Enzimas Aulas

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Enzimas
Muitas reações bioquímicas ocorrem espontaneamente, contudo, essas podem não ocorrer no ritmo adequado para a manutenção da vida.
As enzimas atuam no sentido de acelerar (catalisar – transformar um composto biológico em outro) em várias ordens de grandeza o curso do tempo de uma reação.
Definição.
São macromoléculas responsáveis por catalisar as reações que ocorrem nos sistemas biológicos.
Apresentam um elevado grau de especificidade para seus substratos e aceleram o curso de reações químicas em condições de pH e temperatura compatíveis com a vida.
Séc. XVIII e XIX – Estudo da digestão de compostos orgânicos por fluidos biológicos;
1850 – Luis Pasteur – Teoria da fermentação (vitalismo);
1878 - William Kuhne cunha o termo “enzima” (levedar, “na levedura”);
1879 – Eduard Bunchner – Derruba a teoria do vitalismo.
1926 – James Summer cristaliza a enzima “urease” e postula que as enzimas são estruturalmente semelhantes às proteínas.
Características das enzimas:
São produtos naturais biológicos;
Apresentam um alto grau de especificidade;
Reações baratas e seguras;
Possuem mecanismo de “turnover”, desempenhando a mesma função consecutivamente, sem serem consumidas no processo;
São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações de 108 a 1011 vezes;
São econômicas, reduzindo a energia de ativação necessária para a reação catalisada;
Não são tóxicas. 
A estrutura tridimensional de uma enzima é o que define sua função biológica. Caso esta estrutura seja perdida, perder-se-á também esta função.
Nomenclatura.
Consiste, na maior parte dos casos, do nome do substrato ou processo realizado mais o sufixo “ase”.
Ex.:
Hexoquinase
Lipase
Sintetase
Isomerase
Contudo, existem algumas exceções:
Renina;
Enzima conversora de angiotensina (ECA);
Tripsina e quimotripsina.
O sítio catalítico de algumas enzimas são dependentes dos aminoácidos que o constituem, contudo, outras enzimas funcionam somente se cofatores e/ou coenzimas estiverem presentes em seu sítio catalítico.
Define-se como cofatores e coenzimas como produtos de relevância capazes de conferir a atividade do sítio catalítico de determinadas enzimas.
Cofatores são íons inorgânicos: Mg2+; Zn2+.
Coenzimas são moléculas orgânicas: Cobalamina (vitamina B12).
Algumas enzimas dependem tanto de cofatores quanto de coenzimas para o seu correto funcionamento.
Grupo prostético.
São cofatores ou coenzimas que estão firmemente ligados à enzima.
Ex. Grupo heme da hemoglobina – rico em Fe2+.
Reação enzimática
Coordenada da reação.
Para qualquer reação de transformação de substrato em produto e vice-versa, deve-se fornecer energia livre ao sistema.
As enzimas apenas alteram a velocidade da reação. Porém, o equilíbrio obedece a variação da energia livre padrão. 
Bioquímica
Mecanismo de catálise.
Ocorre por meio de interações bioquímicas covalentes e não covalentes entre o sítio ativo da enzima e o substrato específico.
Bioquímica
Tipos de catálise.
Ácido-base;
Covalente;
Mediada por íon metálico.
Bioquímica
Todas as enzimas necessitam de um pH e uma temperatura ideal para seu funcionamento.
Bioquímica
Cinética enzimática.
Refere-se à velocidade com a qual o substrato é convertido em produto de acordo com o tempo.
E + S ES EP E + P
k1 k2
E + S ES E + P
 k-1 k-2
O fator que afeta a velocidade da cinética enzimática é a concentração do substrato.
Avaliar este parâmetro, no entanto, é uma tarefa complexa por este sofrer alterações no decorrer da reação. 
Para avaliação da cinética enzimática, a concentração de uma enzima é fixa é variada a concentração enzimática.
Inibição enzimática.
Inibições reversíveis.
Inibição competitiva
É a inibição na qual um inibidor é capaz de se ligar de forma reversível no mesmo sítio de ligação onde deveria se ligar o substrato.
Inibição incompetitiva
Nesta, o inibidor se liga reversivelmente em outro sítio da enzima, diferente daquele catalítico. Porém, essa ligação ocorre apenas se o complexo ES é formado. 
Inibição mista.
É aquela na qual um inibidor apresenta de forma mútua de inibição competitiva e incompetitiva.
Inibição não competitiva.
Aquela em que o inibidor se liga a um sítio alostérico da enzima e a inativa.
Inibição irreversível.
Ocorre quando um inibidor se liga covalentemente ao sítio ativo ou a um sítio alostérico importante para o funcionamento da enzima.
Desta forma, a enzima não volta a funcionar. Neste caso, uma nova enzima deve ser sintetizada para substitui-la, com vistas à perpetuação dos efeitos esperados para sua ação.
Enzima alostérica.
Necessita de um modulador que se liga em um sítio diferente daquele catalítico para aumentar ou diminuir sua atividade.
Esta modulação também pode se dar pela adição de grupamentos químicos em sítios específicos da enzima.
Modulador alostérico positivo:
Aumenta a velocidade de catálise do substrato;
Aumenta a capacidade de catálise da enzima.
Modulador alostérico negativo:
Diminui a eficiência de catálise;
Diminui a capacidade de catálise.
Modulação positiva – Ativação
Pode ser mediada pela concentração do substrato ou modificações enzimáticas.
Modulação negativa – Inibição
Pode ser mediada pela concentração dos produtos ou, da mesma forma, por modificações enzimáticas.
Enzimas – sistema chave-fechadura:
Tal como em sistemas de trancas, a enzima (fechadura) tem formato complementar ao substrato (chave).
Interação de ajuste induzido:
O substrato induz um ajuste conformacional na enzima, ou um modulador alostérico altera sua conformação para que ocorra a catálise.
Cinética enzimática.
Curva hiperbólica – Enzimas de primeira ordem.
Observa-se uma função exponencial em relação à sua cinética.
Neste caso, a cinética é dependente de apenas um fator, logo, não se aplicam a enzimas alostéricas que são dependentes de dois fatores (substrato + modulador alostérico).
Cinética enzimática.
Curva sigmóide – Enzimas de segunda ordem.
Medida da atividade enzimática.
A dosagem de enzimas é sempre feita através da medida de sua atividade, que é avaliada pela velocidade da reação que a enzima catalisa. 
Para efetuar essas dosagens, uma amostra da solução contendo a enzima é incubada com concentrações altas de substrato (para garantir a velocidade máxima e impedir que pequenas variações na concentração do substrato possam afetar as medidas). 
Medida da atividade enzimática.
A atividade enzimática é medida e expressa em Unidades Internacionais. 
Uma Unidade Internacional (UI) é a quantidade de enzima capaz de formar 1μmol de produto por minuto em condições ótimas de medida (pH, temperatura, etc.), especificadas para cada caso. 
Atividades.
Defina enzimas e descreva sua função.
O que são cofatores ou coenzimas?
Defina cinética enzimática. De que maneira este parâmetro é avaliado?
Caracterize os diferentes tipos de inibição enzimática.
O que é uma enzima alostérica?
O que diferencia uma enzima de primeira ordem daquelas de segunda ordem?’