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2012 - aula 8 - Enzimas

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1. Considerações e estrutura: 
ENZIMAS 
 A exceção de alguns RNAs (Ribozimas  síntese de proteínas) que apresentam atividade catalítica, 
 todas as enzimas são proteínas que atuam em reações químicas. 
 A atividade catalítica de uma enzima está relacionada à sua perfeita conformação, ou seja, perfeita 
 estrutura. Logo, proteína (enzima) degradada ou desnaturada possui baixa atividade ou ainda 
 atividade nula. 
 Algumas enzimas agem sozinhas !!! Outras, precisam de um grupo químico adicional chamado 
 cofator (íons metálicos) ou coenzimas (moléculas orgânicas) 
Estrutura 
Enzimática 
(Proteínas) 
Se covalente: 
Apoenzima ou 
Apoproteína 
Holoenzima 
Cofator Proteína 
Pode ser: 
• íon inorgânico 
• molécula orgânica 
 
Coenzima 
 
 
Grupo Prostético 
 
 Enzimas podem possuir uma ou mais subunidades. No último caso, as 
 subunidades podem apresentar diferentes papéis no funcionamento da 
 enzima. 
 Toda enzima apresenta duas regiões importantes: CENTRO ATIVO E SÍTIO 
 ATIVO 
Centro ativo: região da enzima onde se 
 localiza o sítio ativo 
Ex) 130 aminoácidos 
 
Sítio ativo: Local exato do centro ativo 
 onde o substrato se liga e 
 ocorre a reação química 
Ex) poucos aminoácidos 
2. Nomenclatura e classes de enzimas  de acordo com o tipo de reação que catalisam 
 
1955 - Comissão de Enzimas (EC) 
 - União Internacional de Bioquímica (IUB) 
  nomear e classificar as enzimas de acordo com o tipo de 
 reação catalisada: 
 
 
Ex) CATALASE  EC 1.11.1.6 
 DISMUTASE DO SUPERÓXIDO  EC 1.15.1.1 
 REDUTASE DA GLUTATIONA  EC 1.6.4.2 
 
 
1° dígito - classe 
2° dígito - subclasse 
3° dígito - sub-subclasse 
4° dígito - indica o substrato 
 
 
 
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: Hexocinase 
1. Óxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons) 
 1.1.atuando em CH-OH 
 1.2.atuando em C=O 
 1.3.atuando em C=O- 
 1.4.atuando em CH-NH2 
 1.5.atuando em CH-NH- 
 1.6.atuando em NADH, NADPH 
2. Transferases (transferem grupos funcionais entre moléculas) 
 2.1.grupos com um carbono 
 2.2.grupos aldeído ou cetona 
 2.3.grupos acil 
 2.4.grupos glicosil 
 2.7.grupos fosfatos 
 2.8.grupos contendo enxofre 
3. Hidrolases (reações de hidrólise) 
 3.1.ésteres 
 3.2.ligações glicosídicas 
 3.4.ligações peptídicas 
 3.5.outras ligações C-N 
 3.6.anidridos ácidos 
Classes de enzimas 
4. Liases (catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e 
gás carbônico) 
 4.1. =C=C= 
 4.2. =C=O 
 4.3. =C=N- 
5. Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros) 
 
 5.1.racemases 
6. Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-
existentes, sempre às custas de energia) 
 6.1. C-O 
 6.2. C-S 
 6.3. C-N 
 6.4. C-C 
 Keq não é afetada pela enzima 
 Enzimas diminuem a energia de ativação da reação 
 Não apresentam efeito termodinâmico global 
 G não é afetada pela enzima 
 As enzimas não são consumidas na reação desde que não 
 haja alterações consideráveis no pH e temperatura do meio 
2. Reações químicas catalisadas por enzimas 
 O que acontece no ES ?????????????? 
 
 Alinhamento dos grupos que irão reagir 
 Formação de cargas transientes e instáveis 
 Rearranjo de ligações químicas 
 Outras transformações...(transferências de grupos entre moléculas!!!!) 
3. Termodinâmica de uma reação 
EP > ER 
G = EP – ER 
G = + 
 
Entrada de energia!!! Reação Endergônica 
ER > EP 
G = EP – ER 
G = - 
 
Liberação de energia!!! Reação Exergônica 
EAT 
R 
P 
PT 
G 
E
n
e
rg
ia
 
Progresso da reação 
EAT 
R 
P 
PT 
G 
EAT 
EAT 
Progresso da reação 
10 
30 
90 
30 
90 
Presença de enzima 
Ausência de enzima 
EA2 – energia de ativação com E 
EA1 – energia de ativação sem E 
R - Reagente(s) 
P - Produto 
PT – ponto de transição 
G – variação da energia livre de Gibbs 
10 
20 20 
4. Especificidade Enzima x Substrato 
3.1. Absoluta: quando a enzima possui um único substrato 
 
 Aspartase 
Ex) L-Asp Fumarato + NH4
+ 
 
 D-Asp ou L-Glu 
 
3.2. Relativa: quando a enzima “aceita” mais de um substrato com característica similar a 
do seu substrato verdadeiro 
 
 Hexocinase 
Ex) Glicose + ATP Glicose-6-P + ADP 
 
 Manose ou Frutose (substratos alternativos) 
3.3. Estereoespecificidade: quando a enzima é específica a um determinado isômero 
 
 L-AA oxidase 
Ex) L-AA + O2 + H2O a-cetoácido + NH4
+ + H2O2 
 
 D-AA oxidase 
Ex) D-AA + O2 + H2O a-cetoácido + NH4
+ + H2O2 
 
REAÇÕES QUÍMICAS COM MAIS DE UM SUBSTRATO PARA A MESMA 
ENZIMA 
E´ - Enzima modificada por transferência de algum grupo funcional de S  E 
 Geralmente ocorre por meio de ligação covalente 
 
A E´ transfere o grupo funcional para o S2 e se regenera, voltando a E 
5. Cinética Enzimática 
 
 Estudo das velocidades das reações enzimáticas e como elas mudam em resposta a alterações dos 
 parâmetros experimentais, principalmente com relação à [ S ] 
5.1. Cinética de Michaelis-Menten 
 A maioria das enzimas obedece este padrão 
 Caracterizado por uma HIPÉRBOLE 
 Vo aumenta com o incremento da [ S ] 
 A baixas [ S ], o aumento de Vo é 
 praticamente linear com o aumento de [ S ] 
 Sob altas [ S ], o aumento de Vo deixa de ser 
 linear, até que alcança um ponto no 
 qual a partir dele o aumento em [ S ] 
 não reflete em aumentos significantes 
 de Vo  Velocidade máxima da reação (Vmax) 
 Em Vmax, a enzima está SATURADA por 
 substrato 
Efeito do substrato na porção linear da hipérbole de Michaelis-Menten 
SEGUNDO MICHAELIS-MENTEN: 
 
“ A velocidade de formação de ES é igual a 
velocidade de dissociação de ES em (E + S) 
e/ou (E + P)”. Então: 
V = k1 [E] [S]  formação de ES 
V = K2 [ES]  dissociação de ES 
V = K -1 [ES] 
 
k1 [E] [S] = K2 [ES] + K -1 [ES] 
 
 
 Km = K -1 - K2 
 K1 
 
Km = constante de Michaelis-Mentem 
 
 Equação de Michaelis-Menten 
SIGNIFICADO PRÁTICO DO Km 
Km = 1 Vmax 
 2 
 
 O Km é a concentração de S quecorresponde a metade de Vmax 
 Ao se determinar a atividade de uma enzima trabalha-se com [S] igual ao 
 Km, pois teremos certeza de que estaremos na porção linear da curva. 
 O Km é característico para uma enzima em relação ao seu substrato. 
 Quanto menor o Km maior a afinidade da enzima para com o substrato 
Enzima Substrato Km (mM) 
Catalase H2O2 25 
Hoxoquinase Glicose 
Frutose 
0,15 
1,5 
Quimiotripsina N-benzoltirosinamida 
N-formiltirosinamida 
N-acetiltirosianamida 
Gliciltirosinamida 
2,5 
12,0 
32 
122 
Anidrase carbônica HCO3
- 9,0 
Glutamato desidrogenase Glutamato 
a-cetoglutarato 
NH4
+ 
NADox 
NADred 
0,12 
2,0 
57 
0,025 
0,018 
Aspartato amininotransferase Aspartato 
a-cetoglutarato 
Oxalacetato 
Glutamato 
0,9 
0,1 
0,04 
4,0 
OBS: Transformação da função cinética de Michaelis-Mentem (Hipérbole) 
em função linear: Duplo-recíproco ou Gráfico de Lineweaver-Burk 
1 = Km + [S] 
Vo Vmax[S] 
1 = Km + 1 
Vo Vmax[S] Vmax 
A função linear elimina possíveis subestimação dos parâmetros cinéticos sob baixas [ S ] 
OBS: CONSTANTE CATALÍTICA  KCAT 
AFINIDADE 
Vo = KCAT [ S ] [ E ] 
 Km 
 KCAT = s
-1 M-1 
ESPECIFICIDADE  
Km KCAT / Km 
 
Km = Quanto menor o Km, maior a AFINIDADE da enzima pelo substrato 
 
KCAT = Quanto maior o KCAT, maior a velocidade de catálise da reação (ou seja, 
 maior a velocidade de transformação de substrato em produto). Logo, 
 maior a ESPECIFICIDADE 
1 / KCAT = 1 / no. muito grande 
 O inverso do KCAT resulta em um número muito pequeno e significa a velocidade 
 de catálise para a formação de um único produto a partir de um único substrato 
 Muito comum em rotas metabólicas e geralmente é a primeira enzima da rota (papel regulatório) 
 Em geral, enzimas alostéricas possuem estruturas maiores que enzimas não- 
 alostéricas, possuindo mais de uma cadeia polipeptídica 
 O sítio ativo para substrato pode ocorrer em uma cadeia e para o regulador (ativador ou inibidor) 
 em outra, ou em alguns casos ambos os sítios ocorrem na mesma cadeia 
 Podem sofrer regulação por ligação covalente ou não 
 
 Funcionamento: 
 Propõe-se que cada subunidade de uma enzima 
 alostérica funcione com cinética de M-Menten. 
 
 A saturação da enzima pelo S ocorre primeiro em 
 um sítio ativo e depois em outro 
 Quando a E alostérica possui mais de uma sub- 
 unidade, e estas estão ligadas, passam a funcio- 
 nar com cinética própria e diferente de M-Menten 
 Nesse caso o Km  K0,5 
5.2. Enzimas alostéricas 
Papel regulatório: Cinética de ENZIMAS ALOSTÉRICAS 
Sigmóide 
 EM GERAL, observa-se que para E alostéricas, a velocidade 
 inicial da reação não aumenta linearmente com o aumento de 
 substrato. Isso só é observado posteriormente!! 
 Saturam quando a concentração de substrato é alta 
NÃO CONFUNDIR: 
 
DESNATURAÇÃO ENZIMÁTICA 
 
& 
 
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 
6. DESNATURAÇÃO E INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 
 
Considerando-se enzimas como proteínas, infere-se que qualquer fator 
 que desnature proteína desnature enzimas. 
 
Os agentes de desnaturação causam alterações no centro e sítio ativo 
 da enzima, prejudicando a formação do complexo ES 
 
 
Não esquecer que a desnaturação pode ser: 
PARCIAL: baixa atividade em relação ao ótimo 
TOTAL: atividade nula (= zero) 
Temperatura e pH são os principais fatores no meio celular 
DESNATURAÇÃO ENZIMÁTICA 
Enzima 
Temperatura 
ótima 
Papaina 68º C 
Catalase 30º C 
Isocitrato 
desidrogenase 
35º C 
Efeito da 
temperatura 
Enzima pH ótimo 
Lipase (pancreas) 8.0 
Lipase (stomach) 4.0 - 5.0 
Lipase (castor oil) 4.7 
Pepsin 1.5 - 1.6 
Trypsin 7.8 - 8.7 
Urease 7.0 
Invertase 4.5 
Maltase 6.1 - 6.8 
Amylase (pancreas) 6.7 - 7.0 
Amylase (malt) 4.6 - 5.2 
Catalase 7.0 
 
 
Efeito do pH 
 
Resulta da ação de moléculas chamadas de INIBIDORES ENZIMÁTICOS 
 que atuam diminuindo a atividade de catálise da enzima (ou até mesmo, 
 tornando-a nula) 
 
Pode ser: 
REVERSÍVEL: enquanto presente altera a atividade da enzima, porém, 
 pode ser retirado da enzima e a mesma recupera sua 
 atividade. Pode ocorrer das seguintes formas: 
 - Competitiva 
 - Não-competitiva 
 - Mista 
 
IRREVERSÍVEL: se liga ao sítio ativo da enzima definitivamente 
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 
INIBIÇÃO COMPETITIVA 
 
Resulta da ação de INIBIDOR COMPETITIVO, 
 que disputa com o substrato pelo 
 pelo mesmo sítio de ligação na enzima 
 Só se liga à ENZIMA LIVRE 
 Pode ser revertida aumentando-se a [ S ] 
 Quanto mais inibidor no meio, maior a [ S ] 
 para reverter a inibição 
 Aumenta o Km, mas não altera a Vmax 
INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA ou ACOMPETITIVA 
 
Resulta da ação de INIBIDOR NÃO-COMPETITIVO, que se liga em outro sítio 
 que não o sítio de ligação do substrato 
 Só se liga à ENZIMA após esta ter ligado seu substrato, ou seja, só se liga 
 após a formação de ES 
 Reduz o Km e Vmax 
INIBIÇÃO MISTA 
 
Resulta da ação de INIBIDOR MISTO, 
 que se liga em outro sítio 
 que não o sítio de ligação do substrato 
 Se liga à ENZIMA em qualquer situação 
 Aumenta o Km e reduz o Vmax 
I 
INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL 
 
Resulta da ação de INIBIDOR IRREVERSÍVEL, que se liga APENAS 
 ao sítio ativo do substrato impedindo a ligação deste e formação de 
 produto 
 Essa ligação geralmente é de forma covalente e forte 
X X

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