Enzimas 2014

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Enzimas 
29 e 30/04/2008 
•� Catálise biológica 
–� digestão da carne: estômago; (1700) 
–� digestão do amido: saliva. (1800) 
•� Década de 1850 
–� Louis Pasteur - concluiu que a fermentação do açúcar 
em álcool pela levedura era catalisada por 
“fermentos” 
–�Vitalismo 
Enzimas - Histórico 
Louis Pasteur 
(1822-1895) 
•� Eduard Buchner (1897) 
–� extratos de levedo podiam fermentar o açúcar 
até álcool; 
–� enzimas funcionavam mesmo quando 
removidas da célula viva. 
•�Frederick Kuhne 
 - nomeou tais moléculas de enzimas. 
•�James Sumner (1926) 
–� Isolou e cristalizou a urease; 
–�Cristais eram de proteínas; 
–� Postulou que “todas as enzimas são proteínas”. 
Eduard Buchner 
(1860-1917) 
Enzimas - Histórico 
James Summer 
(1887-1955) 
Enzimas - Histórico 
•� John Northrop e Moses Kunitz(década 30) 
–�Cristalizaram a pepsina e a tripsina bovinas; 
•� Década de 50 – séc. XX 
–� 75 enzimas - isoladas e cristalizadas; 
–� Ficou evidenciado caráter protéico 
•� Atualmente + 2000 enzimas são conhecidas. 
John Northrop 
(1891-1987) 
 Catalisadores de reações biológicas 
Enzimas - Propriedades Gerais 
•� Presente em praticamente todas as reações metabólicas 
•� Propriedades: 
 1- Poder catalítico extraordinário (até 1000x + rápido) 
 2- Alto grau de especificidade 
 3- Funcionam em temperaturas e pH específicos 
 4- Não participam da reação como reagente ou produto 
 5- Condições favoráveis de pH, temperatura, 
 polaridade do solvente e força iônica. 
•� Presente em concentrações extremamente baixas 
Enzimas - Propriedades Gerais 
•� Proteínas: Globulares 
 Possuem todas as características das proteínas 
 Estruturas terciária e quaternária 
 Podem ter sua atividade regulada 
•� Estão quase sempre compartimentalizadas 
•� Proteínas 
•� Ribozimas 
Natureza 
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Século XIX- poucas enzimas identificadas 
Enzimas - Nomenclatura 
•� Adição do sufixo “ASE” ao nome do substrato: 
 * gorduras (lipo - grego) – LIPASE 
 * amido (amylon - grego) – AMILASE 
•� Nomes arbitrários: 
 * Tripsina e pepsina – proteases 
 NOMES TRIVIAIS 
•� 1955 - Comissão de Enzimas (EC) da União Internacional de 
Bioquímica (IUB) - nomear e classificar. 
•� Cada enzima - código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de 
reação catalisada: 
- 1° dígito - classe 
- 2° dígito - subclasse 
- 3° dígito - sub-subclasse 
- 4° dígito - indica o substrato 
No século XX... 
Enzimas - Nomenclatura 
1. Oxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons) 
 1.1.atuando em CH-OH 
 1.2.atuando em C=O 
 1.3.atuando em C=O- 
 1.4.atuando em CH-NH2 
 1.5.atuando em CH-NH- 
 1.6.atuando em NADH, NADPH 
2.Transferases (transferem grupos funcionais entre moléculas) 
 2.1.grupos com um carbono 
 2.2.grupos aldeído ou cetona 
 2.3.grupos acil 
 2.4.grupos glicosil 
 2.7.grupos fosfatos 
 2.8.grupos contendo enxofre 
3.Hidrolases (reações de hidrólise em ligações covalentes) 
 3.1.ésteres 
 3.2.ligações glicosídicas 
 3.4.ligações peptídicas 
 3.5.outras ligações C-N 
 3.6.anidridos ácidos 
Sistema IUB de Nomenclatura 
Enzimas - Nomenclatura 
Ex: desidrogenases e 
oxidases 
Ex: quinases e 
transaminases 
Ex: peptidases 
Sistema IUB de Nomenclatura - Classes 
Enzimas - Nomenclatura 
4.Liases (catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de 
água, amônia e gás carbônico) 
 4.1. =C=C= 
 4.2. =C=O 
 4.3. =C=N- 
5.Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar 
isômeros) 
 5.1.racemases 
6.Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre 
duas pré-existentes, sempre às custas de energia) 
 6.1. C-O 
 6.2. C-S 
 6.3. C-N 
 6.4. C-C 
Ex: dehidratases e 
descarboxilases 
Ex: epimerases 
Ex: sintetases 
ADP + D-Glicose-6-fosfato ATP + D-Glicose 
IUB - ATP:glicose fosfotransferase 
Enzimas - Nomenclatura Enzimas - Estrutura 
Apoenzima ou 
Apoproteína 
(inativa) 
Grupo Prostético 
Holoenzima (ativa) 
Coenzima 
Pode ser: 
•� íon inorgânico 
•� molécula orgânica 
Cofator Proteína 
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•� Cofatores: 
 - são pequenas moléculas inorgânicas 
 - não estão ligados permanentemente 
 - na ausência deles, a enzima é inativa; 
Cofatores Enzimáticos 
Enzimas - Estrutura 
Metanol desidrogenase 
(Íon cálcio) 
Co-fatores metálicos Enzimas 
Zn2+ Anidrase carbônica, carboxipeptidase 
Mg2+ Hexocinase 
Ni2+ Urease 
Mo Nitrato-redutase 
Se Glutationa-peroxidase 
Mn2+ Superóxido-dismutase 
K+ Propionil-CoA-Carboxilase 
Cofatores Enzimáticos 
Enzimas - Estrutura 
- são compostos orgânicos, quase sempre derivados de 
vitaminas, 
 - que atuam em conjunto com as enzimas. 
Coenzimas 
Enzimas - Estrutura Enzimas - Estrutura 
•� Classificam-se em: 
- transportadoras de hidrogênio 
- transportadoras de grupos químicos 
 Transportadoras de hidrogênio 
Coenzimas 
Enzimas - Estrutura 
 Transportadoras de grupos químicos 
Coenzimas Sítio de Ligação 
Enzimas - Especificidade 
•� As enzimas são muito específicas para os seus substratos; 
•� Esta especificidade pode ser relativa a apenas um substrato ou 
a vários substratos ao mesmo tempo; 
•� Especificidade se deve à existência, na superfície da enzima de 
um local denominado SÍTIO DE LIGAÇÃO DO 
SUBSTRATO (enzima- sítio ativo) 
•� Sítio de ligação é um arranjo tridimensional, complementar ao 
substrato 
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Sítio Ativo 
Enzimas - Especificidade 
Sítio Ativo ou Catalítico 
Enzimas - Especificidade 
•� No interior do sítio de ligação - aminoácido auxiliares ou de 
contato 
•� Local das reações 
•� Alguns modelos procuram explicar a especificidade substrato/
enzima 
Modelos de Ligação 
Enzimas - Especificidade 
•� Modelo Chave/Fechadura : Prevê um encaixe perfeito do 
substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma 
fechadura. 
•�Modelo do Ajuste Induzido : Prevê um sítio de ligação não 
totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do 
substrato; a enzima se ajustaria à molécula do substrato na sua 
presença. 
•�Evidências experimentais sugerem um terceiro modelo que 
combina o ajuste induzido a uma "torção" da molécula do 
substrato, que o "ativaria" e o prepararia para a sua 
transformação em produto. 
Modelos de Ligação 
Enzimas - Especificidade 
Ajuste Induzido 
Sem enzima 
Enzima complementar ao estado de transição 
Enzima complementar ao substrato 
Modelos de Ligação 
Enzimas - Especificidade Enzimas - Mecanismos de Ação Enzimas - Mecanismos de Ação 
Taxa de Reação 
•� Como se pode aumentar a velocidade da reação? 
 - concentração do reagente 
 - temperatura 
 - Energia de ativação 
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Enzimas - Mecanismos de Ação 
Taxa de Reação 
E + S � ES � EP � E + P 
E
n
e
rg
ia
 l
iv
re
, 
G
 
Energia 
de 
Ativação 
Ação dos 
catalisador
es 
�Go = variação de energia livre 
Enzimas - Mecanismos de Ação 
Taxa de Reação 
Enzimas - Mecanismos de Ação 
Velocidade de Reação 
•� Comoas enzimas diminuem a Energia de ativação? 
 - Reações químicas entre substrato e enzima 
 (complexo ES) 
 Ligações covalentes e não covalentes 
 Energia de Ligação (�GB) 
Otimizam o estado de transição e 
contribuem para a especifidade 
Enzimas - Cinética Enzimática 
Velocidade da Reação 
•� Dependente da [S] 
V
e
lo
c
id
a
d
e
 I
n
ic
ia
l,
 V
o
 (
�M
/
m
in
.)
 
Enzimas - Cinética Enzimática 
•� Fatores que alteram a velocidade de reações enzimáticas: 
-�pH; 
- temperatura; 
- concentração das enzimas; 
- concentração dos substratos; 
- presença de inibidores. 
Fatores que Alteram 
•� O efeito do pH sobre a enzima deve-se às variações no estado de 
ionização dos componentes do sistema à medida que o pH varia. 
•� Enzimas - grupos ionizáveis, existem em � estados de ionização. 
Influência do pH 
Enzimas - Cinética Enzimática 
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•� A estabilidade de uma enzima ao pH depende: 
 - temperatura; 
 - força iônica; 
 - natureza química do tampão; 
 - concentração de substratos ou cofatores da enzima; 
 - concentração da enzima. 
ENZIMA pH ÓTIMO 
Pepsina 1,5 
Tripsina 7,7 
Catalase 7,6 
Arginase 9,7 
Fumarase 7,8 
Influência do pH 
Enzimas - Cinética Enzimática 
� Temperatura: dois efeitos ocorrem: 
(a)� a velocidade de reação aumenta, como se observa na maioria 
das reações químicas; 
(b)�a estabilidade da proteína decresce devido a desativação 
térmica. 
Temperatura ótima - para que 
atinja sua atividade máxima, é a 
temperatura máxima na qual a 
enzima possui uma atividade por 
um período de tempo. 
Influência da Temperatura 
Enzimas - Cinética Enzimática 
Qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação 
enzimática. 
INIBIDORES 
 REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS 
 COMPETITIVOS INCOMPETITIVOS INIBIÇAO MISTA 
Inibidores Enzimáticos 
Enzimas - Inibição 
•� Concorre com o S pelo sitio ativo da E livre. 
•� I é análogo não metabolizável 
 [substrato] necessária para obter a 
mesma [ES] 
ligação da enzima no substrato 
 I compostos com estrutura 
molecular lembra S 
Inibidores Competitivos 
Enzimas - Inibição 
•�I se liga a um sítio diferente do sítio ativo do substrato 
•� Liga-se apenas ao complexo ES 
Inibidores Incompetitivos 
Enzimas - Inibição 
•� Inibidor não-competitivo se liga reversivelmente, aleatória e 
independentemente em um sítio que lhe é próprio. 
I não tem semelhança estrutural 
com o S 
 [substrato] não diminui a inibição 
Inibidores Mista 
Enzimas - Inibição 
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•� I se combina com um grupo funcional, na molécula da E, que é 
essencial para sua atividade. 
•� Podem promover a destruição do grupo funcional 
•� Forma-se uma ligação COVALENTE entre o I e a E 
Inibidores Irreversíveis 
Enzimas - Inibição Enzimas - Regulação 
Proteínas Alostéricas 
Modificações Covalentes(Fosfato) 
Clivagem proteolítica