13. Enzimas e cinética Enzimática

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ENZIMAS E CINÉTICA ENZIMÁTICA
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CONCEITOS GERAIS
As enzimas são, portanto, consideradas as unidades funcionais do metabolismo 
Enzimas são, geralmente, proteínas especializadas em atividade catalítica.
 Praticamente todas as reações do metabolismo celular são catalisadas por enzimas
As enzimas atuam ainda como reguladoras deste conjunto complexo de reações
 Não são consumidas na reação
 Atuam em pequenas concentrações
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Catálise biológica - reconhecida no início dos anos 1800 - estudos de digestão de carne em sucos gástricos e amido na saliva
1926 - obtenção de cristais de urease - constatação de que era proteína – postulou-se que todas as enzimas eram proteínas
Pouco depois, foi aceito que todas as enzimas são proteínas.
Hoje sabe-se também que um pequeno grupo de RNAs possuem atividade catalítica - Ribozimas
HISTÓRICO BREVE 
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INTRODUÇÃO À CATÁLISE BIOLÓGICA
O que é um catalisador?
- Um catalisador aumenta a velocidade de reações químicas, sem participar como reagente ou produto. 
	 A + B		 C
As enzimas são catalisadores biológicos
Muito da históriA da bioquímica está associado ao estudo de enzimas. 
Enzima
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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES ESPECIAIS DE ENZIMAS
- Grande eficiência catalítica (catalisadores 	extremamente poderosos)
- Alto grau de especificidade (reconhecimento) 	por seus substratos
- Funcionam em condições brandas:
		em soluções aquosas
		em pH e temperaturas fisiológicas
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Condições da Reação
Energia livre de Ativação
kj/mol kcal/mol
Velocidade
Relativa
Sem catalisador
Platina
Enzima Catalase
75,2 18,0
48,9 11,7
23,0 5,5
1
 2,77 x 104
 6,51 x 108
Ex: Decomposição do H2O2
PODER CATALÍTICO
Aceleram em média 109 a 1012 vezes a velocidade da reação – podendo chegar a 1016 vezes !!
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Algumas enzimas necessitam de outros grupos químicos
Porção protéica
 APOPROTEÍNA
Composto
 não protéico
HOLOPROTEÍNA
Cofator
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Atuam em pequenas concentrações
1 molécula de Catalase
 decompõe
5 000 000 de moléculas de H2O2
pH = 6,8 em 1 min
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NOMENCLATURA DAS ENZIMAS 
Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática:
Nome Recomendado: 
Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com enzimas; 
Século XIX - poucas enzimas identificadas
 Adicionava-se sufixo ASE ao nome do substrato-enzima que hidrolisam:
gorduras (lipo - grego) - LIPASE
amido (amylon - grego) - AMILASE
proteínas - PROTEASE
Outros exs: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc.
 
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Nome Usual ou Arbitrário: Consagrados pelo uso
Exs: 	Tripsina e pepsina – proteases
	Catalase - H2O2
Nome Sistemático:
Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. 
Ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase 
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COMPONENTES DA REAÇÃO ENZIMÁTICA
 E + S ES E + P
E - Enzima
S - Substrato(s)
ES - Complexo Enzima -Substrato
P – Produto(s)
CENTRO
ATIVO
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CENTRO CATALÍTICO / SÍTIO ATIVO 
 Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato
 Pode possuir componentes não protéicos
 cofatores
 
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O que as enzimas fazem
Energia de ligação permite:
 redução do movimento relativo de duas moléculas;
 favorece a orientação correta dos reagentes 
 distorção estrutural ou eletrônica da estrutura do substrato
 solvação do substrato - substituição das pontes de H entre água e o substrato 
- grupos catalíticos específicos (geralmente envolve interação covalente entre enzima e substrato)
Enzima tem maior afinidade pelo estado de transição
REAGENTES
ENZIMA
PRODUTO
ESTADO DE TRANSIÇÃO 
= 
COMPLEXO ENZIMA- SUBSTRATO
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1. Modelo Chave-Fechadura
Ligação da Enzima ao Substrato – 2 modelos
2. Modelo Encaixe Induzido
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1. Modelo Chave-Fechadura
2. Modelo Encaixe Induzido
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FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DE REAÇÕES ENZIMÁTICAS:
 Fatores externos
	- pH
	- Temperatura
 Fatores envolvendo componentes da reação
	- Concentração do substrato
	- Concentração da enzima
 Presença de inibidores
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INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DO MEIO SOBRE A ATIVIDADE ENZIMÁTICA
 Condições:
 - pH (ótimo)
 - [Substrato]
 - [Enzima]
Temperatura ótima
Ativação 
Térmica
VELOC.
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INFLUÊNCIA DO pH DO MEIO SOBRE A ATIVIDADE ENZIMÁTICA
 Condições:
 - temperatura ótima
 - [substrato]
 - [enzima]
Cada enzima tem seu pH ótimo
 Veloc.
pH ótimo
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INFLUÊNCIA DA [ENZIMA] E [SUBSTRATO] SOBRE A ATIVIDADE ENZIMÁTICA
 Condições:
 - temperatura (ótima)
 - pH (ótimo)
 - [substrato] em excesso
[E]
Velocidade da reação
 Condições:
 - temperatura (ótima)
 - pH (ótimo)
 - [enzima]
[S]
Cinética de
 1a ordem
Cinética de
 ordem zero
Velocidade da reação
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INTRODUÇÃO À CINÉTICA ENZIMÁTICA
Estudo da velocidade da reação (V): S  P
- Quantidade de produto formado
- Quantidade de substrato transformado
 (sempre na unidade de tempo)
Atividade enzimática pode ser medida pela velocidade da reação catalisada
Pode ser medido por:
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
Representaram uma reação enzimática em 2 etapas:
constantes de velocidade
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EQUAÇÃO DE MICHAELIS-MENTEN
- EQUAÇÃO DA VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO ENZIMÁTICA
Onde Vmax é a velocidade máxima da reação
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
Km= [S]
Propriedades importantes de Km:
É a [substrato] numericamente igual a metade da Vmax
Característico de cada enzima
Reflete a afinidade da enzima pelo seu substrato
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CINÉTICA ENZIMÁTICA
 Variação da velocidade da reação enzimática (v0) em função da concentração do substrato (S) para duas concentrações de enzima (E, 3E).
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INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
Quanto ao tipo:
competitiva
não-competitiva
inibidor  a atividade de todas as enzimas 
ex: agentes desnaturantes
inespecífica -
específica -
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IMPORTÂNCIA
Por ex: Toxicologia, Farmacologia e Ambiente
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INIBIÇÃO ENZIMÁTICA IRREVERSÍVEL 
 inibidor se combina com um grupo funcional (sítio ativo) da enzima
 inibidor se liga à enzima formando um complexo ESTÁVEL
 forma-se uma ligação COVALENTE entre o inibidor e a enzima
Ex:
A aspirina promove inibição irreversível da enzima ciclooxigenase 1 (COX-1) nas plaquetas, inibindo, assim, a produção de agentes trombóticos e seus metabólicos. Baixas dose de aspirina (80mg) bloqueiam mais de 95% da atividade COX-1 da plaquetas e reduzem eventos cardiovasculares em cerca de 25% dos pacientes com doença vascular arterial. 
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inibidor forma com a enzima um composto INSTÁVEL
inibição NÃO envolve modificação COVALENTE
Tipos de inibidores reversíveis
competitivos
não competitivos
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA REVERSÍVEL 
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INIBIÇÃO COMPETITIVA 
INIBIDOR COMPETITIVO
	- Estrutura semelhante à do substrato
 - Liga-se ao Sítio Ativo da Enzima
EI 
+
I
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INIBIÇÃO COMPETITIVA
	
Na presença do inibidor competitivo
Aparente
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INIBIÇÃO COMPETITIVA
EX: INTOXICAÇÃO POR METANOL
Metanol
Álcool 
desidrogenase
Causa lesão
tecidual
cegueria
formaldeído
/
acetaldeído
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INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA
Inibidor não-competitivo
NÃO se liga ao sítio ativo da enzima 
COMPLEXO TERNÁRIO
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Inibidor não tem semelhança estrutural com o substrato 
NÃO se liga no sítio ativo da enzima
Aumento da [substrato] não diminui a inibição 
Km da enzima NÃO se altera
A VELOCIDADE máxima DIMINUI na presença do inibidor
INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA
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INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA
Diminui a concentração 
de enzima ativa
Velocidade Máxima 
 da Reação
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INIBIÇÃO NÃO COMPETITIVA
EX: INTOXICAÇÃO POR METAIS PESADOS
-Hg, Pb e Ag que reagem com os grupos –SH dos aminoácidos cisteínas das proteínas
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