Enzimas Proteolíticas (Aplicação Industrial)

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José Marcos T. de Alencar Filho
(Farmacêutico Generalista)
Enzimologia Industrial –Aula 5
Histórico
•Peptidases, peptídeo-hidrolases, proteases ou enzimas
proteolíticas.
• Início do estudo com proteases: século XVI, motivado pelo
interesse na fisiologia do sistema digestivo humano.
•Antiguidade: eram usados tecidos animais, vegetais e outros
materiais ricos em proteases para a produção de queijos e no
tratamento do couro.
•Primeiras enzimas com aplicação tecnológica!
•Presentes: indústria de detergentes, alimentos, têxtil,
farmacêutica.
Enzimas proteolíticas: aplicações biotecnológicas
Classificação das Peptidases (3.4)
•Devido a alta especificidade das proteases, houve dificuldade
para a elaboração de um sistema geral de classificação e
nomenclatura.
•Seletividade em relação à posição da ligação;
•Seletividade em relação ao tamanho da cadeia de aa;
•Seletividade em relação à sequência de aminoácidos vizinhos à ligação
clivada.
•Hartley (1960): propôs uma classificação baseada na estrutura
química do sítio ativo.
•Subclassificou as carboxipeptidases e endopeptidases em outras
classes.
Enzimas proteolíticas: aplicações biotecnológicas
Classificação das Peptidases (3.4)
Enzimas proteolíticas: aplicações biotecnológicas
Peptidases em Química Fina
•Fatores positivos do uso de peptidases em síntese química:
•Elevada estéreo e regioespecificidade;
•Ausência de racemização e outras reações secundárias típicas da
síntese orgânica;
•Proteção dos substratos; e uso de condições reacionais brandas.
•Escolha da enzima deve ter como base a especificidade para os
aminoácidos de interesse.
•Podem ser usadas endo ou exopeptidases comerciais.
•A síntese pode ocorrer também por enzimas imobilizadas.
•Vantagem de reaproveitamento do biocatalizador (economia do
processo – alto custo das enzimas purificadas).
Enzimas proteolíticas: aplicações biotecnológicas
Peptidases em Química Fina
Enzimas proteolíticas: aplicações biotecnológicas
Peptidases em Química Fina
•Exemplos de moléculas obtidas:
•Aspartame (adoçante sintético);
•Angiotensina;
•Dinorfina (peptídeo opióide endógeno);
•Encefalina (neurotransmissor);
•Sulfato de condroitina (associado com a glicosamina, é indicado para
osteoartrite, osteoartrose ou artrose).
•Tripsina, Aminopeptidase M, carboxipeptidase B (usadas em técnicas
de proteômica);
Enzimas proteolíticas: aplicações biotecnológicas
Inibidores de Peptidases na Indústria Farmacêutica
•Várias peptidases tem importância médica como alvo
quimioterápido de inibidores.
•Proteases são cruciais para a fisiologia e bioquímica de agentes
etiológicos de várias doenças.
•Ex: esquistossomose, malária, candidíase, AIDS, hepatite, herpes,
assim como desordens imunológicas, respiratórias, cardiovasculares.
•Atualmente existem vários inibidores de proteases capazes de
controlar a progressão de algumas doenças.
•Para serem efetivos, os inibidores devem ser extremamente potente e
seletivos com relação a enzima alvo.
Enzimas proteolíticas: aplicações biotecnológicas
Inibidores de Peptidases na Indústria Farmacêutica
•Classificação dos inibidores proteolíticos:
1. Inibidores que reagem com mais de uma classe de peptidase;
2. Inibidores específicos para uma única classe de peptidase;
3. Inibidores que possuem especificidade por uma única peptidase.
•Estes inibidores são potenciais fármacos!
•Construção de inibidores por modelagem molecular:
•Através do estudo da estrutura proteica por raios X, cristalização das
enzimas ou em solução por RMN;
•Através do uso e do estudo das propriedades físico-químicas dos
substratos.
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Inibidores de Peptidases na Indústria Farmacêutica
• Inibidores de aspártico-peptidases
•Ex.: indinavir, saquinavir, ritonavir, nelfinavir, lopinavir e amprenavir.
•Muitos são usados hoje na clínica no tratamento do HIV.
•Estes são uns dos primeiros exemplos bem sucedidos de inibidores
obtidos por modelagem molecular.
•Foram desenhados para se ligar especificamente a protease viral.
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Inibidores de Peptidases na Indústria Farmacêutica
•Saquinavir: 1º a ser liberado para uso em humanos (1996), apesar
da baixa BD oral (devido a baixa absorção e alta degradação
CYP450).
•Saquinavir + Ritonavir: ritonavir é inibidor de CYP450. Aumento
da BD oral de ambos inibidores.
•Ritonavir, nelfinavir, indinavir e amprenavir: possuem maior BD
oral, e são potentes inibidores da protease viral do HIV.
•A resistência: se deve principalmente a mudança nos aa da
peptidase viral tanto no sítio ativo como em outros sítios
(interfere na eficiência catalítica).
Enzimas proteolíticas: aplicações biotecnológicas
Inibidores de Peptidases na Indústria Farmacêutica
Enzimas proteolíticas: aplicações biotecnológicas
Inibidores de Peptidases na Indústria Farmacêutica
•Aspártico-peptidases possuem funções importantes em
diferentes doenças:
•Renina na hipertensão;
•Catepsina D na metástase do câncer de mama;
•β-secretase na Doenca de Alzheimer;
•Plasmepsina na malária;
•Secreção de aspártico-peptidases (Saps) nas infecções por cândida.
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Inibidores de Peptidases na Indústria Farmacêutica
• Inibidores de serina-peptidase
•Serina-peptidases são bastante numerosas em vírus, bactérias e
eucariotos inferiores (fungos e protozoários) e superiores (humanos).
•Possuem participação central em inúmeras etapas do metabolismo
celular e em patologias.
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Inibidores de Peptidases na Indústria Farmacêutica
• Inibidores de cisteína-peptidase
•Cisteína-peptidases são produzidas por vários microrganismos.
•Estão envolvidas na biologia da célula (crescimento, replicação,
diferenciação, nutrição), assim como nas diferentes fases da interação
com o hospedeiro (invasão e evasão celular, degradação celular e
tissular, destruição de proteínas, evasão do sistema imune).
•Cisteína-peptidases são o alvo preferido para o desenvolvimento de
quimioterápicos contra infecções parasitárias.
Enzimas proteolíticas: aplicações biotecnológicas
Inibidores de Peptidases na Indústria Farmacêutica
• Inibidores de metalo-peptidases
•Envolvidos em diversos processos, como o desenvolvimento
embrionário, formação óssea, a reprodução, artrite reumatoide e o
câncer.
Enzimas proteolíticas: aplicações biotecnológicas