[Aula] Bioquímica - Enzimas

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Profa. Ana Claudia Peres Rodrigues 
ENZIMAS
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Conceito: São catalisadores protéicos. 
Catalisador: acelera a velocidade da reação e, embora participe e sofra alteração física durante a reação, reverte à sua forma original uma vez terminada a reação.
Componentes do sistema enzimático:	
Apoenzima: parte protéica da enzima
Grupo prostético: parte não protéica da enzima
Coenzimas compostos orgânicos, quase sempre derivados de vitaminas. Ex: NAD+ e FAD
Cofator: íons metálicos. Ex: K+, Mn++, Ca++, Cl-
 APOENZIMA + GRUPO PROSTÉTICO = HOLOENZIMA
ENZIMAS
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COENZIMAS
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COFATORES
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CLASSIFICAÇÃO
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E + S ES E + P
S liga-se ao centro ou sítio ativo da enzima localizado na APOENZIMA.
O centro ativo possui 2 regiões:
Sítio de ligação: local onde o substrato fica preso à molécula enzimática
Sítio catalítico: local onde grupos químicos do substrato interagem com grupos químicos da enzima
Especificidade pode ser:
Absoluta: a enzima diferencia isômeros
Relativa: a enzima reconhece um grupo de substâncias
Cofatores (íons metálicos) e Coenzimas (NAD+; coenzima A) auxiliam a ação enzimática no sítio catalítico
Especificidade enzimática
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Para que uma reação aconteça é necessário que os reagentes atinjam o estado de transição.
 Para isto é necessário vencer uma barreira energética a energia de ativação.
As enzimas diminuem a energia de ativação das reações químicas.
Ocorre o “encaixe” do substrato no sítio catalítico.
As reações são processadas e os produtos obtidos.
COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM:
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Ea sem catalizador
Ea com 
catalizador
Estado de
transição
VARIAÇÃO DE ENERGIA LIVRE
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Modelo do Encaixe Induzido: que prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do S; a E ajusta-se a molécula do S adquirindo uma nova configuração ideal para a catálise.
A ligação ente E e S modifica a molécula do S também, que é submetida a torções e distorções fazendo com que o S assuma conformação aproximada à que tem no estado de transição.
A ligação do S ao sítio ativo propicia a sua correta orientação e sua aproximação favorecendo a reação que fica menos dependente de choques casuais entre as moléculas.
Fatores que favorecem a diminuição da energia de ativação:
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CINETICA DA REAÇÃO ENZIMÁTICA
A reação enzimática é representada por:
E + S ES E + P
Michaelis e Menten ao estudar a cinética enzimática propuseram que:
A enzima e o substrato reagem rapidamente para formar o complexo ES.
A fase mais lenta da reação é a formação de produto.
Há excesso de substrato.
 Equação de Michaelis e Menten:
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A velocidade da reação é proporcional à [S], isso se a [E] e o tempo forem constantes.
Km = constante de Michaelis e Menten é a concentração de S necessária para atingir metade da velocidade máxima.
Km indica relações de afinidade entre enzima e substrato.
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No início , a curva é quase linear, depois ela se achata e toma uma padrão hiperbólico.
Neste início, a velocidade é proporcional à [S].
A porção achatada da curva não sofre influencia da [S].
Para o lado direito, a porção achatada se aproxima da velocidade máxima.
De acordo com a teoria de Michaelis – Menten, a E combina-se com o S numa primeira fase, depois, numa segunda fase, o complexo formado se dissocia em E + P, voltando a E a atuar sobre outro S, recomeçando o ciclo.
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A velocidade da reação depende da [ES]:
Se diminuir a [S] Só uma pequena porção da enzima pode associar-se com ele, sendo assim , a velocidade é um reflexo da pequena concentração de ES.
Se aumentar a [S] Toda a E presente está presa ao S e a velocidade será alta.
Quando toda a E já se encontra na forma ES, não é possível aumentar a concentração do complexo aumentando-se a concentração de S, sendo impossível aumentar a velocidade da reação V.máx.
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Concentração de enzima
A velocidade da reação é proporcional à concentração de enzima. Para isso é necessário que haja [S] suficiente para o aumento da [E].
FATORES QUE AFETAM A ATIVIDADE DA ENZIMA
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Temperatura
Aumenta a velocidade;
Diminui a velocidade com temperaturas mais altas;
Temperaturas acima de 40°C são capazes de DESNATURAR as enzimas humanas. 
T ÓTIMA
DESNATURAÇÃO
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pH
Ionização do sítio ativo
pH ótimo
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Os inibidores enzimáticos são compostos que podem diminuir a atividade de uma enzima.
A partir do estudo dos inibidores são obtidas informações sobre mecanismo e sequência da catálise enzimática, especificidade E-S, natureza dos grupamentos funcionais do sítio ativo e, também, pode contribuir para produção de medicamentos.
A inibição pode ser:
Reversível 
Competitiva 
Não competitiva
Irreversível
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Para o estudo da inibição enzimática é recomendável que o gráfico de Michaelis-Menten (hipérbole) seja trabalhado matematicamente para originar o gráfico duplo recíproco (reta).
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INIBIÇÃO ENZIMÁTICA REVERSÍVEL
O inibidor combina-se rápido e reversivelmente com E ou ES.
Inibição Competitiva: Inibidor combina-se com a E livre competindo com o S normal pela ligação ao centro ativo.
O inibidor competitivo reage reversivelmente com a E para formar um complexo EI, análogo ao complexo ES.
O grau de inibição está relacionado com a [I], [S] e afinidade relativa de ambos.
Características da Inibição competitiva:
I apresenta semelhança estrutural com o S
Km é alterado aumentando.
Vmáx. Não se altera.
Pode ser revertida com aumento da [S] 
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INIBIÇÃO COMPETITIVA
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-OOC - CH2 - CH2 - COO -              -OOC - CH = CH - COO- + 2H + 
  Succinato         Fumarato         
                                                       
                   
COO - 
I 
CH2        Malonato (inhibidor competitivo) 
I 
COO - Enzima: Succinato desidrogenase
 HOOC NH2                        NH2 –SO2 NH2 
ácido p- amino benzoico                 sulfanilamida 
		Enzima: Diidropteroato sintase (Infecções bacterianas)
EXEMPLOS DE INIBIDORES COMPETITIVOS
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Inibição não competitiva: O inibidor não competitivo pode combinar-se com a E livre, ou com o complexo ES, interferindo na ação de ambos.
O inibidor liga-se em sítio diferente do sítio ativo.
São produzidas 2 formas inativas EI e IES.
O grau de inibição está relacionado com a
[I] e afinidade do I pela E.
Características da inibição não competitiva:
I não possui semelhança estrutural com o S
Km não se altera
Vmáx. é alterado diminuindo
Não pode ser revertida pelo aumento do [S]. 
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INIBIÇÃO NÃO COMPETITIVA
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S/ I
C/I
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Inibição Irreversível
Modificação, através de ligação covalente e permanente, de um grupo funcional necessário para a catálise. (sítio ativo)
Não pode ser analisado pelos princípios de Michaelis-Menten que consideram a formação dos complexos EI ou IES como reversíveis.
Ex: inibição irreversível: 
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A coordenação das vias metabólicas, as mudanças no meio ambiente celular, as diferenciações harmônicas do organismo são possíveis devido à possibilidade de regulação da atividade enzimática.
Dois mecanismos para a modulação da atividade enzimática:
Controle da disponibilidade de enzimas:
Síntese e degradação determinam concentração enzimática
Controle da atividade da enzima:
Mudanças estruturais da molécula enzimática alterando a velocidade de catálise. Enzimas alostéricas
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Possuem, além do sítio ativo, um outro local de ligação chamado de sítio alostérico, no qual um modulador específico se liga reversivelmente.
Geralmente, são proteínas oligoméricas.
O sítio alostérico é tão específico para o modulador como o sítio ativo é para o substrato.
Os moduladores podem ser:
Inibidores = Moduladores e/ou efetores negativos
Ativadores = Moduladores e/ou efetores positivos
ENZIMAS ALOSTÉRICAS
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REGULAÇÃO POR FEEDBACK OU RETROINIBIÇÃO
O produto final de uma via metabólica atua com inibidor de uma enzima que catalisa uma das primeira reações da via.
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Modificação covalente (enzimas)
 Mais frequente é a Fosforilação/Desfosforilação.
Ex. Fosforilase do glicogênio
REGULAÇÃO POR MODIFICAÇÃO COVALENTE
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Outros dois processos de regulação enzimática, de ocorrência mais restrita são: Isozimas e Zimógenos.
Isozimas ou isoenzimas: são formas múltiplas de uma mesma enzima.
A modificação na estrutura depende do tecido ou organela em que ocorre.
A detecção de um tipo de isozimas no plasma sanguíneo é empregado no diagnóstico de diversas doenças.
Ex. lactato desidrogenase
4 isoenzimas combinações das subunidades H (coração) e M (músculo) as Formas HHHH e HHHM predominam no coração e a forma MMMM no tecido esquelético e fígado. Outras combinações em diferentes tecidos.
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Zimógenos ou Zimogênios: São forma inativas de uma enzima.
Enzimas com atuação extracelular (trato digestório, plasma) são sintetizadas na forma de precursores inativos.
Para o zimogênio se tornar ativo é necessário que haja a remoção de um segmento da cadeia polipeptídica por hidrólise.
Ex: Enzimas proteolíticas