Enzimas: Importância Biomédica e Características

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ENZIMAS
Enzimas
• Importância Biomédica 
• Características Gerais
• Estrutura Enzimática
• Enzimas como Catalisadores
• Componentes da Reação Enzimática
• Ligação Enzima-Substrato
• Propriedades das Enzimas
• Cofatores
Enzimas
Importância Biomédica
• Biocatalisadores
– regulam as velocidades de todos os 
processos fisiológicos
• Papel fundamental na saúde e na 
doença
Importância Biomédica 
Princípio Fundamental da Homeostase
Saúde Normal
Composição do meio interno deve ser mantida dentro 
de limites relativamente estreitos 
Centenas de reações enzimáticas
Velocidades das reações sejam apropriadas
AlteraçõesPerturbações no equilíbrio homeostático
estabelece que
Importância Biomédica
• Fatores que alteram a velocidade de reações 
enzimáticas:
– Concentração das enzimas
– Concentração dos substratos
– Temperatura
– pH
– Presença de inibidores
• Atividade catalítica de cada enzima depende 
também de:
– Poder catalítico da enzima 
– Afinidade da enzima pelo substrato
– Presença de cofator 
Importância Biomédica
Alterações de temperatura
Febre Hipotermia
Perturbam a homeotase
Alterar velocidade de muitas reações
Importância Biomédica
Hipotermia
Pode ser útil para reduzir a demanda metabólica
Durante uma cirurgia cardíaca
Transporte de órgãos para transplante
Importância Biomédica
Toxicologia e Farmacologia
Venenos metabólicos
Inibir ou abolir reações 
metabólicas essenciais
Inibir a atividade de enzimas 
Drogas terapeuticamente 
importantes
Competem com o substrato 
pelo sítio ativo da enzima
Estados patológicos
Enzimas do ciclo da uréia
Lesão tecidual grave
Cirrose Hepática
Prejudica a síntese de enzimas pelo tecido
Amônia
(tóxica para o organismo)
Uréia
(não tóxica)
COMA HEPÁTICO
Estados patológicos
Doenças Genéticas - EIM
Incapacidade ou capacidade parcial 
de sintetizar enzimas
Sintomatologia variada
Estados patológicos
Determinação da atividade de enzimas específicas 
no plasma proporciona ao clínico informações importantes 
para o diagnóstico
Lesão cardíaca grave
Infarto do miocárdio
Extravasamento de enzimas intracelulares
Enzimas - Histórico
• História da Bioquímica começa com 
pesquisas sobre enzimas
• Catálise biológica início séc.XIX
– estômago - digestão da carne
– saliva - digestão do amido
• Década de 50 (±1850) Louis Pasteur concluiu 
que: açucar  álcool pela levedura
era catalisada por “fermentos” inseparáveis 
da estrutura das células vivas do levedo
“Fermentos” foram posteriormente 
denominados de ENZIMAS
Enzimas - Histórico
• Início do Século XX 
75 enzimas  isoladas e cristalizadas
– ficou evidenciado caráter protéico
• Atualmente
– + de 2000 enzimas são conhecidas
Enzimas 
ProteínasRibozimas
RNAs SimplesConjugadas
Holoenzima
ApoenzimaCofator + apoenzima
Estrutura 
Enzimática
Com exceção
de um pequeno 
grupo de 
moléculas de 
RNA que 
possuem 
atividade 
enzimática e 
são chamadas 
de 
RIBOZIMAS, 
todas as 
enzimas são 
PROTEÍNAS
Enzimas
1 Catalisadores de reações nos sistemas 
biológicos: Aceleram reações químicas
2 Grande eficiência catalítica 
3 Alto grau de especificidade por seus 
substratos
4 Atuam diminuindo a energia de ativação
5 Funcionam 
• em soluções aquosas
• em pH e temperaturas fisiológicas
CATÁLISE : Todas as reações que ocorrem nos 
organismos vivos são catalisadas por proteínas 
chamadas enzimas. Na ausência de enzimas as 
reações seriam extremamente lentas, inviabilizando a
vida.
Quimotripsina
hidrólise de ligações peptídicas
Anidrase carbônica
CO2 + H2O H2CO3
Enzimas
• Energia de ativação
– Diferença entre os níveis de energia do 
estado basal e do estado de transição
Representação esquemática das alterações de energia 
que acompanham a formação do complexo ES, do 
estado de transição e a subseqüente liberação do 
produto da reação 
Enzimas
Componentes da Reação Enzimática
E + S E S E + P
E - Enzima
S - Substrato(s)
ES - Complexo Enzima -Substrato
P – Produto(s)
Enzimas
Componentes da Reação Enzimática
E + S E S P + E
Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO
da enzima
Enzimas - Via Metabólica
Substrato inicial
Enzimas
Substratos
Complexo ES (Enzima-Substrato)
Ligação Sítio Ativo
Chave-fechadura
Incaixe induzido
Liberação do Produto
+
Enzima inalterada
– Não são 
consumidas na 
reação
– Atuam em pequenas 
concentrações
– Não alteram o 
equilíbrio das 
reações
Enzimas - Propriedades
- Aceleram reações químicas
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
Decomposição do H2O2
Enzimas
Ligação da Enzima ao Substrato
2 modelos propostos:
• Chave-Fechadura 
• Encaixe Induzido 
Enzimas 
Ligação da enzima ao substrato 
Modelo 
Chave-Fechadura
•Região da molécula 
enzimática que participa da 
reação com o substrato
•Pode possuir componentes 
não protéicos
• cofatores
•Possui aminoácidos auxiliares
e de contato
Centro Catalítico / Sítio Ativo
Influência do pH do meio sobre a 
atividade enzimática
• Mantidas fixas as condições de
-temperatura
-concentração de substrato
-concentração de enzima
pH ótimo pH
DESNATURAÇÃO DE 
PROTEÍNAS
PERDA DE SUA 
ESTRUTURA 
ORIGINAL
EM GERAL LEVA À 
PERDA DA FUNÇÃO 
PROTEICA
SITUAÇÕES QUE CONDUZEM À DESNATURAÇÃO:
•AQUECIMENTO
•VALORES EXTREMOS DE pH
•SOLVENTES ORGÂNICOS POLARES
•DETERGENTES E SABÕES
Influência do pH do meio sobre a 
atividade enzimática
a) fosfatase ácida
resíduo de aa envolvido na catálise
aspartato - pH ótimo  4,5
b) fosfatase alcalina
resíduo de aa envolvido na catálise
lisina - pH ótimo  9,5
pH ótimo varia para 
diferentes enzimas
Influência do pH do meio sobre a 
atividade enzimática
Em cada caso o ótimo representa o estado iônico 
ideal para a ligação de enzima e substrato e o 
estado iônico correto para os aminoácidos 
envolvidos no evento catalítico
Influência do pH do meio sobre a 
atividade enzimática
FOSFATASES
Fosfatase alcalina (pH ótimo ~9,5) 
Presente em vários tecidos 
Fígado -  na concentração na doença hepática obstrutiva
Osso - papel provável na deposição de fosfato de cálcio
 na concentração em distúrbios ósseos
Invasão do osso por câncer de um tumor primário - metástase 
 fisiológico durante a adolescência - crescimento ósseo
RO-PO3
-2 + H2O RO-H + HO- PO3
-2 
Fosfatase ácida (pH ótimo ~4,5)
Enzima lisossômica
Carcinoma metastásico de próstata libera  quantidades 
desta enzima no sangue
Influência da temperatura do meio 
sobre a atividade enzimática
•Mantidas fixas as condições de
-pH ótimo
-concentração de substrato
-concentração de enzima
Ativação 
térmica Desnaturação 
térmica
Temperatura ótima
Influência da concentração da enzima 
sobre a atividade enzimática
•Mantidas fixas as condições de
- temperatura ótima
- pH ótimo
- [substrato] em excesso
[E]
Influência da concentração de substrato 
sobre a atividade enzimática
•Mantidas fixas as condições de
- temperatura ótima
- pH ótimo
- [enzima]
[S]
Influência da concentração de substrato 
sobre a atividade enzimática
Em baixas concentrações de 
substrato a velocidade de reação 
é de primeiraordem – isto é, é 
proporcional a concentração de 
substrato
Em altas concentrações de 
substrato, a velocidade da reação 
é de ordem zero – isto é, é 
constante e independente da 
concentração de substrato
[S]
Atividade Enzimática 
• Depende também:
– presença e concentração do cofator
– poder catalítico da enzima
• capacidade da enzima de transformar o substrato 
ligado ao complexo ES em produto por unidade de 
tempo
ES  E + P
– afinidade da enzima pelo substrato (Km)
• maior ou menor capacidade da enzima de se ligar 
ao substrato
E + S  ES
afinidade da enzima pelo substrato (Km)
Enzimas - Cofatores
Porção protéica
APOENZIMA
Cofator
HOLOENZIMA
Íon
Coenzima
Grupamento 
prostético
Moléculas orgânicas ou inorgânicas que 
condicionam a atividade das enzimas
Enzimas - Cofatores
Íons 
•Cofatores inorgânicos
Exemplos:
Magnésio - Reações de fosforilação
Manganês- Superóxido dismutase mitocondrial
Zinco - Anidrase carbônica, Carboxipeptidase
Enzimas - Cofatores
Mg +2 como Ativador
Hexoquinase - transferência do fosfato 
do ATP para a glicose
Enzimas - Cofatores
Coenzimas
• Cofatores orgânicos
• Maioria deriva devitaminas hidrossolúveis
• Classificam-se em:
– transportadoras de hidrogênio
– transportadoras de grupos químicos
Coenzimas transportadoras de 
hidrogênio
Coenzima Abreviatura Reação
catalisada
Origem
Nicotinamida adenina
dinucleotídio
NAD+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Nicotinamida adenina
dinucleotídio fosfato
NADP+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Flavina adenina
dinucleotídio
FAD Oxi-redução Riboflavina ou
Vitamina B2
Coenzimas transportadoras 
de grupos químicos
Coenzima Abrev. Reação catalisada Origem
Coenzima A CoA-SH Transferência de
grupo acil
Pantotenato ou
Vitamina B5
Biotina Transferência de
CO2
Biotina ou
Vitamina H
Piridoxal fosfato PyF Transferência de
grupo amino
Piridoxina ou
Vitamina B6
Metilcobalamina Transferência de
unidades de carbono
Cobalamina ou
Vitamina B12
Tetrahidrofolato THF Transferência de
unidades de carbono
Ácido fólico
Tiamina
pirofosfato
TPP Transferência de
grupo aldeído
Tiamina ou
Vitamina B1
Enzimas Alostéricas
Sitio acessível
para inibidor
equilíbrio
Sitio acessível
para ativador ATIVADOR
Tensa Relaxada
Rompe o equilíbrio em favor da forma R
Modelo para ligação cooperativa de 
efetor positivo - ATIVADOR: 
Sitio inacessível
para ativador
equilíbrio
Sitio acessível
para ativador ATIVADOR
Tensa Relaxada
Rompe o equilíbrio em favor da forma R
Modelo para ligação cooperativa de 
efetor negativo - INIBIDOR: 
Sitio inacessível
para inibidor
Sitio acessível
para inibidor INIBIDOR
Relaxada Tensa
equilíbrio
Rompe o equilíbrio em favor da forma T
Enzimas
• Inibição enzimática
• Regulação enzimática
• Ampliação enzimática
• Uso de enzimas em diagnóstico
– Isoenzimas
Inibição Enzimática
Quanto ao tipo:
competitiva
não-competitiva
incompetitiva
inibidor  a atividade de uma 
única enzima ou de um grupo 
restrito de enzimas
irreversível
reversível
inibidor  a atividade de todas 
as enzimas 
ex: agentes desnaturantes
inespecífica -
específica -
Inibição Enzimática
–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
Inibição Enzimática Irreversível
Ex: Inibição da enzima ciclo-oxigenase pelo acetilsalicilato
Ciclo-oxigenase
Prostaglandinas
Processos fisiológicos, ex. sensação de dor
Ácido araquidônico
Inibição Enzimática
– Inibição Enzimática Reversível
• inibidor forma com a enzima um 
complexo INSTÁVEL
• inibição NÃO envolve 
modificação COVALENTE
• Tipos de inibidores reversíveis
• competitivos
• não competitivos
Inibição Competitiva
Intoxicação por Metanol
Metanol
Álcool 
desidrogenase
Causa lesão
tecidual
cegueria
Infusão EV
Etanol
URINA Formaldeído
Inibição Competitiva
Terapias com drogas
Conceitos de inibição enzimática
Drogas projetadas para inibirem uma enzima específica
ANTIMETABÓLITOS
Antivirais, antibacterianos, antitumorais
Inibição Competitiva
Exemplo:Tratamento de hipercolesterolemia
Enzimas e a Clínica Médica
Além do papel central das enzimas na 
bioquímica, a atividade das enzimas 
no sangue fornece informações 
importantes para o diagnóstico de 
doenças.
O perfil da atividade de enzimas no 
soro está relacionado à processos 
patológicos.
Enzimas e a Clínica Médica
As enzimas podem ser classificadas em
dois grupos
Plasma-específicas
secretadas ativamente no plasma por 
certos órgãos, tendo papel funcional no 
plasma
Não-plasma específicas
produzidas pelas células durante o
metabolismo celular normal. São enzimas
intracelulares, sem função fisiológica no
plasma.
Liberação de enzimas a partir de 
células normais e de células doentes 
ou expostas a um trauma
TGO - Transaminase glutâmico oxalacética
TGP - Transaminase glutâmico pirúvica
Presentes nas células do fígado, 
coração, músculo esquelético, rim e 
pâncreas.
Outras enzimas importantes em diagnóstico
Transaminases
DOENÇA HEPÁTICA
INFARTO AGUDO DO MIOCÁRDIO 
TGO eleva-se após 12 horas, atingindo seu pico após 24-36 horas. 
Outras enzimas importantes em diagnóstico
Fosfatases
DISTÚRBIOS ÓSSEOS
DOENÇA HEPÁTICA OBSTRUTIVA
Fosfatase Alcalina
Presente em muitos tecidos, 
principalmente no fígado e nos ossos. O 
aumento fisiológico é observado na GRAVIDEZ 
e na INFÂNCIA.
Outras enzimas importantes em diagnóstico
Transferases
GAMA GLUTAMIL 
TRANSPEPTIDASE
Presente no fígado.
INDICADOR DE DOENÇA HEPÁTICA
ALCOOLISMO 
Outras enzimas importantes em diagnóstico
Amilase
Produzida pelo pâncreas e pelas 
glândulas salivares.
PANCREATITE 
CAXUMBA