Enzimas: Biocatalisadores Essenciais

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Profa. Dra. Marcia M R Azevedo
ENZIMAS
1
Enzimas 
Em 1850, Pasteur verificou que a fermentação do açúcar em álcool pelas leveduras era catalisada por “fermentos” e concluiu que eles eram inseparáveis da estrutura das células vivas. 
Em 1897, Eduard Buchner extraiu das leveduras as enzimas que transformam açúcar em álcool, demonstrando que as enzimas podem continuar funcionando depois de removidas das células vivas. 
Em 1930, nos EUA, John Northrop cristalizou a tripsina e a pepsina e determinou que elas eram proteínas. 
 INTRODUÇÃO 
 
 Quase todas as reações no corpo são mediadas por enzimas
		Maioria são proteínas especializadas 
 
 Exceção: grupo de moléculas de RNA que apresentam propriedades catalíticas (ribozimas) 
Catalisadoras que aumentam a velocidade das reações: 
não oferecem alterações no processo global. 
Direcionam todo os eventos metabólico
As reações catalíticas facilitam os processos vitais em todas as suas formas, desde vírus até os mamíferos superiores
Enzimas
Importância Biológica
Biocatalisadores - regulam as velocidades de todos os processos fisiológicos
Papel fundamental na saúde e na doença
Saúde
Enzimas
Processos 
Fisiológicos
Ocorram de modo ordenado
 Homeostasia
Estados patológicos
Doenças Genéticas
Incapacidade ou capacidade parcial 
de sintetizar enzimas
Sintomatologia variada
Enzimas 
Alto grau de afinidade pelo substrato 
Eficiência catalítica 
Não são consumidas ou alteradas ao participar da catálise
Se uma enzima é desnaturada ou dissociada em subunidades a sua atividade catalítica é encerrada. 
Estrutura proteica: essenciais para sua atividade catalítica 
Enzimas
Algumas não necessitam de outros grupos químicos para exercer sua atividade. 
Co-fator: são substâncias orgânicas ou inorgânicas necessárias ao funcionamento das enzimas 
Orgânico: vitaminas 
	Coenzima : pequenas moléculas que transportam grupos químicos de uma enzima para outra
Inorgânico: íons metálicos
 
Mg2+
Hexoquinase, glicose 6-fosfatase
Se
Glutationa peroxidase
Ni2+
Urease
K+
Piruvatoquinase
Coenzima
Ex. grupos quím. Transferidos
Precursores na dieta
Coenzima A
GruposAcila
Ácidopantotênico
Biocitina
CO2
Biotina
FAD
Elétrons
Riboflavina (vit.B2)
NAD
Íonhidreto(:H-)
Niacina
Elementos Inorgânicos como co-fatores enzimáticos
Estrutura das enzimas
Estrutura das enzimas
Elementos orgânicos como coenzima enzimáticos
Coenzimas como transportadoras transientes de grupos funcionais ou átomos específicos
Estrutura das enzimas
Enzimas
Grupo prostético quando o co-fator está forte ou covalentemente ligado a estrutura proteica da enzima
Apoenzima ou apoproteína é a parte proteica da enzima 
Holoenzima é a enzima completa com seus cofatores e parte proteica 
 As enzimas são classificadas pelas reações que catalisam 
Tabela 1. Classificação internacional das enzimas
Classe
Tipo de reação catalisada
Oxidorredutases
Transferência de elétrons (íonshidretosou átomos de H)
Transferases
Reações de transferência de grupos
Hidrolases
Reações de hidrólise (transferência de grupos funcionais para água)
Liases
Adição de grupos às duplas ligações ou formação de duplas ligações por meio de remoção de grupos
Isomerases
Transferência de grupos dentro da mesma molécula para formas isômeros
Ligases
Formação deligasesdo tipo C-C, C-S, C-O e C-N por meio de reações de condensação acopladas à quebra de ATP
Oxidorredutases 
 	Catalisam reações de oxidorredução transferindo elétrons, hidretos ou prótons. 
2. Transferases 
	- Catalisam a transferência de grupos contendo C, N ou P
* THF – tetraidrofolato)
3. Hidrolases 
	- Catalisam a quebra de ligações pela adição de água
4. Liases 
	Catalisam a quebra de ligações C-C, C-S e certas ligações C-N
5. Isomerases 
	 Catalisam racemização de isômeros ópticos ou geométricos 
6. Ligases 
	Catalisam a formação de ligações C-C e C-O, C-S, C-N, acoplada à hidrólise de fosfatos de alta energia
Nomenclatura das enzimas 
Nome Recomendado:  Utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. 
Exs: Urease, Hexoquinase, Peptidase...
 Nome Independentes : Exs. Tripsina, Pepsina.
Nome Sistemático: Mais complexo  informações precisas sobre a função metabólica da enzima  (International Union of Biochemistry and Molecular Biology – IUBMB)- Enzime comission (EC)
Números classificatórios (quatro dígitos) – 
E.C. (número da Comissão de Enzimas – Enzyme Comission)
ATP-glicose fosfotransferase – E.C. 2.7.1.1
2. Transferase
7. Fosfotransferase
Fosfotransferase que apresenta um grupo hidroxila aceptor de fosfato
1. D-glicose como aceptor do grupo fosfato
1o dígito - classe
2o dígito - subclasse
3o dígito - sub-subclasse
4odígito - indica o substrato
Nome recomendado: hexocinase 
Nome sistemático: ATP-glicose fosfotransferase 
Importância das Enzimas 
Reações biológicas são comumente lentas 
Sem catalisadores elas não ocorreriam em tempo hábil para o metabolismo do corpo 
Ex.: digestão de alimentos, transporte de sinais através dos nervos, contração muscular, etc. 
Como as enzimas funcionam?
Reação química: A+B - C
Importância das Enzimas 
Fonte: djalmasantos.wordpress.com
Como as enzimas funcionam? 
Enzima fornece um ambiente específico onde determinada reação seja energicamente mais favorável 
Reação catalisada enzimaticamente: limites de uma cavidade na enzima chamada de sítio ativo. 
A molécula que se liga ao sítio ativo é chamada de substrato 
Como as enzimas funcionam? 
Enzimas são proteínas que agem como catalizadores biológicos:
enzima
Composto A (substrato)
Composto B (produto)
Centro ativo 
ou 
Sítio ativo
ou
sítio catalítico
de uma enzima é a porção da molécula onde ocorre a atividade catalítica
Observe que não há consumo ou modificação permanente da enzima
Reação catalisada pela enzima
Como as enzimas funcionam?
Conclusões:
Enzimas não alteram o equilíbrio da reação, apenas a velocidade da reação;
Enzimas são regeneradas;
Enzimas reduzem a energia de ativação, mas não altera a energia da reação
Condição de interação do substrato com sítio ativo da enzima: 
 São ligados as enzimas por atrações fracas múltiplas:
 Hidrofóbicas
 Pontes de H
 Forças iônicas 
 Forças de van der Waals
De onde vem essa energia?
 E + S ES EP E + P
Energia de ligação
 Catálise
 Especificidade
Como as enzimas funcionam?
Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das enzimas originou  Modelo Chave-Fechadura, que considera que a enzima possui sitio ativo complementar ao substrato. 
Cinética enzimática
Definição:
Fatores que afetam a velocidade das reações enzimáticas:
1. Concentração da Enzima;
Estuda a velocidade das reações enzimáticas e os fatores que a influenciam
2. Concentração do substrato;
3. pH;
4. Temperatura;
Cinética enzimática
Velocidade em função da concentração da enzima
Cinética enzimática
Velocidade em função da concentração do substrato
Cinética hiperbólica
Velocidade da reação
Concentração de substrato
% atividade enzimática máxima
Fatores que afetam a atividade enzimática:
1. Variações de pH: pH ótimo
pH ótimo=1,5
pH ótimo=6,8
pH ótimo=9,9
Fatores que afetam a atividade enzimática:
2. Variações de temperatura: temperatura ótima
100-
50-
0-
% atividade enzimática máxima
Temperatura ótima
Desnaturação térmica da proteína
Pouca energia para a reação acontecer
O equilíbrio de uma reação está diretamente ligado a energia de transição e a velocidade a energia de ativação.
Energia de ativação Δ±
Estado de transição Δ’°
A função de um catalisador é aumentar a velocidade de uma reação sem interferir no seu equilíbrio.
JULYANA
42
A mesma energia de ligação que fornece energia para a catálise também é responsável pela especificidade
Habilidade da enzima em discriminar entre o substrato e outra molécula competidora
Como ocorrem esses aumentos altamente seletivos na velocidade das reações?
Valores do aumento de
velocidade produzido por enzimas
Ciclofina
105
Anidrasecarbônica
107
Triose fosfatoisomerase
109
CarboxipeptidaseA
1011
Fosfoglicomutase
1012
SuccinilCoAtransferase
1013
Urease
1014
Orotidinamonofosfato descarboxilase
1017
INIBIÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Qualquer substância que diminua a velocidade da reação de uma enzima é chamada de INIBIDOR.
Pode ser:
Reversível
Irreversível 
INIBIÇÃO REVERSÍVEL: COMPETITIVA
Quando o inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sítio de ligação do substrato; 
O efeito é revertido aumentando-se a concentração de substrato 
Este tipo de inibição depende das concentrações de substrato e de inibidor.
INIBIÇÃO REVERSÍVEL: NÃO-COMPETITIVA
O inibidor liga-se à enzima em um sítio próprio de ligação, podendo estar ligado à enzima ao mesmo tempo que o substrato. 
 
Este tipo de inibição depende apenas da concentração do inibidor.
INIBIÇÃO REVERSÍVEL: MISTA
O inibidor liga-se a um sítio ativo diferente do substrato
Mas pode se ligar tanto a enzima como ao complexo enzima substrato
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA IRREVERSÍVEL
Ocorre quando os inibidores se combinam com um grupo funcional na molécula da enzima ou o destrói ou ainda formam uma ligação covalente bastante estável.
Uma enzima não recupera sua atividade quando o complexo enzima- inibidor se ligam.
49
REGULAÇÃO ENZIMÁTICA
A regulação da velocidade das reações
 enzimáticas é essencial para o organismo 
coordenar seus numerosos processos metabólicos.
Modulação Covalente
Modulação Alostérica
Ativador alostérico
Inibidor alostérico
Enzimas alostéricas possuem uma região diferente do sítio ativo ao se liga um efetor ou modulador alostérico. A mudança conformacional decorrente da ligação do efetor alostérico se propaga pela molécula e afeta o sítio ativo, ativando-o ou inibindo-o. Observe nas figuras.
MODULAÇÃO COVALENTE
- Ocorre quando há modificação covalente da molécula da enzima, com conversão entre formas ativa/inativa.
 
 - O processo ocorre principalmente por adição/remoção de grupamentos fosfato de resíduos específicos de serina, treonina ou tirosina na enzima.
Modulação por fosforilação
Modulação com o grupo Acetil
Modulação com o grupo Adenina
inativa
ativa
Fosforilação - Defosforilação
quinase
fosfatase
 enzima 
fosfato
substrato 
MODELO MICHAELIS-MENTEN
A enzima combina-se com o substrato, formando um complexo ES que degrada-se em produto, regenerando a enzima livre.
 S = substrato
E = enzima
ES = complexo enzima-substrato
K1, K-1 e K2 = constante de velocidade
EQUAÇÃO DE MICHAELIS-MENTEN
Descreve como a velocidade da reação varia com a concentração do substrato:
Vmáx. – Velocidade atingida sob condições específicas de temperatura, pH, e força iônica.
Km - São específicas para cada enzima sob condições especificadas de pH e temperatura.
EQUAÇÃO DE MICHAELIS-MENTEN
Reflete a afinidade da enzima para aquele substrato.
O Km é numericamente igual a concentração do substrato na qual a velocidade da reação é igual a ½ Vmax. O Km não varia com a concentração da enzima.
CARACTERÍSTICAS DO Km
Km baixo – reflete uma alta afinidade da enzima pelo substrato. É necessária uma baixa [S] para atingir a metade da saturação da enzima (1/2 Vmax)
Km alto – reflete baixa afinidade da enzima pelo substrato. É necessária uma alta [S] para atingir ½ Vmax
Isoenzimas
Hexoquinase:
Outros tecidos
Glicose 6 fosfato
Km=0,1mM
 
Glicoquinase:
Fígado
Frutose-6-fosfato
Km=10mM
Conclusão:
Diferentes Km
Diferentes Vmax
Diferentes tecidos
Diferentes reguladores alostéricos
Velocidade da reação
Cinética enzimática
Enzimas alostéricas: cinética sigmoidal
Efeito cooperativo
Velocidade da reação
Concentração de substrato
Nível de saturação
61
62
63
CHAMPE, P. C.; HARVEY,R.A FERRIER, R.D. Bioquímica ilustrada. 3º ed. São Paulo: Artmed, 2006.
CAMPBELL, M.K. Bioquímica. 3ªed. Porto Alegre: Artmed, 2000 
NELSON, D.V.; COX, M M. Lehninger: Princípios de Bioquímica. 3 ed. São Paulo: Savier, 2002
Bibliografia