Enzimas: Catalisadores Biológicos

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Prof. (a)- Pâmella Souza
Disc. Bioquímica Humana
Os sistemas vivos são formados por uma 
enorme variedade de reações 
bioquímicas, e quase todas elas são 
mediadas por uma série de 
extraordinários catalisadores 
biológicos 
ENZIMAS
Enzimas
Proteínas
RNA
 RNA
• 1989 - Canadense Sidney Altman e o norte-americano
Thomas Cech:
RNA
Prêmio Nobel de Química
Atividade Catalítica
o Como seria possível o início da vida, uma vez que
as moléculas de DNA só podem ser reproduzidas e
decifradas com a ajuda de proteínas?
 “A vida começou com uma molécula de RNA”
 RNA
• Esquema Geral da Síntese de Proteínas
DNA (Núcleo) Transcrito em RNA
Enviado p/ o citoplasma
RNA traduzido em uma 
sequência de 
polipeptídeos (proteínas)
A vida está intimamente ligada às proteínas. Estas
moléculas realizam as mais variadas funções no
nosso organismo:
 Reserva alimentar: albumina
 Transporte: hemoglobina (transporte O2)
 Contrácteis: miosina
 Protetoras: anticorpos
 Toxinas: venenos de cobras ou insetos
 Estruturais: glicoproteínas (parede celular), 
queratina (pele, unha)
 Função hormonal: insulina
 Enzimas: catalase, hidrolases, isomerases, etc.
Os aa podem ser polimerizados para formar cadeias
Reação de condensação
grupo carboxil de uma molécula
reage com o grupo amina de
outra, liberando uma molécula
de H2O.
Ligação peptídica.
 Outro tipo de ligação importante: Ligações 
Dissulfeto entre Cisteínas
 As proteínas podem ter 4 tipos de estrutura
dependendo do tipo de aa que possui, do tamanho da
cadeia e da configuração espacial da cadeia
polipeptídica.
 Estruturas
Primária
Terciária
Secundária
Quaternária
As enzimas são proteínas
especializadas em catalisar
reações biológicas, ou seja
aumentam a velocidade de uma
reação química sem interferir no
processo. Elas estão associadas a
biomoléculas, devido as suas
extraordinária especificidade e
poder catalítico.
 São proteínas com função específica de
acelerar reações químicas que ocorrem sob
condições termodinâmicas não favoráveis.
 Para serem consideradas como enzimas, uma
proteínas, deve:
• Apresentar extraordinária eficiência catalítica;
• Demonstrar alto grau de especificidade em relação ao
seu substrato e aos seus produtos;
• Acelerar a velocidade das reações em 106 a 1012 vezes
mais que reações não catalisadas;
• Não ser consumida ou alterada ao praticar catálise;
• Não alterar o equilíbrio químico das reações;
• Ter reação regulada geneticamente ou pelas condições
metabólicas.
Se uma enzima é quebrada em seus aa
constituintes, a sua atividade catalítica é sempre 
destruída. 
Assim, a estrutura protéica primária, secundária, 
terciária e quaternária das enzimas são essenciais 
para sua atividade catalítica.
 Século XIX - poucas enzimas identificadas
• Adição do sufixo “ASE” ao nome do substrato: 
* gorduras (lipo - grego) – LIPASE
* amido (amylon - grego) – AMILASE
• Nomes arbitrários:
* Tripsina e pepsina – proteases
 Século XX -  quantidade de enzimas descritas 
• Nomenclatura existente se tornou ineficaz
 1955 - IUB - União Internacional de Bioquímica
adotou um novo sistema de nomenclatura e
classificação
• mais complexo
• sem ambigüidades
• baseado no mecanismo de reação
 Cada enzima  código com 4 dígitos que
caracteriza o tipo de reação catalisada:
• (E.C.- Enzime Comission)
• 1° dígito – classe
• 2° dígito – subclasse
• 3° dígito - sub-subclasse
• 4° dígito - indica o substrato
1. Oxido-redutases (Reações de oxidação/Redução)
1.1.atuando em CH-OH
1.2.atuando em C=O
1.3.atuando em C=O-
1.4.atuando em CH-NH2
1.5.atuando em CH-NH-
1.6.atuando em NADH, NADPH
2.Transferases (Transferência de grupos)
2.1.grupos com um carbono
2.2.grupos aldeído ou cetona
2.3.grupos acil
2.4.grupos glicosil
2.7.grupos fosfatos
2.8.grupos contendo enxofre
3.Hidrolases (Reações de Hidrólise)
3.1.ésteres
3.2.ligações glicosídicas
3.4.ligações peptídicas
3.5.outras ligações C-N
3.6.anidridos ácidos
4.Liases (Adição ou remoção de grupos)
4.1. =C=C=
4.2. =C=O
4.3. =C=N-
5.Isomerases (Transferência de grupos dentro da mesma
molécula, formação de isômeros)
5.1.racemases
5.2. Cis-Trans isomerases
5.3. Oxirredutases Intramoleculares
5.4. Transferases Intramoleculares (Mutases)
5.5. Liases Intramoleculares
6.Ligases (catalisam a ligação de duas moléculas com
hidrólise da ligação pirofosfato na molécula de
ATP (ou uma semelhante, igualmente trifosfatada)
6.1. C-O
6.2. C-S
6.3. C-N
6.4. C-C
1. Oxirredutases – Reações de oxidação/Redução
Exemplo: Lactato desidrogenase
Redução Ác. Pirúvico 
à Ác. lático
Exemplo Hexoquinase
2. Transferases - Transferência de grupos
Tranferência do P do 
ATP para glicose
3. Hidrolases - Reações de Hidrólise
Exemplo: Lactase
Catalisa a hidrólise da lactose em glicose e galactose
4. Liases – Adição ou remoção de grupos (H2O, NH4+, CO2).
Ex: Fumarase
hidratação de fumarato em L-malato
5. Isomerases – Transferência de grupos dentro da
mesma molécula, formação de isômeros
Interconversão reversível de dihidroxiacetona 
fosfato e D-gliceraldeido-3-fosfato
Exemplo: Triose Fosfato 
Isomerase
6. Ligases – catalisam a ligação de duas moléculas com 
hidrólise da ligação pirofosfato na molécula de ATP (ou 
uma semelhante, igualmente trifosfatada)
Formadora de ligação C-C 
Exemplo: Piruvato carboxilase
ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato
Glicose fosfotransferase
2 - Classe - Transferase
Nome trivial: Hexoquinase
Exemplo:
E.C.
ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato
Glicose fosfotransferase
2 - Classe - Transferase
7 - Subclasse - Fosfotransferases 
Nome trivial: Hexoquinase
Exemplo:
E.C.
ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato
Glicose fosfotransferase
2 - Classe - Transferase
7 - Subclasse - Fosfotransferases 
1 - Sub-subclasse - Fosfotransferase 
que utiliza grupo hidroxila como 
receptor
Nome trivial: Hexoquinase
Exemplo:
E.C.
ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato
Glicose fosfotransferase
2 - Classe - Transferase
7 - Subclasse - Fosfotransferases 
1 - Sub-subclasse - Fosfotransferase 
que utiliza grupo hidroxila como 
receptor
1 - Indica ser a D-glicose o receptor do 
grupo fosfato
Nome trivial: 
Hexoquinase
Exemplo:
E.C.
Enzimas intracelulares
atuam no interior da célula
sintetizam o material celular
realizam reações 
catabólicas que suprem as 
necessidades energéticas 
da célula.
Enzimas extracelulares
atuam fora da célula
executando as alterações 
necessárias à penetração 
dos nutrientes para o 
interior das células.
Endoenzimas
Exoenzimas
Agem dentro das moléculas
Ex: endoamilases, que
hidrolisam ligações
glicosídicas ao acaso ao
longo das cadeias de
amilose
Agem nas extermidades das 
moléculas
Ex: exoamilases, que
hidrolisam,sucessivamente,
ligações glicosídicas a partir
da extremidade não redutora
das mesmas.
Enzimas habituais 
ou constitutivas
Enzimas indutivas
As células sempre as sintetizam
As células só as sintetizam 
quando estão na presença do 
substrato da enzima
Isoenzimas
Enzimas que têm a mesma função, 
ou seja, catalisam uma mesma 
reação, porém apresentam 
estruturas diferentes
 Diferenças entre enzimas e catalisadores químicos
• Velocidade de reação mais rápida:
 106 a 1012x > que as não catalisadas,
 e são varias ordens de magnitude > do
que as reações catalisadas quimicamente.
 Diferenças entre enzimas e catalisadores químicos
• Maior especificidade da reação
o Grau de especificidade imensamente> em relação a 
identidade dos seus S e dos seus P
o Reações enzimáticas raramente produzem
subprodutos.
o Estereoespecificidade: Agem em grupos funcionais
específicos catalisando reações de forma
estereoepecífica, formando somente um dos
enantiômeros possíveis
• Condições reacionais mais brandas
o pH
o Temperatura
Desnaturação
 A reação enzimática ocorre em duas etapas:
E + S E S P + E
 2 modelos:
• Modelo chave-fechadura
• Modelo do ajuste induzido
 Modelo Chave-fechadura
• Emil Fischer em 1890
• Relação estérica entre enzima e substrato 
 Modelo do ajuste induzido
• Koshland em 1958
• Prevê um sítio de ligação não totalmente pré-
formado, 
• E e o S sofrem alteração conformacional para o 
encaixe acontecer.
Estudos por raio X indicam que os sítios de ligação 
aos substratos da maioria das enzimas são, em 
grande parte, pré-formados, mas sofrem mudanças 
conformacionais no momento da ligação do substrato 
(um fenômeno denominado ajuste induzido).
 Como as enzimas desenvolvem seu papel
Catalítico???
• Através de efeitos de proximidade e orientação;
• Por catálise por íons metálicos;
• Por catálise ácido- básica geral;
• Catálise covalente.
 ATRAVÉS DE EFEITOS DE PROXIMIDADE E
ORIENTAÇÃO.
 Aproximação do substrato ao grupo funcional
catalítico;
 Correto posicionamento do substrato;
 Indução de mudança conformacional da enzima
 Formação do complexo ES em estado de transição
(máxima atividade);
CATÁLISE POR ÍONS METÁLICOS
 Ocorre por interações de força eletrostática;
 Saída da água no momento da ligação da enzima ao
seu substrato;
 Distribuição de carga elétrica no sítio ativo,
facilita a ligação ES;
 Essa interação acelera a reação.
CATÁLISE ÁCIDO- BÁSICA GERAL
 Aumentar a afinidade do substrato a sua enzima
pela adição ou remoção de prótons;
 Os sítios ativos das enzimas possuem cadeias
laterais que atuam como doador ou aceptor de
prótons.
 E assim, são denominados como ácidos ou bases
gerais.
CATÁLISE COVALENTE
 Formação de uma ligação covalente transitória
entre a enzima e o substrato;
 Aumentando a velocidade da reação;
 Esse processo é realizado por grupos nucleofílico
da cadeia lateral do catalizador ligando- se
covalentemente com um grupo eletrofílico do
substrato.
 pH
 Temperatura
 Concentração da Enzima
 Concentração do Substrato
 pH
• A ionização de aa pode provocar modificações na 
conformação da enzima.
• O substrato pode ver-se afetado.
Pepsina pH ótimo 1,5
Tripsina pH ótimo 7,7
 Temperatura
 temperatura dois efeitos ocorrem:
• A taxa de reação aumenta, como se observa na
maioria das reações químicas;
• A estabilidade da proteína decresce devido a
desativação térmica.
• Enzima  temperatura
ótima para que atinja sua
atividade máxima
 Concentração da Enzima
• A velocidade máxima da reação é uma função da
quantidade de enzima disponível (existindo
substrato em excesso).
Figura: Efeito da [ ] da enzima sobre a velocidade inicial (V0) 
com de substrato em excesso.
 Concentração do Substrato
Inicialmente a velocidade da reação é 
diretamente proporcional a [S].
 Concentração do Substrato
A velocidade passa a ser 
constante porque não 
depende da [S]
 Concentração do Substrato
A quantidade de reagente 
é o suficiente grande para 
saturar todos os sítios 
catalíticos enzimas.
 Grande parte do arsenal farmacêutico
(Por ex. tratamento da AIDS feito com drogas que
inibem a atividade de certas enzimas virais.
Inibidores
Substâncias que reduzem a 
atividade de uma enzima de forma a 
influenciar a ligação do substrato.
 Classificação:
Irreversível
Reversível
Competitiva
Não Competitiva
Mista
 O inibidor liga-se tão fortemente à enzima que a
dissociação é muito lenta.
 Podem destruir grupos funcionais que são
essenciais para a atividade enzimática.
 A enzima não retoma a sua atividade normal.
 Ex.: Inseticidas organofosforados na
acetilcolinesterase (enzima importante na
transmissão dos impulsos nervosos).
Ex: Inibição da enzima ciclo-oxigenase pelo 
acetilsalicilato
Ciclo-oxigenase SÍNTESE Prostaglandinas
Processo biológicos, ex. sensação de dor
 Uma substância que compete diretamente com o
substrato pelo sitio de ligação de uma enzima.
 Inibidor normalmente é semelhante ao substrato,
de modo que se liga especificamente ao sitio
ativo, mas difere do substrato por não poder
reagir com ele.
 O inibidor liga-se á enzima formando o complexo
EI cataliticamente inativo.
O inibidor não competitivo pode ser uma molécula que
não se assemelha com o substrato, mas apresenta
uma grande afinidade com a enzima.
Esta ligação pode distorcer a enzima tornando o
processo catalítico ineficiente.
O inibidor misto é aquele em que ao associar- se a
enzima (não sendo pelo sítio ativo) provoca
modificação que afeta a estrutura ou as propriedades
químicas do sítio ativo.
Modificam a concentração do substrato e diminuem a
velocidade máxima de reação.
Esta ligação pode distorcer a enzima tornando o
processo catalítico ineficiente.
 Quase 1/3 das enzimas requerem um componente não 
protéico para sua atividade, denominado cofator
Porção protéica
APOENZIMA
Cofator
HOLOENZIMA
Íons metálicos
Moléculas 
orgânicas
Coenzimas
 Algumas enzimas que contêm ou necessitam de 
elementos inorgânicos como cofatores
ENZIMA COFATOR
PEROXIDASE Fe+2 ou Fe+3
CATALASE
CITOCROMO OXIDASE Cu+2
ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn+2
HEXOQUINASE Mg+2
UREASE Ni+2
 Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis
• Muitos organismos não conseguem sintetizar
certas porções das coenzimas essenciais. Tais
substâncias devem estar presentes na dieta
desses organismos e são, portanto, chamadas de
vitaminas.
 Classificam-se em:
• transportadoras de hidrogênio
• transportadoras de grupos químicos
 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
 Transportadoras de 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 
 
 Um organismo deve poder regular as atividades
catalíticas de suas enzimas para que ele possa
coordernar seus processos metabólicos, responder
às mudanças no meio, crescer e diferenciar-se,
tudo de maneira ordenada.
 A regulação envolve mecanismos sofisticados:
• Controle Genético
• Modificação covalente
• Regulação alostérica
• Compartimentalização
 Controle Genético
• O produto final de uma via metabólica pode 
inibir a síntese de uma enzima – chave da 
mesma via.
• Sendo assim, a quantidade disponível da 
enzima, nas células, depende da velocidade 
de sua síntese e da velocidade de 
degradação.
• Regulação por alteração do meio
 Regulação por modificação covalente
• Resultando a ativação ou inibição 
enzimática;
• Sendo o fluxo das vias metabólicas, 
reguladas por ligações covalentesreversíveis;
• Esse processo dar- se por:
 Fosforilação- desfosforilação;
 Metilação- desmetilação;
 Adenilação- desadenilação;
 Etc;
 Alteração conformacional em enzimas 
alostéricas
• São enzimas que são reguladas por ligação de 
seus substratos ou outro metabólito, de modo 
reversível e não covalente , aos sítios 
alostéricos;
• Esse processo desencadeia mudança 
conformacional na enzima;
• Os efetores alostéricos ativam ou retardam a 
conversão de uma conformação em outra.
 Alteração conformacional em enzimas 
alostéricas
• Dois modelos explicam o comportamento das 
enzimas alostéricas:
 1- Modelo concentrado
 2- Modelo sequencial
 Alteração conformacional em enzimas 
alostéricas.
•Modelo Concentrado- Todas as unidades são 
convertidas do estado T para o estado R, 
pela ligação de um efetor alostérico.
 Alteração conformacional em enzimas 
alostéricas.
•Modelo sequencial- As subunidades sofrem 
mudanças conformacionais progressivamente 
com a ligação m do substrato.
 Zimogênios
• São aquela enzimas que são sintetizadas como
precursores inativos e posteriormente ativadas por
clivagem de uma ou ais ligações peptídicas;
• O precursor inativo é chamado de zimogênio/ 
proenzima
Característica Enzimas Catalisadores Químicos
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estrutura complexa Simples
Sensibilidade à T e pH alta Baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica (geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) alto Moderado
Natureza do processo batelada Contínuo
Consumo de energia baixo Alto
Formação de subprodutos baixa Alta
Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples
Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa
Presença de cofatores sim não
Estabilidade do preparado baixa alta
Energia de Ativação baixa alta
Velocidade de reação alta baixa
Característica Enzimas Catalisadores Químicos
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estrutura complexa Simples
Sensibilidade à T e pH alta Baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica (geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) alto Moderado
Natureza do processo batelada Contínuo
Consumo de energia baixo Alto
Formação de subprodutos baixa Alta
Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples
Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa
Presença de cofatores sim não
Estabilidade do preparado baixa alta
Energia de Ativação baixa alta
Velocidade de reação alta baixa
Característica Enzimas Catalisadores Químicos
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estrutura complexa Simples
Sensibilidade à T e pH alta Baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica (geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) alto Moderado
Natureza do processo batelada Contínuo
Consumo de energia baixo Alto
Formação de subprodutos baixa Alta
Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples
Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa
Presença de cofatores sim não
Estabilidade do preparado baixa alta
Energia de Ativação baixa alta
Velocidade de reação alta baixa
Característica Enzimas Catalisadores Químicos
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estrutura complexa Simples
Sensibilidade à T e pH alta Baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica (geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) alto Moderado
Natureza do processo batelada Contínuo
Consumo de energia baixo Alto
Formação de subprodutos baixa Alta
Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples
Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa
Presença de cofatores sim não
Estabilidade do preparado baixa alta
Energia de Ativação baixa alta
Velocidade de reação alta baixa