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22/10/2013 1 Universidade Federal de Pelotas Disciplina de Bioquímica Curso de Engenharia Sanitária e Ambiental AULA 3 Enzimas 1. O que são enzimas? As enzimas são proteínas especiais com função catalítica, ou seja aceleram reações bioquímicas que ocorrem nas células. Nutrientes ENERGIA Enzimas Proteínas Carboidratos Lipídeos Enzimas + + 2. Importância das enzimas a) Catalisam centenas de reações as quais as moléculas de nutrientes são degradadas, a energia química é conservada e transformada e as macromoléculas biológicas são sintetizadas. b) São importantes para o diagnóstico de várias patologias. Diagnóstico de doenças, podem ser dosadas em sangue, plasma ou soro. Em desordens genéticas herdadas pode ocorrer uma deficiência ou mesmo a ausência total de uma das enzimas. Patologias também pode ser causadas pela excessiva atividade de uma enzima. c) Muitos medicamentos exercem seu efeito biológico por meio das enzimas. causa inibição da enzima ciclooxigenase, a qual suprime a produção de prostaglandinas e tromboxanos conseqüentemente reduzindo a dor e inflamação. causa inibição da enzima acetilcolinesterase a enzima envolvida na degradação do neurotransmissor acetilcolina. 22/10/2013 2 1700 – Catálise biológica, em estudos da digestão da carne pelas secreções do estômago; 1850 – Louis Pasteur concluiu que a fermentação do açúcar em álcool pela levedura é catalisada por fermentos – Vitalismo; 1987 – Eduard Buchner descobriu que estratos de levedura poderiam fermentar açúcar em álcool provando que a fermentação era promovida por moléculas que continuavam a função quando removidas das células; Frederick W. Kuhne chamou essas moléculas de Enzimas; 1926 – James Sumner isolou a cristalização da Urease, descobriu que cristais de urease consistiam inteiramente de proteínas e postulou que todas as enzimas são PROTEÍNAS. Desde a última parte do Século XX a pesquisa sobre enzimas tem sido intensa. 3. Histórico 4. Características gerais das enzimas São proteínas especializadas em acelerar reações químicas. Possuem alto grau de especificidade e grande eficiência catalítica. Funcionam em soluções aquosas e temperatura e pH fisiológicos. Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA, todas as enzimas são proteínas: A atividade catalítica da enzima depende da integridade de sua conformação nativa Se a enzima for desnaturada a atividade catalítica é perdida. Estruturas São pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que são necessárias para a função de uma enzima. Algumas enzimas não requerem outros grupos químicos para a sua atividade, entretanto algumas requerem um componente químico: COFATOR Cofatores inorgânicos: 22/10/2013 3 São compostos orgânicos, quase sempre derivados de vitaminas, que atuam em conjunto com as enzimas: Cofatores orgânicos: A coenzima ou íon metálico que está ligada a enzima é chamado de cofator ou grupo prostético. Apoenzima é a parte protéica da enzima na ausência de cofator enquanto que holoenzima é a enzima junto com seu cofator. 5. Nomenclatura das enzimas Muitas enzimas têm sido nomeadas pela adição do sufixo ASE ao nome do substrato ou a palavra que descreve a sua atividade. Sistema Oficial IUB - União Internacional de Bioquímica, classifica as enzimas de acordo com a reação que catalisam. Cada enzima possui um número de código (E.C Comissão de enzimas) com quatro dígitos classificando TODAS as enzimas em 6 classes. Exemplo: ATP + D-glicose ADP + D-glicose 6-fosfato ATP glicose fosfotransferase Numero na Comissão de Enzimas: Classe: transferase Subclasse: fosfotransferase Fosfotransferase com um grupo Hidroxila como receptor D-glicose como o grupo receptor da fosforila E.C 2.7.1.1 Nome comum Hexoquinase 6. Como as enzimas funcionam • A catálise enzimática das reações é essencial para os sistemas vivos; • Reações não catalisadas tendem a serem Lentas; • As reações requeridas para digerir os alimentos, enviar sinais nervosos ou contrair um músculo não ocorrem com uma velocidade útil sem a catálise. 22/10/2013 4 • Uma reação catalisada enzimaticamente ocorre no interior dos limites de uma cavidade da enzima chamada de sítio ativo. • O sítio ativo é a região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato (molécula que se liga ao sítio ativo e sofre a ação da enzima). Ligação de um substrato a uma enzima no sitio ativo. Enzima quimotripsina com o substrato ligado em vermelho Se ligam ao substrato Sitio Ativo Revestido com resíduos de aa 6.1 Componentes de uma reação enzimática E+ S E S E + P E: Enzima; S: Substrato ES: Complexo enzima-substrato; P: Produto SUBSTRATO SE LIGA AO SÍTIO ATIVO DA ENZIMA As enzimas aumentam a velocidade das reações por diminuir a energia de ativação: A diferença de energia entre o estado fundamental e o estado de transição é denominado de energia de ativação 22/10/2013 5 7. Fatores que afetam a velocidade de uma reação enzimática 1-Influência da temperatura atividade enzimática 2- Influência do pH sobre a atividade enzimática 3- Concentração de substrato A enzima existe em duas formas (ligada ao substrato e na forma livre); A velocidade máxima da reação (Vmax) será atingida quando praticamente todas as moléculas da enzima estiverem na forma do complexo ES. BAIXA [ S ] Velocidade é proporcional a [S] Alta [S] excesso de S Velocidade independe da [S] 22/10/2013 6 8. Inibição enzimática Inibidor enzimático é qualquer substância capaz de diminuir ou interromper uma reação catalisada por enzima. Podem ser reversíveis ou irreversíveis. Inibição competitiva: Ocorre quando o inibidor compete com o substrato pelo sítio ativo da enzima. Estrutura molecular do inibidor lembra a do substrato EI sem propiciar a catálise. Terapêutica baseada na competição pelo centro ativo da enzima: Pacientes que ingeriram metanol solvente A desidrogenase alcoólica do fígado converte o metanol em formaldeído tóxico aos tecidos CEGUEIRA; **** O etanol compete com o metanol como substrato alternativo para a desidrogenase alcoólica Assim a terapia para o envenenamento c/ metanol é a infusão endovenosa gradual de etanol diminui a formação de formaldeído rins eliminam o metanol. Inibição incompetitiva: Um inibidor incompetitivo se liga em um sítio diferente do sítio ativo do substrato. Liga-se ao complexo ES. Inibição Mista: O inibidor misto também se liga a um sítio diferente do sítio ativo do substrato, mas pode se ligar tanto a E como a ES. Inibição Irreversível: Inibidores irreversíveis são aqueles que se combinam com um grupo funcional na molécula da enzima Destruindo ou formando uma associação bem estável. Exemplo: • Organofosforados são os inseticidas que agem no sistema nervoso inibindo a enzima acetilcolinesterase.A inibição da atividade dessa enzima leva ao acúmulo de acetilcolina, provocando estimulação descontrolada do sistema nervoso e levando o inseto afetado à morte. 22/10/2013 7 Inibição Irreversível: Inibidores irreversíveis são aqueles que se combinam com um grupo funcional na molécula da enzima Destruindo ou formando uma associação bem estável. Exemplo: • Organofosforados são os inseticidas que agem no sistema nervoso inibindo a enzima acetilcolinesterase. A inibição da atividade dessa enzima leva ao acúmulo de acetilcolina, provocando estimulação descontrolada do sistema nervoso e levando o inseto afetado à morte. Sarin (organofosforado) é uma substância tóxica que atua essencialmente sobre o sistema nervoso central Guerra química; Um caso d utilização de Sarin foi um atentado terrorista ao metrô de Tóquio, no Japão, em 1995. Os sinais da intoxicação incluem: Fortes contrações musculares; Salivação abundante; Diminuição da frequência cardíaca. 9.Enzimas Reguladoras No metabolismo celular grupos de enzimas trabalham juntas em vias seqüenciais para realizar um certo processo metabólico. Nessas reações o produto da reação enzimática torna- se o substrato da próxima reação. - Em cada via metabólica existe pelo menos uma enzima que determina a velocidade de toda a seqüência de reações: Enzima Reguladora - Geralmente a primeira enzima da seqüência é a enzima reguladora. 22/10/2013 8 Enzima menos ativa Enzima mais ativa Complexo Enzima-Substrato ativo Subunidade catalitica Subunidade reguladora Sitio regulador com alta especificidade pelo modulador Muda a conformação Ativa o sitio para ligar-se ao S
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