ENZIMAS

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ENZIMAS Gabriela Florencio T4 UFPR Toledo
As enzimas tem um alto poder catalítico. Elas tem um alto grau de especificidade para seus substratos, aceleram as reações químicas e atuam em soluções aquosas sob condições suaves de temperatura e pH.
Elas catalisam cada uma das reações das centenas de etapas que degradam as moléculas e nutrientes, que conservam e transformam energia química e que constroem as macromoléculas biológicas.
Quase todas as enzimas são proteínas, com exceção das moléculas RNA catalíticas.
A atividade catalítica depende da integridade das suas conformações nativas. Caso haja desnaturação ou dissociação a atividade enzimática é destruída. 
Algumas enzimas necessitam de um componente químico adicional COFATOR (ex: Fe ²⁺, Mg²⁺,Mn²⁺ ou Zn²⁺) ou uma molécula orgânica ou metalorgânica complexa COENZIMA (agem como carreadores transitórios de grupos funcionais específicos. A maioria é derivada de vitaminas e nutrientes orgânicos necessários em pequenas quantidades). Algumas enzimas precisam dos dois.
*Uma coenzima ou um cofator ligado firmemente a uma enzima GRUPO PROSTÉTICO.
*Uma enzima completa, cataliticamente ativa junto com sua coenzima ou cofator HOLOENZIMA. (a parte proteica dessa proteína APOENZIMA/APOPROTEINA).
SISTEMA DE NOMENCLATURA E CLASIFICAÇAO DAS ENZIMAS
Divide as enzimas em 6 classes com base nos tipos de reações que elas catalisam.
OXIDORREDUTASES (transferência de elétrons)
TRANSFERASES (transferência de grupos)
HIDROLASES (hidrolise)
LIGASES (clivagem de ligações por eliminação, rompimento de ligações duplas ou anéis, ou a adição de grupos a ligações duplas)
ISOMERASES (transferência de grupos dentro de uma mesma molécula produzindo formas isométricas)
LIGASES (formação de ligações por reações de condensação acopladas a hidrolise de ATP ou cofatores similares).
A reação enzimática ocorre no SITIO ATIVO. A molécula que se liga ao sitio ativo e sobre qual a enzima age é denominada SUBSTRATO. *COMPLEXO ENZIMA-SUBSTRATO. (interação não covalente) – As interações fracas não covalentes ajudam a estabilizar a estrutura das proteínas e as interações proteína-proteína. Essas interações são importantes para a formação de complexos entre proteínas e moléculas pequenas, incluindo o substrato de enzimas. Muita da energia necessária para diminuir a energia de ativação provem dessas interações.
A função do catalisador é aumentar a velocidade da reação, diminuindo a energia de ativação. A CATALISE NÃO AFETA O EQUILIBRIO DA REAÇAO. 
O que distingue as enzimas de outros catalisadores é a formação do COMPLEXO ES especifico. A interação entre substrato e enzima nesse complexo inclui ligações de hidrogênio e interações hidrofóbicas e iônicas. A formação de cada ligação fraca nesse complexo é acompanhada pela liberação de uma pequena quantidade de energia livre que estabiliza a interação. Essa energia é chamada ENERGIA DE LIGAÇAO (A ENERGIA DE LIGAÇAO É A PRINCIPAL FONTE DE ENERGIA LIVRE UTILIZADA PELAS ENZIMAS PARA A DIMINUIÇAO DA ENERGIA DE ATIVAÇAO DAS REAÇOES. 
 Modelos de ligação do substrato ao sitio catalítico
*Chave-fechadura (uma enzima desse tipo impede a reação pois estabiliza o substrato em vez de desestabiliza-lo. 
*Encaixe induzido
Para poder catalisar reações, as enzimas devem ser complementares ao estado de transição da reação. 
No complexo ES há a formação de interações fracas. A energia livre (ligação) liberada durante a formação dessas interações compensa um pouco a energia necessária para atingir o topo da curva de energia. A soma da energia de ativação desfavorável e a energia de ligação favorável resulta na diminuição da energia de ativação. 
INTERAÇOES COM LIGAÇOES FRACAS ENTRE A ENZIMA E O SUBSTRATO FORNECEM A FORÇA PROPULSORA PARA A CATALISE ENZIMATICA. 
O tamanho grande das enzimas é devido:
 A necessidade de muitas interações fracas para impelir a catalise.
 Necessidade de uma superestrutura para manter os grupos interativos posicionados adequadamente e evitar o colapso da cavidade.
A energia de ligação da as enzimas sua ESPECIFICIDADE capacidade de distinguir entre substratos e moléculas competidoras. Deriva da formação de muitas interações fracas entre a enzima e a molécula especifica do substrato.
- GRUPOS CATALÍTICOS
*CATALISE GERAL ÁCIDOBASICA: é a transferência de prótons mediada por alguma molécula que não agua. Algumas cadeias laterais de aminoácidos podem assumir o papel de agentes doadores e aceptores de prótons, aumentando a velocidade da reação.
Catalisadores que utilizam apensas íons H⁺ (H30⁺) ou OH⁻ presentes na agua ->CATALISADORES ACIDOBASICOS. 
*CATALISE COVALENTE: há a formação de uma ligação covalente transitória entre uma enzima e o substrato. Catalise apenas quando o novo caminho tiver uma energia de ativação menor do que a reação não catalisada. Os agentes nucleofílicos podem ser cadeias laterais de aminoácidos e os grupos funcionais de alguns cofatores de enzimas.
*CATALISE POR IONS METALICOS: interações iônicas entre metais ligados a enzimas e substratos podem ajudar a orientar o substrato para a reação ou estabilizar estados de transição. 1/3 de todas as enzimas necessitam de um ou mais íons metálicos para a atividade catalítica. 
- CINETICA ENZIMATICA
A concentração do substrato altera a velocidade das reações catalíticas.	 e
A enzima primeiramente combina-se em uma etapa reversível e rápida (E+S ES). Então o complexo ES é rompido em uma segunda etapa mais lenta, fornecendo a enzima livre e o produto P (ES E + P). A segunda reação, por ser mais lenta, limita a velocidade da reação total. A velocidade total deve ser proporcional a concentração de ES. Em determinado instante da reação, a enzima existe na forma livre ou não combinada (E) e na forma combinada (ES). Em baixa concentração de S, a maior parte da enzima está na forma E. assim a velocidade é proporcional a concentração de S. Assim o equilíbrio da reação é deslocado na direção de formação de ES a medida que a concentração de S aumenta. 
A velocidade máxima da reação catalítica ocorre quando quase toda a enzima estiver presente como complexo ES e [E] é desprezível. ENZIMA SATURADA. (Após atingir a velocidade máxima, mesmo adicionando substrato, a velocidade não aumenta)
Quanto menor a energia de ativação, mais moléculas tem energia suficiente para superar o estado de transição e, assim, mais rápida é a velocidade da reação.
Velocidade máxima de uma reação é o número de moléculas de substrato convertidas em produto por unidade de tempo. 
A velocidade de uma reação catalisada aumenta com a concentração do substrato até uma velocidade máxima.
A velocidade de uma reação aumenta com a temperatura até um pico de velocidade ser atingido. Uma elevação maior na temperatura diminui a velocidade da reação desnaturação das enzimas. (Temperatura ótima= 35-40⁰C).
A relação entre a temperatura e pH depende da atividade catalítica. Valores extremos de pH desnaturam as enzimas 
CINETICA DE MICHAELIS-MENTEN: nesse modelo, a enzima combina-se reversivelmente com o substrato, formando o complexo ES que gera o produto, regenerando a enzima livre E+S ES E+P (S- SUBSTRATO \ E-
 V=Vmax[S] ENZIMA \ ES-COMPLEXO ENZIMA-SUBSTRATO \ P-PRODUTO).
 Km+[S] 
 
 Km= consante de Michaelis-Menten. É igual a concentração do substrato em que a velocidade da reação é igual a ½ Vmax. Não varia com a concentração da enzima.
Km baixo= enzimas com alta afinidade ao substrato, pois uma baixa concentração de substrato é necessária para atingir ½ Vmax.
Km alto= baixa afinidade da enzima com o substrato. É necessária alta concentração de substrato para atingir ½ da Vmax.
->A velocidade da reação é diretamente proporcional a concentração da enzima.
->Quando [S] é muito menor que Km, a velocidade da reação é aproximadamente proporcional a concentração do substrato. Quando [S] é muito maiorque Km, a velocidade é constante e igual a Vmax.
GRAFICO DE LINEWEAVER-BURK
Linha reta
Utilizado para calcular Km e Vmax e para determinar o mecanismo de ação dos inibidores enzimáticos.
 É a equação de Michaelis invertida.
INIBIÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMATICA
INIBIDOR qualquer substancia que possa diminuir a velocidade das reações catalisadas por enzimas.
	INIBIDORES IRREVERSIVEIS se ligam as enzimas por meio de ligações covalentes.
	INIBIDORES REVERSIVEIS se ligam as enzimas por meio de ligações não covalentes.
INIBIÇAO COMPETITIVA: ocorre quando o inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sitio que o substrato ocuparia. Compete com o substrato. O efeito do inibidor competitivo é revertido pelo aumento da [S]. O inibidor competitivo aumenta o Km. 
INIBIÇAO NÃO COMPETITIVA: quando o inibidor não competitivo pode se ligar tanto a enzima livre quanto ao complexo ES, de modo a impedir que a reação ocorra. Diminuem a Vmax da reação. Não pode ser superado pelo aumento da [S]. não interferem na ligação do substrato com a enzima, assim ela apresenta o mesmo Km na presença ou na ausência do inibidor não competitivo. 
A maioria dos fármacos mais comuns prescritos nos EUA agem por meio de inibição de enzimas. Ex: penicilina, amoxicilina inibem enzimas envolvidas na síntese da parede celular bacteriana. Os inibidores da enzima conversora de angiotensina (ECA) diminuem a pressão sanguínea por bloquear a enzima que cliva a angiontensina I para formar a angiotensina II. Ex: captopril, enalapril, lisinopril.
REGULACAO DA ATIVIDADE ENZIMATICA
A velocidade da maioria das reações enzimáticas respondem as mudanças na concentração dos substratos, pois o nível intracelular de muitos substratos se encontra na faixa do Km. ↑ a concentração do substrato provoca o ↑ da velocidade de reação, que induz o retorno da concentração do substrato ao valor normal.
REGULAÇAO DAS ENZIMAS ALOSTERICAS
As enzimas alostericas são reguladas pelos EFETORES, que se ligam de forma não covalente a outro sitio que não o sitio ativo. A presença de um EFETOR ALOSTERICO pode alterar a afinidade da enzima por seu substrato ou modificar sua atividade catalítica.
EFETORES NEGATIVOS: inibem a atividade enzimática.
EFETORES POSITIVOS: aumentam a atividade enzimática.
EFETORES HOMOTRÓPICOS: quando o próprio substrato atua como efetor. A presença de uma molécula de substrato em um sitio da enzima aumenta as propriedades catalíticas de outros sítios de ligação ao substrato, seus sítios exibem cooperatividade.
EFETORES HETEROTRÓPICOS: efetor diferente do substrato.
REGULAÇAO DE ENZIMAS POR MODIFICAÇAO COVALENTE
Muitas enzimas podem ser reguladas por modificação covalente, pela adição ou remoção de grupos fosfato de resíduos específicos da serina, treonina ou tirosina na enzima. 
FOSFORILAÇAO E DESFOSFORILAÇAO: as reações de fosforilação são catalisadas pelas enzimas da família PROTEINA-CINASES, que utilizam ATP como doador do fosfato. Os fosfatos são clivados a partir de enzimas fosforiladas pela adição de fosfoproteinas-fosfatases.