AULA 1 - ENZIMAS

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2/14/2013
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ENZIMASENZIMAS
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
• A manutenção da vida celular depende da
contínua ocorrência de um conjunto de reações,
que devem atender 2 exigências fundamentais:
1a – As reações devem ocorrer em velocidades
adequadas à fisiologia celular – a insuficiência
na produção ou na remoção de metabólitos
pode levar a condições patológicas;
2a – precisam ser altamente específicas, de modo
a gerar produtos definidos.
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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
• Quando se observa a composição química
de uma célula humana (organelas) verifica-
se a imensidão de possibilidades de reações
químicas. Porém em função da baixa
temperatura celular, as velocidades das
reações são quase que desprezíveis, e as
moléculas ali presentes ficam praticamente
inertes.
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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
• Uma reação química pode acontecer em um
ambiente encontrado nas organelas, porém terá
uma velocidade de reação muito próximo de zero.
•• ExemploExemplo:: Por exemplo, a reação catalisada pela
orotidinaorotidina 55''--fosfatofosfato descarboxilasedescarboxilase (enzima(enzima dada
formaçãoformação dodo DNA)DNA) aconteceria em 78 milhões de
anos na ausência de enzima, diminuindo para
apenas 25 milissegundos na presença desta.
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
• A presença de enzimas dirigindo todas as reações
celulares permite atender às 2 exigências inicialmente
apresentadas.
10 - Como catalizadorescatalizadores, as enzimas aumentam de várias
ordens de grandeza a velocidade das reações que
catalizam. ExEx:: COCO22 ++ HH22OO↔↔ HCOHCO33-- ++ HH++
(AnidraseAnidrase carbônicacarbônica 101077)
20 – Por serem altamente específicas, “selecionam”,
entre todas as reações potencialmente possíveis,
aquelas que efetivamente irão ocorrer.
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ENZIMASENZIMAS
• As enzimas são substâncias orgânicas,
geralmente proteínas, que catalisamcatalisam reações
biológicas pouco espontâneas e muito lentas. O
poder catalítico de uma enzima relaciona a
velocidade das reações com a energia
despendida para que elas aconteçam.
ENZIMASENZIMAS
• Na presença de uma enzima catalisadora, a
velocidade da reação é mais rápida e a energia
utilizada é menor. Por esse motivo as enzimas
praticamente regem todo o funcionamento celular
interno, favorecendo o metabolismo anabólico
(construção) e catabólico (degradação), bem
como externo, através de sinalizadores catalíticos
estimulantes ou inibitórios atuantes em outras
células (hormônios, por exemplo).
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ENZIMAS
• São catalisadores biológicos que aumentam a
velocidade das reações que participam na
transferêrencia de energia. Todas as reações
são potencialmente reversíveis e os fatores que
controlam a direção das reações são as
concentrações de substratos e de produtos.
Logo, as enzimas são fundamentais para o
controle do metabolismo e da homeostase.
Enzimas são proteínas que agem como catalizadores biológicos:
enzima
Composto A Composto A (substrato)(substrato)
Composto BComposto B (produto)(produto)
Centro ativo 
ou 
sítio catalítico
de uma enzima é a porção 
da molécula onde ocorre a 
atividade catalítica
Observe que não há consumo ou 
modificação permanente da enzima
Reação 
catalisada 
pela enzima
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Por que as enzimas controlam o Por que as enzimas controlam o 
metabolismo?metabolismo?
• As concentrações de substrato e produto nos tecidos
corporais são bastante pequenas. Consequentemente,
se as reações ocorressem apenas pela associação
aleatória entre as substâncias, o fluxo das reações
químicas seria extremamente pequeno. Portanto seria
muito difícil sobreviver com a capacidade de responder
apenas lentamente aos estímulos externos. Por isso o
controle da funçãofunção enzimáticaenzimática é um meio de regular
as reações químicas e as funções corporais e
celulares.
ENZIMAS CINÉTICA DAS REAÇÕESENZIMAS CINÉTICA DAS REAÇÕES
• Em uma reação a energia livre dos produtos é
menor do que a dos reagentesreagentes (substratos)(substratos)..
• Para um reagentereagente (substrato)(substrato) transformar-se em
produto, deve passar por um estado intermediário,
de maior energia livre. Desta forma, para reagir as
moléculas devem ter uma quantidade de energia que
lhes permita atingir o estado reativo, chamado de
estadoestado dede transiçãotransição. Trata-se de uma etapa que o
substrato precisa atravessar para transformar-se em
produto.
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Um Catalisador diminui a barreira energética criando percursos alternativos 
da reação para formação do estado de transição.
Energia de ativação ou barreira 
energética:
quantidade de energia 
que é preciso fornercer aos 
reagentes para a reação ocorrer
Estado de transição ou 
complexo ativado:
forma molecular inter-
mediária entre o reagente e 
o produto, existe somente 
no alto da barreira 
energética. 
É altamente instável.
Progresso da reação
En
e
rg
ia
Estado de transição
Reação não 
catalisada
Reação 
catalisada
Energia 
de 
ativação
Substrato (S)
Produto (P)
Teoria da catáliseTeoria da catálise O gráfico mostra a variação de energia ao 
longo de uma reação.
ENZIMAS CINÉTICA DAS REAÇÕESENZIMAS CINÉTICA DAS REAÇÕES
Diagrama mostrando a variação de energia livre em função do caminho de
uma reação espontânea hipotética. Na presença do catalisador, a reação
ocorre por um caminho alternativo com energia de ativação (Ea) menor.
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O que é o mecanismo “chave e fechadura”?O que é o mecanismo “chave e fechadura”?
• Alguns mecanismos tem sido propostos para
explicar como as enzimas podem diminuir a
energia de ativação. O mais simples é
conhecido como “chave“chave ee fechadura”fechadura”..
• Esse processo interativo garante que a enzima
correta se una com o seu substrato específico
para realizar uma determinada função.
Mecanismo
“Chave e fechadura”“Chave e fechadura”
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FF
UU
NN
CC
II
OO
NN
AA
MM
EE
NN
TT
OO
EE
NN
ZZ
II
MM
ÁÁ
TT
II
CC
OO
1100 –– DiminuemDiminuem aa energiaenergia dede ativação,ativação, levandolevando aa altasaltas
velocidadesvelocidades dede reaçãoreação;;
2200 –– SãoSão muitomuito específicas,específicas, “chave“chave ee fechadura”fechadura”;;
3300 –– SãoSão sintetizadassintetizadas pelaspelas própriaspróprias célulascélulas;;
4400 –– SuaSua concentraçãoconcentração celularcelular ee suasua atividadeatividade podempodem serser
reguladas,reguladas, permitindopermitindo oo ajusteajuste aa diferentesdiferentes condiçõescondições
fisiológicasfisiológicas..
NãoNão sese esqueçaesqueça queque asas
enzimasenzimas 1100……
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NOMENCLATURA NOMENCLATURA 
• Século XIX - poucas enzimas identificadas.
• Adição do sufixo “ASE”“ASE” ao nome do substrato:
Exemplo:
- gorduras (lipo - grego) – LIPASELIPASE
- amido (amylon - grego) – AMILASE
Nomes arbitrários:
- Tripsina e pepsina – proteases
NOMENCLATURANOMENCLATURA
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FATORES QUE AFETAM FATORES QUE AFETAM 
A ATUAÇÃO ENZIMÁTICAA ATUAÇÃO ENZIMÁTICA
Fatores que afetam a atuação enzimáticaFatores que afetam a atuação enzimática
•• CoenzimasCoenzimas
•• TemperaturaTemperatura
•• pHpH
•• ConcentraçãoConcentração enzimáticaenzimática
•• ConcentraçãoConcentração dede SubstratoSubstrato
•• InibiçãoInibição ee AtivaçãoAtivação
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Fatores que afetam a função enzimáticaFatores que afetam a função enzimática
•• 11-- CoenzimaCoenzima – Substância orgânica complexa que
facilita a ação enzimática unindo o substratosubstrato com sua
enzimaenzima específicaespecífica (são(são ativadoresativadores enzimáticos)enzimáticos). Na
sequência elas se regeneram para ajudar em outras
reações semelhantes. Ex: vitaminas do complexo B -
riboflavina(B2), nicotinamida(B5), ácido fólico (B9).
• Obs: Apesardas vitaminas na forma de coenzimas
“permitirem o prosseguimento das reações”, elas
não contêm energia química para realização do
trabalho biológico.
Fatores que afetam a função enzimáticaFatores que afetam a função enzimática
•• 22-- TemperaturaTemperatura – Um aumento na temperatura
aumenta o fluxo tanto da reação catalizada quanto
da reação não catalizada. O aumento da
temperatura não diminui a energia de ativação, mas
aumenta o número de moléculas que possuem
energia cinética suficiente para ultrapassar a energia
de ativação e proceder ao estado de transição.
•• ObsObs: Um aumento excessivo da temperatura pode
resultar em uma redução da velocidade da reação,
como resultado a desnaturação da enzima.
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Fatores que afetam a função enzimáticaFatores que afetam a função enzimática
TEMPERATURATEMPERATURA
1a Condição - alteração da
distribuição de energia entre as
moléculas de uma população que se
encontram em uma temperatura T1(a)
por aumento de temperatura (T2>T1).
2a Condição - Quando existe a
presença de um catalisador (C) para
a mesma temperatura de T1.
A área colorida representa a fração
da população com energia igual ou
maior do que a energia de transição
(Ea).
TEMPERATURATEMPERATURA
••ObsObs: Um aumento excessivo da temperatura pode resultar em uma
redução da velocidade da reação, como resultado a desnaturação da
enzima.
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Fatores que controlam a atividade 
enzimática:
Variações de temperatura: temperatura ótima
100-
50-
0-
%
 
at
iv
id
ad
e 
en
zi
m
át
ic
a 
m
áx
im
a
Temperatura 
ótima
Desnaturação 
térmica da 
proteína
Pouca energia 
para a reação 
acontecer A enzima só está 
desnaturada em 
temperaturas acima 
da temperatura 
ótima.
O que é o pH ?O que é o pH ?
• O pHpH é uma medida da acidez e alcalinidade. A
escala de pHpH vai de 0 a 14. Em 7 pH,
que é bem na metade, há um equilíbrio entre acidez
e alcalinidade. Esse tipo de solução é neutra.
• O pHpH significa a atividade dos íons de Hidrogênio.
Quanto maior o potencial de uma substância de
liberar íons hidrogenados, menor é o valor pHpH.
Então, quanto maior for o grau de acidez, menor
será a leitura do pHpH.
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Fatores que afetam a função enzimáticaFatores que afetam a função enzimática
•• 33-- pHpH – O pHpH de uma solução pode alterar as
características das cargas de cadeia de aminoácidos
(aa) de uma enzima e alterar a estrutura
tridimensional do sítio ativo da enzima como um todo
ou a distribuição das cargas de substratos. Com isso
haverá diminuição da atividade enzimática.
•• ExEx:: as Enzimas gástricas da digestão funcionam
melhor em um pHpH próximo de 2,0 , enquanto as
enzimas intracelulares funcionam melhor em um pHpH
próximo de 7,0.
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Fatores que afetam a função enzimáticaFatores que afetam a função enzimática
%
 
at
iv
id
ad
e 
en
zi
m
át
ic
a 
m
áx
im
a
Fatores que controlam a atividade enzimática:
1. Fatores que afetam a estabilidade proteica das enzimas
• Variações de pH: pH ótimo
pH ótimo=1,5 pH ótimo=6,8 pH ótimo=9,9
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Fatores que afetam a função enzimáticaFatores que afetam a função enzimática
Fatores que afetam a função enzimática
•• 44-- ConcentraçãoConcentração enzimáticaenzimática – A concentração
de enzimas no corpo humano pode mudar em
resposta a estímulosestímulos agudosagudos ouou crônicoscrônicos. Um
aumento da concentração enzimática aumenta
o ritmo das reações químicas para uma dada
condição. Sob condições ideais, o ritmo da
reação é proporcional à concentração
enzimática.
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CURIOSIDADESCURIOSIDADES
• A concentração de enzimas intracelulares no
plasma é centenas de vezes menor do que no
interior das células, onde são sintetizadas. Em
condições patológicas, quando as células são
lesadas, suas concentrações plasmáticas tornam-
se anormalmente elevadas, revelando a
instalação da moléstia. Ainda mais, o tipo de
enzima cuja concentração plasmática aumenta
pode indicar o tecido ou órgão que sofreu danos.
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Fatores que afetam a função enzimática
•• 55-- ConcentraçãoConcentração dede substratosubstrato – Segundo
Michaelis e Menten (1913) o passo limitador do
ritmo de uma reação catalizada enzimaticamente é
a conversão do processo enzimaenzima--substratosubstrato para o
produtoproduto.. Portanto se há aumentoaumento na concentração
de substratosubstrato existe aumentoaumento no númeronúmero dede
enzimasenzimas conectadas ao substratosubstrato, assim como um
aumentoaumento na formação de produtoproduto.
Esquema ilustrativo do equilíbrio E+S ↔ ES, em 3 situações (I,II,III) de
concentrações diferentes de substrato e mesma concentração de enzima,
analisadas após um mesmo tempo inicial. As velocidades de reação (V0)
são indicadas em porcentagens da Vmáx. Na prática, a proporção [S] / [E] é
muito maior do que a representada no esquema.
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Fatores que afetam a função enzimática
Fatores que afetam a função enzimática
• 6- Inibição e Ativação – A regulação da
atividade enzimática pelas concentrações de
substrato e produto aplica-se principalmente as
enzimas que não são inibidas ou ativadas
quando outras moléculas se conectam à ela.
• A existência de enzimas que são inibidas ou
ativadas é importante para a regulação do
metabolismo.
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Fatores que afetam a função enzimática
• Um grande número de substâncias pode
inibir a atividade enzimática. Algumas
dessas substâncias são constituintes da
célula e outras são estranhas, levando com a
sua presença a alterações significativas do
metabolismo.
Fatores que afetam a função enzimática
• Quando o inibidorinibidor é produzido pela própria
célula, a variação na sua concentração vai
ser muito empregado pela própria célula
como uma forma de controle da velocidade
das reações. Esse mecanismo vai
possibilitar a o organismo responder a
diferentes condições fisiológicas.
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Fatores que afetam a função enzimática
• Muitos medicamentos usados rotineiramente
baseiam-se na inibição específica de enzimas. O
bloqueio de uma única reação vai afetar toda a
sequência de reações, já que a reação bloqueada
não vai gerar o produto que vai ser necessário pra
reações seguintes.
• Os inibidores podem ser reversíveis ou
irreversíveis, de acordo com a estabilidade gerada
pela sua ligação com a enzima.
Fatores que afetam a função enzimática
• Os inibidores irreversíveis se ligam as enzimas levando a
inativação definitiva da mesma. Estes inibidores são muito
tóxicos para o organismo já que não são específicos,
sendo capazes de inativar qualquer enzima.
• As propriedades tóxicas de muitos inibidores têm ainda
largo emprego no combate a insetos, por exemplo. Muitos
inseticidas têm inibidores enzimáticos em seu princípio
ativo. É nesta toxidez que existe o perigo potencial dos
detritos industriais, cujo conteúdo é rico em inibidores
enzimáticos.
• Exemplo: compostos organofosforados (pesticidas)
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Fatores que afetam a função enzimática
• A toxicidade desses produtos decorre sobretudo de
insuficiênciainsuficiência cárdiocárdio--respiratóriarespiratória por
compromentimento do sistemasistema nervosonervoso
autônomoautônomo. Sabe-se que alguns destes compostos
induzem em animais de experimentação e em
humanos, uma miopatiamiopatia caracterizada por
degeneraçãodegeneração dede célulascélulas muscularesmusculares,
comprometendo sobretudo a musculaturamusculatura
respiratóriarespiratória..
Fatores que afetam a função enzimática
• Existem inibidores irreversíveis altamente úteis para
o ser humano.
• Exemplo: Penicilina – Ela deve seu emprego
terapêutico às suas propriedades de inibidor
irreversível, pois liga-se especificamente as
enzimas da via de sínteseda parede bacteriana,
inibindo-as; desprovidas de parede, as células ficam
sujeitas à liselise. Este é um grande exemplo de
atuação sobre uma enzima que o parasita possui e o
parasitado não.
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Fatores que afetam a função 
enzimática
• Já os inibidoresinibidores reversíveisreversíveis podem ser
divididos em dois grupos: os competitivos e os
não-competitivos. Essa divisão é baseada na
presença ou não de competição entre o inibidor
e o substrato pelo centro ativo da enzima.
Fatores que afetam a função enzimática
• Os inibidoresinibidores competitivoscompetitivos competem com o
substrato pelo centro ativo da enzima. Estas
moléculas apresentam configuração semelhante
ao substrato e por isso são capazes de se ligarem
ao centro ativo da enzima. Eles produzem um
complexo enzima-inibidor que é semelhante ao
complexo enzima-substrato.
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Fatores que afetam a função enzimática
Os inibidores não-competitivos não tem
semelhança estrutural com o substrato de
reação que inibem. A sua inibição se dá pela
sua ligação a radicais que não pertencem ao
grupo ativo. Esta ligação vai alterar a estrutura
da enzima e diminuir a sua velocidade de
catálise.
Fatores que afetam a função enzimática