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ENZIMAS Prof. Me. AMINTAS LIRA OBJETIVOS DA AULA • CONCEITUAR ENZIMAS QUANTO SUA AÇÃO E NATUREZA QUÍMICA; • COMPREENDER AS PROPRIEDADES BÁSICAS DAS ENZIMAS; • DESCREVER AS CARACTERÍSTICAS DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS; • DISCUTIR A ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO DAS ENZIMAS, INCLUINDO OS EFETORES ALOSTÉRICOS E AS CONDIÇÕES QUE REGULAM A ATIVIDADE ENZIMATICA; • CONHECER OS TIPOS DE INIBIÇÃO ENZIMÁTICA, COM FINALIDADE TERAPÊUTICA; • CARACTERIZAR ISOENZIMAS; • DISCUTIR A UTILIDADE DIAGNÓSTICA DAS DOSAGENS DE ENZIMAS NO SANGUE. O QUE SÃO ENZIMAS? SEGUNDO LEHNINGER “SÃO POLÍMEROS BIOLÓGICOS QUE CATALISAM REAÇÕES QUÍMICAS NOS ORGANISMOS POSSIBILITANDO A VIDA COMO CONHECEMOS”. DE FORMA MAIS SIMPLES ENZIMAS SÃO CATALISADORES BIOLÓGICOS. Substâncias químicas que diminuem a energia de ativação de uma reação química, aumentando assim a velocidade da mesma, sem sofrer alterações no processo. ENZIMA ↓ ENERGIA DE ATIVAÇÃO ↑ VELOCIDADE (ACELERAÇÃO) O QUE SÃO ENZIMAS? A GRANDE MAIORIA DAS ENZIMAS SÃO PROTEÍNAS. MOLÉCULAS GRANDES, NORMALMENTE GLOBULARES, COM ESTRUTURA TERCIÁRIA OU QUATERNÁRIA; MAS ALGUMAS POUCAS SÃO MOLÉCULAS DE RNAr, CONHECIDAS COMO RIBOZIMAS. AS RIBOZIMAS OU RNAr CONSTITUEM 2/3 DO RIBOSSOMO E COMO CATALISADORES FACILITAM A SÍNTESE DAS LIGAÇÕES PEPTÍDICAS. QUAL A IMPORTÂNCIA DAS ENZIMAS? A MAIORIA DAS REAÇÕES QUE OCORREM NOS ORGANISMOS SÃO MEDIADAS POR ENZIMAS. TODAS AS REAÇÕES RESPONSÁVEIS PELA OBTENÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DAS BIOMOLÉCULAS SÃO MEDIADAS POR ENZIMAS. “SÓ HÁ VIDA PORQUE HÁ ENZIMAS” PORQUE NÃO HAVERIA VIDA SEM A EXISTÊNCIA DAS ENZIMAS? • A MANUTENÇÃO DA VIDA DEPENDE DA OCORRÊNCIA CONTÍNUA DE REAÇÕES BIOQUÍMICAS QUE DEVEM ATENDER DUAS CONDIÇÕES FUNDAMENTAIS: 1) OCORRER EM “VELOCIDADE ADEQUADA” À FISIOLOGIA DO ORGANISMO; 2) SEREM ESPECÍFICAS DE MODO A GERAR PRODUTOS DEFINIDOS. • SEM ENZIMAS AS REAÇÕES MEDIADAS POR ELAS NÃO OCORRERIAM OU OCORRERIAM MUITO LENTAMENTE NAS CONDIÇÕES NORMAIS (pH, TEMPERATURA) DE UM ORGANISMO, NÃO SENDO ASSIM POSSÍVEL A SUA SOBREVIVÊNCIA. PORQUE NÃO HAVERIA VIDA SEM A EXISTÊNCIA DAS ENZIMAS? EX.: ‐ SEM AMILASE O TEMPO NECESSÁRIO PARA HAVER A QUEBRA DO AMIDO EM GLICOSE SERIA EXTREMAMENTE SUPERIOR À PERMÊNCIA DELE NO TGI E À CAPACIDADE DE MANUTENÇÃO DOS NÍVEIS GLICÊMICOS PELO ORGANISMO; ‐ A QUANTIDADE DE ENERGIA NECESSÁRIA PARA QUE A MAIORIA DAS REAÇÕES DAS VIAS METABÓLICAS CELULARES OCORRAM É MAIOR DO QUE O ORGANISMO PODERIA OFERECER E AS CÉLULAS DE SUPORTAR. QUAIS AS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS ENZIMAS? • APRESENTAM EXTRAORDINÁRIA EFICIÊNCIA CATALÍTICA, ACELERAM AS REAÇÕES NA ORDEM DE 103 A 1012 VEZES; • ESPECIFICIDADE CATALÍTICA ‐ UMA ENZIMA CATALISA UMA REAÇÃO QUÍMICA ESPECÍFICA SOBRE SUBSTRATO(S) ESPECÍFICO(S), GERANDO PRODUTO(S) ESPECÍFICOS; • POSSUEM UM SÍTIO ATIVO – CAVIDADE NA SUPERFÍCIE DA MOLÉCULA ONDE O SUBSTRATO SE ENCAIXA. É DETERMINANTE PARA A ESPECIFICIDADE DA ENZIMA; • NÃO SÃO CONSUMIDAS OU ALTERADAS DURANTE A REAÇÃO; • FUNCIONAM DENTRO DE CERTAS CONDIÇÕES DE pH E TEMPERATURA; • PODEM TER SUA ATIVIDADE REGULADA. ALTA EFICIÊNCIA CATALÍTICA • SÃO CAPAZES DE DESEMPENHAR SUA FUNÇÃO ADEQUADAMENTE MESMO EM PEQUENAS CONCENTRAÇÕES; • SÃO MAIS EFICAZES QUE QUALQUER CATALIZADOR SINTÉTICO; • POR PERMANECEM INALTERADAS AO FIM DA REAÇÃO PODEM RAPIDAMENTE CATALISAREM UMA NOVA REAÇÃO EM SEGUIDA; • A EFICIÊNCIA CATALÍTICA É EXPRESSA EM CONSTANTE CATALÍTICA (KCAT), TAMBEM CONHECIDA POR NÚMERO DE TURNOVER OU VELOCIDADE ENZIMÁTICA QUE É A QUANTIDADE MÁXIMA DE SUBSTRATO, EXPRESSO EM mols, CONVERTIDO EM PRODUTO POR ENZIMA EM UM DETERMINADO PERÍODO DE TEMPO, GERALMENTE UM SEGUNDO. ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA • AS ENZIMAS SÃO EXTREMAMENTE ESPECÍFICAS PARA UM TIPO DE REAÇÃO A SER CATALIZADA E PARA UM DETERMINADO SUBSTRATO, OU PARA UM GRUPO DE SUBSTRATOS DE MESMA NATUREZA QUÍMICA. Ex.: SUBSTRATO ENZIMA AMIDO AMILASE SACAROSE SACARASE MALTOSE MALTASE LACTOSE LACTASE CELULOSE CELULASE FENILALANINA FENILALANINA HIDROXILASE PROTEINAS PEPSINA, QUIMOTRIPSINA, PEPSINA ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA SUBSTRATO ENZIMA SÍTIO ATIVO ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA • A ESPECIFICIDADE É OFERECIDA PELO SÍTIO DE ATIVAÇÃO (OU ATIVO), REGIÃO DA ENZIMA CARACTERIZADA POR UM AR‐ RANJO TRIDIMENSIONAL ESPECIAL DOS AAs, COMPLEMENTAR À DETERMINADA REGIÃO DO SUBSTRATO; • ESSE ARRANJO COMPLEMENTAR É IDEAL, ESPACIAL E ELETRICA‐ MENTE, PARA A LIGAÇÃO DO SUBSTRATO À ENZIMA PARA QUE ASSIM OCORRA A CATALISE DE UMA DETERMINADA REAÇÃO QUÍMICA. ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA ENZIMA SÍTIO ATIVO MODELOS DE RELAÇÃO ENZIMA/SUBSTRATO: A) MODELO CHAVE/FECHADURA B) MODELO DE AJUSTE INDUZIDO SÍTIO ATIVO COM CONFORMAÇÃO COMPLEMENTAR AO SUBSTRATO SÍTIO ATIVO SÓ ADQUIRE CONFORMA‐ ÇÃO COMPLEMENTAR AO SUBSTRATO QUAN‐ DO HÁ INTERAÇÃO QUÍMICA COM ELE COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM? E + S E S/P P + E COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM? ACELERAM A VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO, SEM NO ENTANTO PARTICIPAR DELA COMO REAGENTE OU PRODUTO, PERMANECENDO INALTERADA AO FIM DA REAÇÃO; ISSO SE DA POR: • CANALIZAÇÃO DA ENERGIA LIVRE DO MEIO PARA OS REAGENTES REAGIREM EM SEU SÍTIO ATIVO; • ALTERAÇÃO ESTRUTURAL DO SUBSTRATO PARA VULNERABILIZA‐LO À AÇÃO DO MEIO. EN ER GI A SENTIDO DA REAÇÃO = estado de transição O QUE É ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA? O QUE SÃO ENZIMAS ALOSTÉRICAS? • ENZIMAS QUE QUANDO LIGADAS A UMA ENTIDADE QUÍMICA REGULATÓRIA (EFETOR ALOSTÉRICO) PODEM SER ATIVADAS OU INIBIDAS; • OS EFETORES ALOSTÉRICOS PODEM SER CLASSIFICADOS EM: ‐ COFATORES: SÃO ÍONS METÁLICOS. Ex.: Zn2+, Fe2+, Cu2+, Ca2+, Mg2+, Na+, K+. ‐ COENZIMAS: PEQUENAS MOLÉCULAS ORGÂNICAS NÃO PROTEICAS GERALMENTE DERIVADAS DE VITAMINAS. Ex.: NAD, FAD, ÁCIDO LIPÓICO, BIOTINA, TTP, COENZIMA A. O QUE SÃO ENZIMAS ALOSTÉRICAS? O QUE SÃO ENZIMAS ALOSTÉRICAS? APOENZIMA: ENZIMA ALOSTÉRICA NÃO LIGADA A EFE‐ TORES ALOSTÉRICOS HOLOENZIMA: ENZIMA ALOSTÉRICA LIGADA A EFETORES ALOSTÉRICOS QUAIS OS PRINCIPAIS FATORES QUE REGULAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA? • TEMPERATURA; • pH; • CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO. QUAIS OS PRINCIPAIS FATORES QUE REGULAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA? • TEMPERATURA: TEMPERATURA ÓTIMA AGITAÇÃO MOLECULAR AUMENTO DA FORMAÇÃO DO COMPLEXO ENZIMA SUBSTRATO DESNATURAÇÃO PROTEICA TEMPERATURA ÓTIMA: TEMPERATURA ONDE A ENZIMA ATINGE SUA VELOCIDADE MÁXIMA, OU SEJA, O GRAU DE AGITAÇÃO MOLÉCULAR QUE PERMITE A OBTENÇÃO MÁXIMA DE PRODUTOS COM O MÍNIMO DE DESNATURAÇÃO QUAIS OS PRINCIPAIS FATORES QUE REGULAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA? • pH: O pH ÓTIMO DE UMA ENZIMA REFLETE VARIAÇÕES NO ESTADO DE IONIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE AMINOÁCIDOS DO SÍTIO ATIVO. A ENZIMA ESTÁ PELO MENOS PARCIALMENTE DESNATURADA EM PHs AFASTADOS DO pH ÓTIMO. QUANDO O SUBSTRATO É UMA MOLÉCULA IONIZÁVEL, O PH ÓTIMO DA ENZIMA TAMBÉM REFLETE O SEU ESTADO DE IONIZAÇÃO . % a tiv id ad e en zi m át ic a m áx im a pH ótimo=1,5 pH ótimo=6,8 pH ótimo=9,9 QUAIS OS PRINCIPAIS FATORES QUE REGULAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA? • [S]: CADA ENZIMA POSSUI UMA CAPACIDADE MÁXIMA DE MOLÉCULAS DE SUBSTRATO QUE CONSEGUE CATALIZAR GERANDO PRODUTO. QUANDO ESSA CAPACIDADE É ATINGIDA A OBTENÇÃO DE PRODUTO PERMANECE CONSTANTE vo [S] Vmax PONTO DE SATURAÇÃO O QUE SÃO ISOENZIMAS? • SÃO GRUPOS DE ENZIMAS QUE CATALISAM A MESMA REAÇÃO, MAS APRESENTAM ESTRUTURA PRIMÁRIA E, CONSEGUENTEMENTE, CARACTERÍSTICAS DIFERENTES; • GERALMENTE SÃO ENCONTRADAS EM LOCAIS DISTINTOS DO ORGANISMO. • Ex.: CREATINA QUINASE (CK), LACTATO DESIDROGENASE (LDH), CICLOOXIGENASE (COX) O QUE SÃO INIBIDORES ENZIMÁTICOS? • SÃO MOLÉCULA CAPAZ DE SEASSOCIAR À ENZIMA E REDUZIR OU ATÉ ZERAR SUA VELOCIDADE DE CATÁLISE, ISTO É, DE GERAR PRODUTO A PARTIR DO SUBSTRATO; • SÃO CLASSIFICADOS DO SEGUINTE MODO: IRREVERSÍVEL REVERSÍVEL COMPETITIVO NÃO COMPETITIVO INIBIDOR O QUE SÃO INIBIDORES ENZIMÁTICOS? INIBIÇÃO REVERSÍVEL COMPETITÍVA INIBIÇÃO REVERSÍVEL NÃO COMPETITÍVA COMO AS ENZIMAS SÃO CLASSIFICADAS? COMO AS ENZIMAS SÃO CLASSIFICADAS? Nº Classificação Propriedades Bioquímicas 1. Oxidoredutases Agem em muitos grupos químicos, adicionando ou removendo hidrogênio. 2. Transferases Transferem grupos funcionais entre moléculas doadoras e moléculas aceptoras. 3. Hidrolases Adicionam água a uma ligação, hidrolizando-a. 4. Liases Adicionam água, amônia ou dióxido de carbono a duplas ligações, ou removem estes elementos para produzirem duplas ligações. 5. Isomerases Catalisam uma variedade de reações de isomerização: do tipo L para D, reações de mutação (troca de grupos químicos) entre outras. 6. Ligases Catalisam reações em que dois grupos químicos são unidos utilizando energia fornecida pelo ATP. ALGUMAS ENZIMAS DE INTERESSE CLÍNICO ATIVIDADES 1. O QUE SÃO ENZIMAS? 2. QUAL A NATUREZA QUÍMICA DAS ENZIMAS? 3. QUAIS AS PRINCIPAIS CARCTERÍSTICAS DAS ENZIMAS? 4. O QUE SIGNIFICA DIZER QUE AS ENZIMAS POSSUEM ESPECIFICIDADE CATALÍTICA? 5. O QUE CONFERE ESPECIFICIDADE CATALÍTICA A UMA ENZIMA? PORQUE? 6. QUAL A PRINCIPAL CONDIÇÃO PARA QUE UMA REAÇÃO MEDIADA POR ENZIMA SE COMPLETE? 7. O QUE SÃO ENZIMAS ALOSTÉRICAS? 8. O QUE SÃO EFETORES ALOSTÉRICOS E QUAIS OS SEUS TIPOS? 9. QUAIS OS PRINCIPAIS FATORES AMBIENTAIS QUE REGULAM A ATIVIDADE DAS ENZIMAS? 10. COMO A TEMPERATURA REGULA A ATIVIDADE ENZIMÁTICA?
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