Aula Enzimas (1)

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06/07/2017
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Enzimas
Catálise enzimática
Cinética enzimática
Prof. Dra. Adamara Machado Nascimento
Universidade Federal do Acre – UFAC
Campus Floresta
Sem enzima
10-13 mols/L/min
Parâmetros termodinâmicos de uma reação química
Enzimas catalisadores biológicos
Proteínas
Alguns são RNA
Sem enzima
10-13 mols/L/min
Com enzima
1.3 x 10-3
mols/L/min
~1010 vezes mais rápida 
com a Hexokinase
Enzimas
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Por quê é necessária uma enzima se a reação é espontânea?
Quanto maior a energia de ativação 
mais lenta uma reação química será 
Energia de 
ativação
Enzimas
O que a enzima faz?
Quando a energia de ativação é 
reduzida a reação acontecerá mais 
rapidamente
A enzima pode acelerar a reação
Energia de 
ativação 
reduzida
Energia de 
ativação 
reduzida
Enzimas
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Por que as enzimas são bons catalisadores?
Formação de ligações covalentes 
transientes entre substrato e 
enzima
Sítio ativo
Quimitripsina
(NELSON, D.L.; COX, M.M. Princípios de Bioquímica de Lehninger, 5º ed., 2011)
Formação de ligações não-
covalentes fracas
Energia de ligação
Enzimas
Por que as enzimas são bons catalisadores?
Principal responsável pela 
diminuição da energia de 
ativação
Energia de ligação
Diferença em energia livre 
entre o estado de transição de 
uma reação não catalisada e 
uma reação catalisada
Enzimas
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Por que enzimas são bons catalizadores biológicos?
enzima
Composto A (substrato)
Composto B (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
Enzimas
Especificidade
Galactosídeos
Por que as enzimas são bons catalisadores? Enzimas
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Especificidade da enzima
Enzimas
A catálise não 
acontece
Especificidade da enzima
O substrato de liga a enzima como 
uma chave em uma fechadura
(Emil Fischer, 1890)
Modelo de Fischer
A catálise não 
acontece
Enzima complementar ao substrato
Enzimas
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A catálise não 
acontece
Especificidade da enzima
Modelo do estado de transição
A reação 
acontecerá em uma 
taxa acelerada
Formação de um estado de transição 
(desestabilização do substrato) –
ligações fracas entre o estado de 
transição e a enzima
Enzimas
A catálise não 
acontece
Especificidade da enzima
Interação fraca ótima entre a 
enzima e o estado de transição
Hipótese do ajuste induzido
catálise
catálise não 
acontece
Depois que a E se liga ao S 
a enzima muda (conformação) 
induzindo um ajuste que 
otimiza a posição de seus 
grupos reagentes
(Daniel Koshland, 1958)
Enzimas
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Enzimas são moléculas bem maiores que os substratos...
NAD+ – 663.43
Álcool desidrogenase – Mr 80.000
Etanol – 46.07
Razões para a estrutura terciária de proteínas
 Posicionamento de resíduos catalíticos
 Otimização da catálise por ajuste induzido
 Regulação de enzimas
 Complexos de enzimas
S não liga
S liga
Tamanho das enzimas
Enzimas
Fatores pelos quais as enzimas catalisam reações:
Interações fracas não-covalentes
Ligações covalentes transitórias
Desolvatação
Disponível em: https://en.wikibooks.org/wiki/Structural_B iochemistry/Enzyme/D esolvation Acesso em26/06/2017
Enzimas
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EsperadoEsperado
Especificidade
Enzimas são moléculas bem maiores que os substratos...
Como a estrutura terciária de enzimas contribuem para a catálise
Enzimas
Especificidade
Como a estrutura terciária de enzimas contribuem para a catálise
Enzimas são moléculas bem maiores que os substratos... Enzimas
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Dois ajustes induzidos sequenciais 
Citrato sintase
Mudança conformacional
1º 
ajuste
Acetil 
coA se 
liga
Citroil
CoA
2º 
ajuste
Transfe
rência
Enzimas são moléculas bem maiores que os substratos...
Como a estrutura terciária de enzimas contribuem para a catálise
Enzimas
Enzimas
Fosfofrutoquinase-2 / Frutose-bifosfatase
Frutose 2,6-bi-fosfato/frutose 6-fosfatoModificações covalentes 
transitórias
Regulação
Enzimas são moléculas bem maiores que os substratos...
Fosforilação/defosforilação
Ser, Ter, Tyr
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Cofator
Componente químico 
adicional que pode ser 
um ou mais íons 
inorgânicos 
(NELSON, D.L.; COX, M.M. Princípios de Bioquímica de Lehninger, 5º ed., 2011)
Grupo prostético
Enzimas
Coenzima
(NELSON, D.L.; COX, M.M. Princípios de Bioquímica de Lehninger, 5º ed., 2011)
Molécula orgânica ou metalorgância complexa 
que agem como carreadores transitórios de 
grupos funcionais específicos 
Grupo prostético
HOLOENZIMA
APOENZIMA ou 
APOPROTEÍNA
Enzimas
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Classificação de enzimas
Sistema de nomenclatura e classificação – 6 classes com subclasses / número e nome sistemático
(NELSON, D.L.; COX, M.M. Princípios de Bioquímica de Lehninger, 5º ed., 2011)
Sufixo ASE – nome do substrato ou atividade (ex. DNA polimerase, Urease, etc) 
Função ampla (ex. pepsina, lisozima) 
Fonte (ex. tripsina) 
www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme
Enzimas
Catálise geral ácido-básica
Tipos de catálise
(NELSON, D.L.; COX, M.M. Princípios de Bioquímica de Lehninger, 5º ed., 2011)
Enzimas
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Catálise covalente
Tipos de catálise
(NELSON, D.L.; COX, M.M. Princípios de Bioquímica de Lehninger, 5º ed., 2011)
Enzimas
Enzimas
Catálise por íons metálicos
Tipos de catálise
(NELSON, D.L.; COX, M.M. Princípios de Bioquímica de Lehninger, 5º ed., 2011)
Interações iônicas
E-M + S:
o orientar o S
o estabilizar estados
de transição
Mediar reações de
oxidação-redução
 alterações nos
estados de oxidação
dos íons metálicos
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Estuda a medida da velocidade de uma reação bioquímica
Como medir a velocidade de uma reação? S  P
Cinética 
enzimática
Tempo
[Produto]
Estuda a medida da velocidade de uma reação bioquímica
Como medir a velocidade de uma reação? S  P
Velocidade 
inicial
V0
Cinética x velocidade  velocidade inicial
Cinética 
enzimática
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Efeito da [S] sobre a V0 de uma reação catalisada por enzima
E + S  ES  E + P
[E] constante
[S] baixa – [S] aumenta V0 aumenta
Aumento na [S] não afeta mais V0
significativamente
Vmáx
Cinética 
enzimática
Modelo matemático
E + S  ES  E + P
Cinética do estado estacionário da reação
[E] constante
Vmáx
Formação de ES
Degradação de ES
Cinética 
enzimática
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Modelo matemático
O que significa Km?
 Km Alto – [ES] baixa – baixa afinidade de E por S
Rearranjando a equação – todas as [ ] do mesmo lado:  Km baixo – [ES] alta – alta afinidade de E por S
Enzimas michaelianas
Cinética 
enzimática
Modelo matemático – equação mais útil Cinética 
enzimática
Após vários rearranjando e substituindo termos de 
difícil determinação:
Equação de Michaelis-Menten
 [S] muito baixa – comparada com Km
pode ser ignorada  V0 ≈ [S]
 [S] muito alta – muito maior do que Km
pode ser ignorada  V0 = Vmáx
 [S] ≈  V0 = Vmáx/2
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Modelo matemático – linearizando.... Cinética 
enzimática
Equação de Michaelis-Menten
 Vmáx e Km - estimados
Lineweaver-Burk
Modelo matemático – linearizando.... Cinética 
enzimática
Lineweaver-Burk
y x bm
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Gráfico do duplo recíproco de Lineweaver-Burk Cinética 
enzimática
 O ponto onde a linha reta intercepta 1/V0
nesse ponto 1/[S] é 0
 O ponto onde a linha reta intercepta 1/[S]
Gráfico de Michaelis e Menten xGráfico de Linewaver-Burk
Cinética 
enzimática