4 ENZIMAS

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ENZIMAS
Profª Drª Ângela de Mattos Dutra
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ENZIMAS
São proteínas que facilitam a reação entre os reagentes e aumentam intensamente a velocidade da reação. 
As enzimas atuam diminuindo a energia de ativação das reações químicas.
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Enzimas
Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA que possuem atividade enzimática e são chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS
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Enzimas
Proteínas especializadas
Aceleram reações químicas
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Enzimas
Catalisadores de reações nos sistemas biológicos
Grande eficiência catalítica 
Alto grau de especificidade por seus substratos
Funcionam 
em soluções aquosas
em pH e temperaturas fisiológicas
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Enzimas 
Proteínas
Ribozimas
RNAs
Simples
Conjugadas
Holoenzima
Apoenzima
Cofator + apoenzima
Estrutura 
Enzimática
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Enzimas
Catalisadores
Aumentam a velocidade das reações
Atuam diminuindo a energia de ativação
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Características da enzima
Tem especificidade (atuam sempre com a mesma substância). 
 Exemplos: 
gorduras (lipo - grego) - LIPASE
amido (amylon - grego) - AMILASE
proteínas - PROTEASE.
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Enzimas
Importância Biomédica
Biocatalisadores
regulam as velocidades de todos os processos fisiológicos
Papel fundamental na saúde e na doença
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Saúde
Enzimas
Processos 
Fisiológicos
Ocorram de modo ordenado
 Homeostasia
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Estados patológicos
Enzimas do ciclo da uréia
Lesão tecidual grave
 Cirrose Hepática
Prejudica a síntese de enzimas pelo tecido
 Amônia
(tóxica para o organismo) 
 Uréia
(não tóxica)
COMA HEPÁTICO
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Estados patológicos
Doenças Genéticas - EIM
Incapacidade ou capacidade parcial 
de sintetizar enzimas
Sintomatologia variada
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Estados patológicos
Determinação da atividade de enzimas específicas 
no plasma proporciona ao clínico informações importantes 
para o diagnótico
Lesão cardíaca grave
Infarto do miocárdio
Extravasamento de enzimas intracelulares 
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Enzimas - Histórico
História da Bioquímica começa com pesquisas sobre enzimas
Catálise biológica início séc.XIX
estômago - digestão da carne
saliva - digestão do amido
Década de 30 
1830 - amilase ou ptialina
1836 - pepsina e tripsina
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O nome enzima provém de "in yeasts", no qual suspeitava-se que as catálises biológicas estavam envolvidas com a fermentação do açúcar em álcool.
Payen e Persoz em 1833, quando encontraram uma substância termolábil no precipitado do álcool, extrato de malte, que convertia amido em açúcar, mais tarde denominada amilase. Pasteur em 1860 postulou que as enzimas estão associadas à estrutura e a vida da célula
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Década de 50 (±1850) 
 Louis Pasteur - concluiu que: 
 açucar  álcool pela levedura
 era catalisada por “fermentos” inseparáveis da estrutura das células vivas do levedo
 
FERMENTAÇÃO
“Fermentos” foram posteriormente denominados de ENZIMAS
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 Pasteur (± 1850)  
 “fermentos” eram inseparáveis das células
 
 Eduard Buchner (1897) 
 Extratos de levedo (livre de células)
AÇUCAR 
fermentação
ÁLCOOL
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Em 1877 Buchener extraiu enzimas de células de leveduras que catalisavam a fermentação alcóolica  catalisam a maioria das vias metabólicas energéticas e podem funcionar independentemente da sua estrutura. 
Summer em 1926 isolou urease de feijão e evidenciou que estes cristais consistem em proteínas.
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Enzimas - Histórico
Início do Século XX 
	75 enzimas  isoladas e cristalizadas
ficou evidenciado caráter protéico
Atualmente
+ de 2000 enzimas são conhecidas
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Enzimas - Nomenclatura
 No século XIX - poucas enzimas identificadas
 Adicionava-se sufixo ASE ao nome do substrato
enzima que hidrolisam 
gorduras (lipo - grego) - LIPASE
amido (amylon - grego) - AMILASE
proteínas - PROTEASE
 Nomes arbitrários
Tripsina e pepsina - proteases
Catalase - H2O2
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Enzimas - Nomenclatura
No século XX -  quantidade de enzimas descritas 
Nomenclatura existente se tornou ineficaz
Década de 60 - IUB - União Internacional de Bioquímica adotou um novo sistema de nomenclatura e classificação
mais complexo
sem ambigüidades
baseado no mecanismo de reação
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Enzimas - Nomenclatura
Sistema Oficial IUB
Cada enzima - no de código (E.C.- Enzime Comission) com 4 dígitos que caracterizam o tipo de reação
1o dígito - classe
2o dígito - subclasse
3o dígito - sub-subclasse
4odígito - indica o substrato
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Enzimas - Classificação
ATP + D-Glicose
ADP + D-Glicose-6-fosfato
IUB - ATP:glicose fosfotransferase
E.C. 2.7.1.1
2 - classe - transferase
7 - sub-classe - fosfotransferase
1 - sub-subclasse - fosfotransferase que utiliza grupo
 hidroxila como receptor
1 - indica ser a D-glicose o aceptor do grupo fosfato
Hexoquinase
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Enzimas - Nomenclatura
		N0
		Classe
		Tipo de reação catalisada
		1
		Oxirredutases
		Transferência de elétrons
(íons hidreto ou átomos H)
		2
		Transferases
		Reações de transferência de grupos
		3
		Hidrolases
		Reações de hidrólise 
		4
		Liases
		Adição de grupos em ligas duplas ou remoção de grupos com a formação de ligas duplas
		5
		Isomerases
		Transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros
		6
		Ligases
		Formação de ligações C-C, C-S, C-O, C-N pelo acoplamento da clivagem do ATP
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Oxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons. Ex: Desidrogenases e Oxidases)
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Oxirredutases:transferência de e-
Lactato desidrogenase
AH2 + B A + BH2
Exemplo Ácido Lático Desidrogenase
COOH NADH NADox COOH
 ( (
CO H-C- OH
 ( (
CH3 CH3
Ácido Pirúvico Ácido Lático
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. Oxirredutases – transferência de elétrons
Etanol
Acetaldeído
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Transferases (transferem grupos funcionais como amina, fosfato, acil, carboxil. Ex: Quinases e Transaminases) 
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Transferases 
 transferência de grupos 
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Hexoquinase 
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Exemplo: Aminotransferase - TGP
TRANSFERASES - transferência de grupos 
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GLICOGÊNIO SINTASE
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GLICOGÊNIO SINTASE
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HIDROLASES
Lactose
(-D-glicopironosil--D-galactopiranose )
H2O
Glicose + Galactose
Exemplo: Lactase
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HIDROLASES
Reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: Peptidases) 
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HIDROLASES:Quimiotripsina
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LIASES: Fumarases
adição ou remoção de grupos (H2O, NH4+, CO2).
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 Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. 
Dehidratases e Descarboxilases
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ISOMERASES
Transferência de grupos dentro da mesma molécula, formação de isômeros
Triose Phosphate
Isomerase
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ISOMERASES
Reações de interconversão entre isômeros óticos ou geométricos - Epimerases
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LIGASES
Reações de síntese com consumo de ATP
Piruvato carboxilase
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 Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-existentes, sempre às custas de energia. Ex: Sintetases) 
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Formação de um complexo enzima-substrato
Reação enzimática = enzima + substrato  complexo
Ligação através do sítio ativo
“Fenda” na estrutura protéica específica
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Sítio de ligação
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Ação enzimática: sítio ativo (substrato)
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Enzimas
Energia de ativação: Diferença entre os níveis de energia do estado basal e do estado de transição
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Cinética enzimática
A cinética enzimática é a parte da Enzimologia que estuda a velocidade das reações enzimáticas bem como os fatores que a influenciam.
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Cinética enzimática
Os princípios gerais da cinética das reações químicas aplicam-se às reações catalisadas enzimaticamente, embora estas também mostrem um padrão distinto que não é usualmente encontrado nas reações não enzimáticas: saturação com o substrato. 
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Modelo chave - fechadura
Enzima + Substrato [Enzima-substrato] 
  Enzima + Produto
ETAPA REVERSÍVEL
ETAPA IRREVERSÍVEL
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Fatores que influenciam na reação enzimática
Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação, até se atingir a temperatura ótima; a partir dela, a atividade volta a diminuir, por desnaturação da molécula.
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Fatores que influenciam na reação enzimática
pH: Idem à temperatura; existe um pH ótimo, onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sítio catalítico, é ideal para a catálise.   
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Inibição competitiva
Uma molécula apresenta estrutura semelhante ao substrato da enzima que se liga para realizar a catálise, ela poderá aceitar esta molécula no seu local de ligação, mas não pode levar ao processo catalítico, pois ocupando o sítio ativo do substrato correto. Portanto o inibidor compete pelo mesmo local do substrato. 
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Inibição enzimática: reversível competitiva
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Inibição não competitiva
Ocorre quando um molécula ou íon pode se ligar em um segundo local na superfície enzimática (não no sítio ativo). Isto pode distorcer a enzima tornando o processo catalítico ineficiente.
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Inibição não competitiva
O inibidor não competitivo pode ser uma molécula que não se assemelha com o substrato, mas apresenta uma grande afinidade com a enzima. 
 É o mecanismo inverso do inibidor competitivo, porque inibe a ligação do complexo ES e não da enzima livre.
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Inibição enzimática: reversível não-competitiva
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Inibição enzimática irreversível
 Algumas substâncias se ligam covalentemente às enzimas deixando-as inativas. Na maioria dos casos a substância reage com o grupo funcional no sítio ativo bloqueando o local do substrato, deixando a enzima cataliticamente inativa.
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Inibição enzimática irreversível
 Inibidores irreversíveis podem ser extremamente seletivos pois são semelhantes ao substrato. 
 São muito utilizados como resíduos, os quais apresentam grupos de átomos que se configuram semelhantemente ao estado de transição que se ligam ao substrato. 
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Inibição alostérica
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Papel da enzima no aumento da velocidade de reação através da redução da ENTROPIA
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Enzimas
Componentes da Reação Enzimática
 E + S E S E + P
E - Enzima
S - Substrato(s)
ES - Complexo Enzima -Substrato
P – Produto(s)
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Enzimas
Componentes da Reação Enzimática
E + S E S P + E
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Enzimas - Via Metabólica
Substrato inicial
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Enzimas
Substratos
Complexo ES (Enzima-Substrato)
Ligação Sítio Ativo
Chave-fechadura
Incaixe induzido
Liberação do Produto 
 +
 Enzima inalterada
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Enzimas
Ligação da Enzima ao Substrato
2 modelos propostos:
 Chave-Fechadura 
 Encaixe Induzido 
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Ligação da enzima ao substrato 
 Modelo 
Chave-Fechadura
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Modelo Encaixe Induzido
Modelo Encaixe Induzido combinado com a tensão do substrato
Enzimas
Modelos de ligação da enzima ao substrato
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Alteração conformacional da hexoquinase induzida pela glicose
Bennett, W.S.Jr and Steitz, T.A. J.Mol. Biol. 140: 211,1980.
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Ligação do hexassacarídeo ao sítio ativo da lisozima
Redesenhado baseado no modelo proposto por Imoto, T et al., Em P. Boyer (Ed.) The Enzimes 3rd ed., Vol 7. New York Academic Press, 1972, p. 713.
a- grupo acetamido (NHCOCH3)
p – cadeia lateral lactil ( CH3CHCOOH)
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Centro Catalítico / Sítio Ativo 
Região da molécula enzimática que 
 participa da reação com o substrato
Pode possuir componentes não protéicos
 cofatores
Possui aminoácidos auxiliares e de contato
 
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Enzimas = Catalisadores
Propriedades
Aceleram as reações
Não são consumidos na reação
Atuam em pequenas concentrações
Não alteram o equilíbrio das reações
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Enzimas - Propriedades
- Aceleram reações químicas
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Enzimas - Propriedades
- Não são consumidos na reação
ES
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Enzimas - Propriedades
- 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
TURNOVER NUMBER
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Enzimas - Propriedades
- Não alteram o estado de equilíbrio
 no nível basal (forma estável), S e/ou P contém uma
 	 quantidade característica de energia livre
 o equilíbrio entre S e P reflete a diferença em energia
 livre dos seus estados basais
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Comparação entre a hidrólise de vários substratos por:
Catalisador Inorgânico e Enzima
Enzimas- Especificidade
Hidrólise catalisada pelo 
HCl a quente
Proteínas  Aminoácidos
Triacilgliceróis  Glicerol + 
 ác. Graxos
Glicogênio  Glicose
Hidrólise catalisada por uma 
enzima específica para 
o glicogênio
Proteínas  Inalteradas
Triacilgliceróis  Inalterados
Glicogênio  Glicose +
 Maltose +
 Oligossacarídeos 
 ramificados
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Enzimas 
Especificidade Estereoquímica
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Enzimas 
Especificidade de Grupo
Tipo de ligação e um dos fragmentos devem ser específicos
Ex: maltase digestão de glicídios
Metade da molécula deve ser a glicose
Frutose
Galactose
Arabinose
Xilulose
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Enzimas 
Cofatores
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Cofatores enzimáticos
Para alguns tipos de processos biológicos, apenas a cadeia protéica não é suficiente, por isso a proteína requer uma molécula denominada cofator a qual pode ser uma pequena molécula orgânica, denominada coenzima ou um íon metálico.
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Cofatores enzimáticos
Os cofatores são geralmente estáveis em temperatura alta. A catálise ativa enzima-cofator é denominada holoenzima, quando o cofator é removido, se mantém a proteína, a qual é catabolicamente inativa e é denominada apoenzima
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Cofatores
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Enzimas - Cofatores
Porção protéica
APOENZIMA
Cofator
Moléculas orgânicas ou inorgânicas que condicionam a atividade das enzimas
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Enzimas - Cofatores Íons 
Cofatores inorgânicos
Exemplos:
Magnésio - Reações de fosforilação
Manganês- Superóxido dismutase mitocondrial
Zinco - Anidrase carbônica, Carboxipeptidase
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Cofatores
Ativadores - Íons
Magnésio - co-substrato para o ATP
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Enzimas - Cofatores
Mg +2 como Ativador
Hexoquinase - transferência do fosfato  
 do ATP para a glicose
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Enzimas - Cofatores
Coenzimas 
Cofatores orgânicos
Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis
Classificam-se em:
transportadoras de hidrogênio
transportadoras de grupos químicos
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Coenzimas
A molécula orgânica que se liga às enzimas para ativar uma reação, é denominada coenzima, cada tipo apresenta uma função química particular, algumas são agentes oxi-redutoras, outras transferidoras etc. 
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Coenzimas
NAD/NADP+
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Coenzimas: oxidação e redução
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Coenzimas: ATP - ADP
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Coenzimas: processos endergônicos e exergônicos
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Coenzimas transportadoras de
hidrogênio
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NAD+
Nicotinamida adenina dinucleotídio (B3)
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FAD – Flavina Adenina Dinucleotídio (B2)
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Exemplo da ação do FAD como coenzima Reação da sucinato desidrogenase
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Coenzimas transportadoras de grupos químicos
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Síntese da CoA
 
4-fosfopantotenato
 
4-fosfopantotenoilcisteína
 
4-fosfopantetoína
 
Defosfocoenzima A
 
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Piridoxal fosfato (B6)
Coenzima: Transaminação 
 Descarboxilação
 Desidratação