Enzimas: Catalisadores Orgânicos

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Prof. João Jaime Giffoni Leite
ENZIMAS
• Definição
– Catalisadores orgânicos
• Atuam em sistemas biológicos em condições suaves de
temperatura e pH e determinam o perfil de transformações
químicas que ocorrem em soluções aquosas
– Características marcantes:
• Poder catalítico
• Alta especificidade das enzimas
– Quase todas as enzimas conhecidas são proteínas, sendo algumas
moléculas de RNA cataliticamente ativas, denominadas
ribozimas.
ENZIMAS
• Quimicamente:
– Proteínas com estrutura especial
– Contendo:
• APOENZIMA
• COENZIMA
– Grupo prostético 
• Conjunto: HALOENZIMA
ENZIMAS
• Alguns casos as enzimas podem estar ligadas a
COFATORES:
– Moléculas orgânicas de baixo peso molecular ou íons
metálicos
• Função : ativá-las
• Enzimas são:
– Substâncias sólidas
– Difíceis de serem cristalizadas
– Geralmente solúveis em água e álcool diluído
– Quando em solução são precipitadas por sulfato de
amônio, álcool e ácido tricloroacético
– Inativadas pelo calor
ENZIMAS
• FUNÇÃO
– Atuam como catalisadores biológicos
• Aumentando a velocidade das reações por meio da
diminuição de suas energias de ativação
• Mantendo invariável o seu equilíbrio químico
ENZIMAS
• FUNÇÃO
– Sitio ativo
• Pequena região onde ocorre a ligação da enzima com o
substrato
• Integridade da molécula enzimática protéica é necessária
para a manutenção deste sítio ativo, ou seja, para a ação
catalítica
ENZIMAS
• CLASSIFICAÇÃO
– Em função:
• Ambigüidade detectada nas nomenclaturas
• Número crescente de enzimas estudadas
– Nova classificação para as enzimas foi proposta pela Comissão 
Internacional de Enzimas
» Seis classes de acordo com as reações que catalisam, 
seguindo-se subclassificações conforme outros critérios
» Todas receberam um nome sistemático e uma 
identificação de quatro dígitos precedidas pela sigla E.C.
ENZIMAS
• Nomenclatura e classificação de enzimas
– União Internacional de Bioquímica (1995) 
– Cada enzima possui um código de 4 algarismos 
separados por pontos
• Primeiro: corresponde à classe a que a enzima pertence 
e vai de 1 a 6
• Segundo: determina a subclasse
• Terceiro: define com exatidão o tipo de atividade 
enzimática 
• Quarto: número da enzima dentro da sua subclasse
ENZIMAS
• Enzimas podem também ser designadas por
nomes que obedecem a uma sistemática:
– Constituída por dois nomes:
• Substrato
• Natureza da reação
– Como estas nomenclaturas são muito complexas,
na maioria das vezes, as enzimas são designadas
por nomes triviais
• Ex.: enzima 3.2.1.2. é a α-1,4-glucan-malto-hidrolase é
conhecida comumente por β-amilase
EN
ZI
M
A
S
ENZIMAS
• ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA
– CENTRO ATIVO
• Formado por alguns dos resíduos de aminoácidos presentes
na cadeia
• Se aproximam pelos dobramentos que constituem a
estrutura terciária da proteína
– Constitui uma cavidade aberta sobre a superfície da molécula
globular e permite à enzima reconhecer seu substrato
» Comparado a um conjunto chave – fechadura – key and lock
– Fisher 1894
» De fato uma molécula para ser substrato de uma
determinada enzima deve ter forma espacial adequada para
alojar-se no centro ativo da enzima, como também grupos
químicos capazes de estabelecer ligações precisas com os
radicais do mesmo
ENZIMAS
– Cada enzima possui uma
organização estrutural
específica
• Centro ativo permite a ligação
apenas do seu substrato,
trazendo grande especificidade
para a catálise enzimática
• ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA
ENZIMAS
• ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA 
– BAIXA ESPECIFICIDADE: 
• Quando essa propriedade existe apenas em relação a tipos 
de ligação
– Ex.: lipase – que hidrolisa ligações álcool-ácido de quase todos os 
ésteres orgânicos
– ESPECIFICIDADE ABSOLUTA:
• Quando a enzima atua somente sobre um determinado 
composto
– Ex.: urease – hidrolisa a uréia, porém nenhum de seus derivados 
ou a tripsina que hidrolisa ligações peptídicas formadas por 
grupos carboxílicos dos aminoácidos negativos 
ENZIMAS
• ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA
– ESPECIFICIDADE DE GRUPO:
• Enzima é capaz de atuar sobre substratos com uma
ligação química específica
– Leucina-aminopeptidase que catalisa hidrólise de diferentes
ligações peptídicas
– Quimotripsina que hidrolisa ligações formadas por grupos
carboxílicos de metionina, aspargina, glutamina e leucina
ENZIMAS
• ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA
– ESTÉREO ESPECIFICIDADE
• Especificidade ótica
– Maioria das enzimas hidrolisam apenas ligações peptídicas de L-
aminoácidos, já que as proteínas são formadas por L-aminoácidos
– ESPECIFICIDADE ORGÂNICA:
• Relacionada à origem orgânica da enzima. Assim enzimas
com o mesmo tipo de atividade, dependendo da origem,
pode diferir entre si
• Esta diferença é causada pela estrutura das proteínas que
formam a enzima
– α-amilase do pâncreas do porco é idêntica à encontrada na saliva,
mas diferente da α-amilase hepática
ENZIMAS
• ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA
– ESPECIFICIDADE CIS-TRANS:
• Enzimas que atuam somente sobre um isômero cis-
trans
– Fumarase adiciona facilmente água apenas no ácido com
configuração trans (ácido fumárico)
ENZIMAS
• MEDIDA DE ATIVIDADE ENZIMÁTICA
– Habitualmente é expressa em Unidades 
Internacionais
• Uma UI corresponde a quantidade de enzima capaz de 
formar 1μMol de produto por minuto em condições 
ótimas (pH, temp. etc.)
– ATIVIDADE ESPECÍFICA: seria o número de unidades de enzima 
por miligrama de proteína
ENZIMAS
• CINÉTICA DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS 
– Concentração de Substrato:
• Células a [S] do substrato chega a ser até 106 vezes 
maior que a [E]
– Apesar desta diferença, porém, nem todas as moléculas de 
enzimas combinam-se com o substrato
– Estabelece-se isto sim um equilíbrio entre as [S], [E], [ES], com 
[ ] definidas e constantes. 
ENZIMAS
• CINÉTICA DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS 
– Concentração de Enzima
• A velocidade de uma reação enzimática será sempre 
proporcional a sua concentração
– Desvios da linearidade podem ocorrer devido a: 
» Presença de inibidores na própria solução de enzima
» Presença de substâncias tóxicas
» Presença de ativadores
» Entre outros
ENZIMAS
• CINÉTICA DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS
– Efeito do pH:
• Ação catalítica de uma enzima é alcançada dentro de
limites muito estreitos de pH
– Cada reação tem o seu pH ótimo, que para a maioria das
enzimas se encontra entre 4.5 e 8.0
» Algumas enzimas que catalisam reações com diferentes
substratos podem apresentar mais de um pH ótimo
» Porém, grandes variações de pH normalmente
determinam a desnaturação da enzima.
ENZIMAS
• CINÉTICA DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS
– Efeito da Temperatura:
• Semelhante às reações químicas, as reações
enzimáticas tem a velocidade aumentada com o
aumento da temperatura
– Acima de determinadas temperaturas, esta velocidade
diminui, devido ao fato de ocorrer desnaturação da enzima
» Em geral as enzimas reagem muito lentamente em
temperaturas de subcongelamento
ENZIMAS
• CINÉTICA DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS
– Efeito da Pressão:
• Pouco significativa para a velocidade das reações
enzimáticas
– Desnaturação protéica
» Ocorre uma expansão de volume resultante do
desdobramento da cadeia, a aplicação de pressão em
princípio, deve reduzir a desnaturação pelo calor
• Porém, devemos lembrar que altas pressões também
podem provocar a desnaturação da proteína por
alteração da estrutura
ENZIMAS
• MECANISMOS DE AÇÃO E INIBIÇÃO 
– Modelo proposto por Michaelis-Menten
• Explica as propriedades cinéticas de um grande grupo de 
enzimas
– Avalia as taxas de reação e suas alterações em função de 
parâmetros experimentais
» Concentrações de substrato e enzimas
• A catáliseenzimática ocorre em duas etapas
– 1° etapa:
» Enzima liga-se reversivelmente ao substrato formando um 
complexo enzima-substrato 
– 2° etapa
» Liberado o produto e a enzima volta a forma livre 
ENZIMAS
• Inibidores enzimáticos
– Enzimas podem ser inibidas:
• Moléculas específicas ou íons
– Inibidores enzimáticos reversíveis ou irreversíveis
– Inibidores reversíveis são classificados:
» Competitivos
• Competem com o substrato pelo sítio ativo da
enzima
» Não-competitivos
• Ligam-se a radicais aminoacídicos que não
pertencem ao sítio ativo e esta ligação altera a
estrutura enzimática
ENZIMAS
• Inibidores enzimáticos
– Inibidor reversível:
• Compostos com capacidade de se combinar de forma
reversível com determinadas enzimas inibindo sua
atividade
– Inibidor irreversível:
• Neste caso, ocorre uma combinação entre o composto
e a enzima irreversível, formado por ligações covalente,
não podendo haver separação por processos como
diálise ou diluição.
ENZIMAS
• Inibidores enzimáticos
– Inibidor competitivo: 
• Compostos que competem com o substrato pelo centro 
ativo da enzima, normalmente apresentam estruturas 
semelhantes as do substrato. 
– Isto pode ser evitado aumentando-se a [S] 
– Inibidor não competitivo: 
• Combinam-se com o complexo ativado, impedindo que este 
complexo de origem ao produto final e liberação da enzima.
ENZIMAS X DOENÇAS 
• Desordens genéticas herdadas
– Deficiência ou mesmo ausência total, de uma ou 
mais enzimas
– Excesso de atividade de uma enzima específica
• Medidas da atividade de certas enzimas:
– Plasma sanguíneo
– Eritrócitos
– Amostras de tecidos
» Importantes no diagnóstico de várias doenças
ENZIMAS X DOENÇAS 
Doenças genéticas causadas pela perda ou defeito de uma única enzima ou 
proteína