitez 
NAD+ 
Nicotinamida 
adenina 
dinucleotídio (B3) 
#NAD+ pode se reduzir a 
NADH+ ao receber elétrons; 
#A fosforilação do “O” do 
grupamento 2’ OH forma 
NADP+ 
Profa. Lisianne Benitez 
FAD – Flavina Adenina Dinucleotídio (B2) 
Profa. Lisianne Benitez 
Coenzimas transportadoras de grupos químicos 
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 
 
Profa. Lisianne Benitez 
Especificidade Enzimática 
Profa. Lisianne Benitez 
#As enzimas são muito específicas para os seus substratos; 
#Esta especificidade pode ser relativa a apenas um substrato ou a vários 
substratos ao mesmo tempo; 
#A especificidade se deve à existência, na superfície da enzima de um local 
denominado Sítio Ativo, Sítio catalítico ou Centro Ativo 
Sítio Ativo 
Profa. Lisianne Benitez 
#O sítio ativo de uma enzima é dado 
por um arranjo tridimensional dos 
aminoácidos de uma determinada 
região da molécula; 
 
#Geralmente é complementar à 
molécula do substrato e ideal 
para sua ligação tanto espacial 
quanto elétrica; 
#O sítio ativo é capaz de 
reconhecer isômeros ópticos D e 
L de um mesmo composto 
Teorias que explicam a especificidade enzimática 
a)Modelo Chave/Fechadura: prevê um encaixe 
perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria 
rígido como uma fechadura. 
 
b)Modelo de Ajuste (Encaixe) Induzido: Prevê um 
sítio de ligação não totalmente pré-formado, nas 
sim moldável à molécula do substrato; a enzima se 
ajustaria à molécula do substrato. 
 
Profa. Lisianne Benitez 
 
 
Ligação da enzima ao substrato 
a)Modelo 
Chave-Fechadura 
(Fischer) 
Profa. Lisianne Benitez 
Modelo encaixe induzido 
Modelo encaixe induzido combinado com a tensão do substrato 
b)Modelo de ajuste induzido (Koshland) 
Profa. Lisianne Benitez 
Fatores que afetam a velocidade da reação 
enzimática 
• Temperatura 
• pH 
• Concentração de substrato 
• Concentração de Enzima 
Profa. Lisianne Benitez 
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
Efeito da Temperatura: 
 
 
Profa. Lisianne Benitez 
Quanto maior a 
temperatura, maior a 
velocidade da reação, 
até se atingir a 
TEMPERATURA 
ÓTIMA. Após, a 
atividade volta a 
diminuir por 
desnaturação da 
molécula. 
T ºC idealmáxima velocidade / mínimo de desnaturação 
•Mantidas fixas as condições de: - pH ótimo;- [enzima]; -[substrato] 
Profa. Lisianne Benitez 
Efeito do pH: 
 
 pH: Háum pH ÓTIMO, 
onde a distribuição de 
cargas elétricas da 
molécula da enzima e, 
em especial do sítio 
catalítico, é ideal para a 
catálise 
•Mantidas fixas as condições de 
- temperatura ótima 
- [substrato] 
- [enzima] 
a) fosfatase ácida 
resíduo de aa envolvido na catálise 
aspartato - pH ótimo  4,5 
b) fosfatase alcalina 
resíduo de aa envolvido na catálise 
lisina - pH ótimo  9,5 
O pH ótimo varia para diferentes enzimas 
Exemplos: 
Profa. Lisianne Benitez 
 Fosfatase alcalina (pH ótimo 8-9) 
 
#Presente em vários tecidos 
Fígado -aumenta na concentração na doença hepática obstrutiva 
Osso - *papel provável na deposição de fosfato de cálcio 
*aumenta na concentração em distúrbios ósseos 
*invasão do osso por câncer de um tumor primário -metástase 
*aumento fisiológico durante a adolescência - crescimento ósseo 
Fosfatase ácida (pH ótimo 5-6) 
 
#Enzima lisossômica 
#Carcinoma metastásico de próstata libera grandes quantidades 
desta enzima no sangue 
Profa. Lisianne Benitez 
•Mantidas fixas as condições de 
- temperatura ótima 
- pH ótimo 
- [enzima] 
V
e
lo
c
id
a
d
e
 d
a
 r
e
a
ç
ã
o
 
[S] 
Cinética de 
 1a ordem 
Cinética de 
 ordem zero 
Profa. Lisianne Benitez 
Efeito da [substrato]: Km (cte. de Michaelis e Menten) 
 
 
#A velocidade de uma 
reação catalisada por 
enzimas aumenta 
conforme a [S] até 
atingir uma velocidade 
máxima (Vmax) 
 
Quando a 
 formação de P for 
proporcional à [S] 
 a velocidade da reação é 
de 
 1a ORDEM 
Quando a velocidade 
da reação independe 
da [S] a reação é de 
ORDEM ZERO 
Km 
Vmáx 
2 
Vmáx 
 
E E 
E E 
S 
+ 
E E 
E E 
S E E 
E E 
P 
P 
+ 
Baixa concentração de substrato 
Formação do produto é PROPORCIONAL à concentração 
de substrato 
Profa. Lisianne Benitez 
3/4 de saturação do sítio ativo da enzima 
S 
S 
S 
+ 
E E 
E E 
E E 
E E 
S S 
S 
E E 
E E 
+ 
P 
P 
P 
P 
P 
P 
Formação do produto é PROPORCIONAL à 
concentração de substrato 
 
Profa. Lisianne Benitez 
100 % de saturação do sítio ativo da enzima 
S 
S 
S 
S 
+ 
E E 
E E 
E E 
E E 
S S 
S S 
E E 
E E 
+ P 
P 
P 
P 
P 
P 
P 
P 
Formação do produto é PROPORCIONAL à 
concentração de substrato 
 
 Profa. Lisianne Benitez 
[Substrato] em excesso 
S 
S 
S 
S 
S 
S 
S 
S 
+ 
E E 
E E 
E E 
E E 
S S 
S S 
E E 
E E 
+ P 
P 
P 
P 
P 
P 
P 
P 
S 
S 
S 
S 
S 
S 
S 
S 
Velocidade da reação independe da [S] 
Profa. Lisianne Benitez 
•Mantidas fixas as condições de 
- temperatura ótima 
- pH ótimo 
- [substrato] em excesso 
Profa. Lisianne Benitez 
Efeito da [enzima]: 
 
 
#Quanto maior a 
[enzima] mais 
rapidamente se liga ao 
substrato e mais 
rapidamente o 
transforma em produto 
Turnover numberé o número 
máximo de moléculas de S que uma 
E pode transformar em P por 
unidade de tempo 
Inibição Enzimática 
#Os inibidores enzimáticos são compostos que podem 
diminuir a atividade de uma enzima. 
#A inibição enzimática pode ser reversível ou irreversível 
 
Profa. Lisianne Benitez 
1. Inibição Enzimática Reversível Competitiva 
#O inibidor se liga 
reversivelmente ao mesmo 
sítio de ligação do substrato; 
 
#O efeito é revertido 
aumentando-se a 
concentração de substrato; 
 
#Este tipo de inibição depende 
das concentrações de 
substrato e de inibidor 
 
Existem 2 tipos de Inibição Enzimática Reversível 
Profa. Lisianne Benitez 
Fonte: Chaves & Mello-Farias, 2008 
2. Inibição Enzimática Reversível Não-Competitiva 
# O inibidor liga-se 
reversivelmente à enzima 
em um sítio próprio de 
ligação, podendo estar 
ligado à ela ao mesmo 
tempo que o substrato; 
#I e S não se excluem 
mutuamente pq. Se ligam 
em pontos diferentes da E; 
#Este tipo de inibição 
depende apenas da 
concentração do inibidor 
Profa. Lisianne Benitez 
Fonte: Chaves & Mello-Farias, 2008 
3. Inibição Enzimática Irreversível 
#Na inibição enzimática irreversível, há modificação 
covalente e definitiva no sítio de ligação ou no sítio 
catalítico da enzima; 
 
#Algumas substâncias se ligam ao sítio ativo da 
enzima bloqueando a ligação do substrato e portanto 
inativando a enzima; 
 
#Inibidores irreversíveis podem ser extremamente 
seletivos pois são semelhantes ao substrato 
Profa. Lisianne Benitez 
Fonte: Chaves & Mello-Farias, 2008 
Fonte: Chaves & Mello-Farias, 2008 
Inibição por penicilina 
Inibidores Inespecíficos 
Mudanças pH 
Temperatura 
ácidos fortes 
álcool 
alcalóides 
 
 
Afetam a enzima da 
mesma maneira 
Profa. Lisianne Benitez 
Regulação Enzimática 
#Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, 
atuando assim como moduladoras do metabolismo 
celular. 
 
#Esta modulação é essencial na coordenação dos 
inúmeros processos metabólicos pela célula. 
 
#Modelos de regulação ou controle da atividade 
enzimática mais comuns: controle alostérico e 
controle covalente 
Profa. Lisianne Benitez 
Enzimas na Clínica 
As enzimas podem ser utilizadas nas Análises Clínicas de 2 
formas principais: 
 
1. Como reagentes altamente específicos e sensíveis em 
reações colorimétricas quantitativas 
 
2. Como indicadoras de lesão celular e tecidual: O 
extravasamento de enzimas do meio intra para o 
extracelular leva a um aumento da atividade destas no 
sangue. Esta atividade pode ser medida e fornece 
importante informação diagnóstica e de evolução de um 
quadro clínico. 
Profa. Lisianne Benitez 
3. A distribuição órgão-específica de algumas destas 
enzimas permite a localização da lesão com 
bastante precisão. 
4. Exemplos de doenças que podem ser 
diagnosticadas e acompanhadas enzimaticamente 
são: 
 O Infarto Agudo do Miocárdio 
 As Hepatites 
 A Pancreatite 
 As Colestases 
Doenças Ósseas, etc. 
Enzimas na Clínica 
Profa. Lisianne Benitez 
Distribuição de algumas enzimas de importância diagnóstica 
Profa. Lisianne Benitez 
Enzima Principais Fontes Principais aplicações clínicas 
Amilases Glândulas salivares, 
pâncreas, ovários 
Enfermidade pancreática 
Aminotransferases 
(transaminases) 
TGO (AST);TGP (ALT) 
Fígado, músculo esquelético, 
coração, rim, e r i t r ó c i t o 
s 
 
Doenças do parênquima 
hepático, infarto do 
miocárdio, doença muscular 
Antígeno prostático 
específico 
Próstata Carcinoma de próstata 
Creatina quinase Músculo esquelético, cérebro, 
coração, músculo liso 
Infarto do miocárdio, 
enfermidades musculares 
Fosfatase ácida (FAC) P r ó s t a t a , e r i t r ó c i t o 
s 
Carcinoma da próstata 
Fosfatase alcalina (FA) Fígado, osso, mucosa 
intestinal, placenta, rim 
Doenças ósseas, 
enfermidades hepáticas 
Gama-
glutamiltransferase 
(Gama-GT) 
Fígado, rim 
 
Enfermidade hepatobiliar, 
alcoolismo 
Lactato-desidrogenase Coração, fígado, músculo 
esquelético, eritrócitos, 
plaquetas, nódulos linfáticos 
Infarto do miocárdio, 
hemólise, doenças do 
parênquima hepático 
Lipase Pâncreas Enfermidade pancreática 
Fonte: Motta, V.T. 
Zimogênios 
São precursores inativos de enzimas 
Enzimas digestivas e que participam da 
coagulação 
Zimogênio 
pepsinogênio 
tripsinigênio 
protrombina 
Forma ativa da enzima 
pepsina 
tripsina 
trombina 
Profa. Lisianne Benitez 
Profa. Lisianne Benitez