Aula - Enzimas

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Enzimas: definições, tipos, 
atividade enzimática, 
inibição e aplicação 
industrial
Universidade Federal do Vale do São Francisco – UNIVASF
Curso de Graduação em Medicina
Disciplina de Bioquímica I
José Marcos Teixeira de Alencar Filho
Farmacêutico Generalista 
Doutorando em Biotecnologia
Enzimas
• Conceito: proteínas catalisadoras que aumentam a velocidade das
reações sem serem, elas próprias, alteradas nesse processo.
• Altamente especializadas.
• Reduzem a energia de ativação das reações químicas.
• Atuam sobre um substrato.
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Enzimas
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Importância
• São elementos centrais para processos bioquímicos.
• Importantes em casos de doenças genéticas.
• Diagnóstico de doenças.
• Mecanismos de ação dos fármacos.
• Utilização na indústria para produção de diversos tipos de
alimentos, medicamentos, papel, têxtil, couro, detergente, bebidas.
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Propriedades
• Apresentam sítios ativos.
• Eficiência catalítica.
• Quanto a especificidade:
• Baixa – Peptidases, fosfatases.
• Absoluta – Urease.
• Estereoespecificidade – Atuam somente sobre isômeros D ou L.
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Enzimas
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
ENZIMAS
FUNÇÃO DE 
CATÁLISE
ACELERAM 
AS REAÇÕES
ENERGIA TÉRMICA  AUMENTA AS COLISÕES ENTRE AS MOLÉCULAS.
VIA ALTERNATIVA  REDUZ A ENERGIA DE ATIVAÇÃO (CATALIZADORES).
SERES VIVOS  CATALIZADORES ORGÂNICOS
Enzimas
• Intracelulares.
• Extracelulares (escala industrial).
• Fontes:
• Vegetal: bromelina (obtida do abacaxi), papaína (obtida do
mamão) e ficina (obtida de espécies de Ficcus).
• Animal: quimosina (renina).
• Microrganismos: amilases, fitase, pectinases, etc.
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Nomenclatura das enzimas
• Sistematização da nomenclatura: União Internacional de
Bioquímica e Biologia Molecular.
• Estabeleceu as normas da nomenclatura enzimática.
• Divisão em 6 classes.
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Tipos de Enzimas: ÓXIDO-REDUTASES
• Óxido-redutases: polifenol-oxidases, peroxidases, catalase,
lipoxigenases e glicose-oxidases.
• Envolvem reações de oxirredução (transferência de elétrons).
• Atuando em CH-OH
• Atuando em C=O
• Atuando em C=O-
• Atuando em CH-NH2
• Atuando em CH-NH-
• Atuando em NADH+, NADPH+
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
H3C CH
OH
COO
-
H3C C
O
COO
-
Lactato
NAD
+
+ + NADH + H
+
Piruvato
 20 subclasses.
Ex.: Lactato desidrogenase. 
Tipos de Enzimas: TRANSFERASES
• Trasferases: serina hidroximetiltransferase.
• Envolvem reações de transferência de grupos funcionais.
• Grupos com um carbono
• Grupos aldeído ou cetona
• Grupos acil
• Grupos glicosil
• Grupos fosfatos
• Grupos contendo enxofre
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 9 subclasses.
H2C CH
OH NH3
COO
-
+ THF H2C COO
-
NH3
+ THF
CH2
OHSerina Glicina
Ex.: Serina hidroximetiltransferase.
Tipos de Enzimas: HIDROLASES
• Hidrolases: Amilase, lipase, lactase, proteases.
• Envolvem reações de hidrólise.
• Ésteres
• Ligações glicosídicas
• Ligações peptídicas
• Outras ligações C-N
• Anidridos de ácidos
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 12 subclasses.
H2N C
O
NH2 + H2O CO2 + 2NH3
Uréia
Ex.: Urease
Tipos de Enzimas: LIASES
• Liases: piruvato descarboxilase.
• Envolvem remoção de grupos dos seus substratos, deixando
duplas ligações. Catalisam a quebra de ligações covalentes e a
remoção de moléculas de água, amônia ou gás carbônico.
• =C=C=
• =C=O
• =C=N-
• 7 subclasses.
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Ex.: Piruvato descarboxilase.
H3C C
O
COO
-
H3C CH
O
+ CO2
Piruvato Acetaldeído
Tipos de Enzimas: ISOMERASES
• Isomerases: Metil malonil coA mutase.
• Envolvem reações de isomerização.
• Racemases
• 6 subclasses.
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-
OOC CH2
CH3
C
O
CoA
-
OOC CH2 CH2 C
O
CoA
Metilmalonil CoA Succinil CoA
Ex.: Metil malonil coA mutase.
Tipos de Enzimas: LIGASES
• Ligases: Piruvato carboxilase.
• Catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da
ligação entre duas pré-existentes, sempre às custas de energia.
• C-O
• C-S
• C-N
• C-C
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Piruvato
H3C C
O
COO
-
+ CO2
ATP ADP + Pi
HOOC CH2 C
O
COO
-
Oxaloacetato
 5 subclasses.
Ex.: Piruvato carboxilase.
Modelo Chave-fechadura
• Proposto por Emil Fischer: prevê um encaixe perfeito.
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s3.static.brasilescola.com/ labvirtual.eq.uc.pt
Modelo do Encaixe Induzido
• Proposto por Daniel Koshland: Existe uma flexibilidade.
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
 Ocorrem modificações 
na conformação.
 A energia de ligação é 
otimizada!
 Energia útil para 
reduzir a energia de 
ativação.
Atividade Enzimática
• Poucos princípios são suficientes para explicar o poder catalítico e a
especificidade das enzimas
• Rearranjo de ligações covalentes durante a reação catalisada por enzima. Os
grupos funcionais catalíticos na enzima podem formar ligações covalentes
transitórias com o substrato e torná-lo ativado. Ou um grupo pode ser
transferido transitoriamente para a enzima.
• Interações não covalentes: importantes para a formação dos complexos ES.
São as ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas e iônicas. A formação
de cada interação fraca no complexo ES é acompanhada pela liberação de
pequenas quantidades de energia livre que estabiliza a interação, que é a
energia de ligação!
• A energia de ligação é a principal fonte de energia livre utilizada pelas
enzimas para a redução da energia de ativação das reações
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Atividade Enzimática
• Envolve a medida da velocidade de reação.
• Uma unidade (U) de atividade é a quantidade de enzima que
catalisa a transformação de 1 micromol de substrato ou a formação
de 1 micromol de produto por minuto de reação.
• Equação de Michaelis-Menten:
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Km: constante de Michaelis.
Vmax: velocidade máxima teórica.
Efeito da concentração do substrato
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Fatores que Interferem naAtividade 
Enzimática: pH
• pH: o sítio ativo pode conter aminoácidos com grupos ionizados
que podem sofrer modificação com o pH.
• O substrato pode ser afetado pela variação de pH.
• A ionização dos aminoácidos que não estão no sítio ativo podem
provocar modificações conformacionais na enzima.
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Fatores que Interferem na Atividade 
Enzimática
• Algumas enzimas apresentam um pH ótimo, determinado a partir
de uma curva do efeito do pH na atividade enzimática.
• Muitas enzimas não apresentam uma curva na forma de sino,
indicando que não existe um único valor de pH ótimo, mas uma
faixa de pH ótimo.
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bioqmed.ufrj.br/enzimas/ bioqmed.ufrj.br/enzimas/
Fatores que Interferem na Atividade 
Enzimática
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Enzima pH Ótimo
Lipase pancreática 8,0
Lipase estomacal 4,0 – 5,0
Pepsina 1,5 – 1,6
Tripsina 7,8 – 8,7
Urease 7,0
Maltase 6,1 – 6,8
Amilase pancreática 6,7 – 7,0
Catalase 8,0
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Tabela 01: Relação de enzimas e o pH/faixa de pH ótimo.
Fatores que Interferem na Atividade 
Enzimática
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A atividade enzimática depende do pH
Fatores que Interferem na Atividade 
Enzimática: TEMPERATURA
• Temperatura: dentro de certos limites, a velocidade de uma reação
enzimática aumenta com o aumento da temperatura.
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Enzimas 
são 
proteínas!!!
As ligações que estabilizam a estrutura espacial 
da enzima se rompem e ela se desnatura.
Fatores que Interferem na Atividade 
Enzimática: PRESENÇA DE COFATOR
• Presença de cofator: são substâncias inorgânicas necessárias ao
funcionamento das enzimas. Ligados diretamente.
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Cofator inorgânico Enzima
Cu2+ Citocromo oxidase
Fe2+ e Fe3+ Catalase, peroxidase
K+ Piruvato quinase
Mg2+ Glicose-6-fosfato
Ni2+ Urease
Se Glutaniona peroxidase
Tabela 02: Relação de enzimas e o seus cofatores inorgânicos
bioqmed.ufrj.br/enzimas/
Fatores que Interferem na Atividade 
Enzimática: COENZIMAS
• Coenzima: é uma molécula orgânica ou metalorgânica complexa
unida a uma enzima, que juntas tem uma função catalítica, e que é
necessária ao funcionamento desta enzima.
• Uma coenzima ou íon metálico que se ligue muito firmemente, ou
mesmo covalentemente, a uma enzima é denominado grupo
prostético.
• Uma coenzima pode se destacar de sua respectiva apoenzima para
designar função específica. A junção das duas, forma a holoenzima.
• Ex.: FAD e NAD ligados a enzimas desidrogenases (Ciclo de Krebs).
• Qual a diferença de cofator para coenzima?
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Fatores que Interferem na Atividade 
Enzimática
• Concentração do substrato.
• Concentração da enzima.
• Afinidade da enzima pelo substrato.
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Inibidores Enzimáticos
• Qualquer substância que reduz a atividade enzimática.
• A inibição pode ser reversível ou irreversível.
• Reversível: competitiva, não-competitiva, ou mista.
• Irreversível: ferramenta importante na pesquisa de inibidores
de enzimas em farmacologia.
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Inibidores Enzimáticos Reversíveis 
• Inibidores competitivos: mesmo sítio de ligação que o S.
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Inibidor se assemelha ao substrato e liga-se ao centro ativo.
Diminui proporção de E ligadas ao S.
Inibidores Enzimáticos Reversíveis
• Exemplo de inibição competitiva:
• Intoxicação por metanol.
• MeOH é metabolizado pela álcool-desidrogenase hepática, que o
converte em formaldeído.
• Alternativa: utilizar etanol, que compete eficientemente pelo sítio ativo
da mesma enzima.
• Tratamento: infusão lenta de uma solução com etanol, a uma velocidade
que mantenha a concentração de etanol no sangue controlada por
várias horas.
• Excreção: a velocidade de formação do formaldeído reduz, e os rins
filtram o metanol que é excretado na urina.
• Consequência: cegueira é muito comum (olhos são muito sensíveis a
presença do formaldeído).
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Inibidores Enzimáticos Reversíveis
• Inibidores não competitivos (incompetitivos): sítio de ligação
diferente.
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Diminui a concentração de E funcional.
Liga-se apenas ao complexo ES.
Inibidores Enzimáticos Reversíveis
• Inibidores mistos: ligação a um sítio distinto do sítio do substrato.
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Diminui a concentração de E funcional.
Liga-se tanto ao complexo ES, como liga-se 
apenas a enzima.
Inibidores Enzimáticos Irreversíveis
• Inibidores irreversíveis: ligam-se covalentemente, ou destroem um
grupo funcional da enzima que é essencial para a atividade, ou
forma uma associação não covalente que é muito estável.
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Reação da quimiotripsina com diisopropilfluorofosfato (DIFP), que
modifica a Serina195, inibe a enzima irreversivelmente. Este fato levou a
conclusão de que a Ser195 é o resíduo chave na quimiotripsina.
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Inibidores Enzimáticos Irreversíveis
• Inibidores irreversíveis
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Inibidores Enzimáticos Irreversíveis
• Inativadores suicidas: desempenham um papel significativo no
planejamento racional de fármacos.
• São moléculas relativamente não reativas até que se liguem ao sítio ativo de
uma enzima específica.
• Este inativador passará pelas primeiras etapas da reação enzimática, no
entanto não haverá formação do produto final, mas haverá a formação de
uma espécie muito reativa que se combina com a enzima de forma
irreversível.
• Um inativador suicida bem planejado é específico para uma única enzima, e
permanece estável até que se ligue no sítio ativo da enzima.
• Vantagens: medicamentos com poucos efeitos colaterais.
• Ex.: Ácido clavulânico (inativador de β-lactamases, enzimas que degradam
antibióticos inibidores de transpeptidases nas bactérias).
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Inibidores Enzimáticos Irreversíveis
Ácido clavulânico
Inibidores Enzimáticos
• Inibidores de enzimas biologicamente responsáveis por processos
patogênicos:
• Inibidores da enzima conversora da angiotensina (IECA);
• Inibidores de fosfodiesterase (IPDE);
• Inibição da xantina oxidase (IXOD);
• Inibição da cicloxigenase (ICOX);
• Inibidores seletivos da recapatação da serotonina (ISRS).
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Enzimas Regulatórias
• Enzimas alostéricas sofrem mudanças conformacionais em resposta
à ligação de moduladores
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• Proteínas alostérias são aquelas
que possuem outras formas ou
conformações induzidas pela
ligação de moduladores.
• Os moduladores podem ser
inibitórios ou estimulantes.
• Moduladores e enzimas
homotrópicas e heterotrópicas.
Enzimas Regulatórias
• Inibição por retroalimentação:
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• Em muitos sistemas enzimáticos, as enzimas
regulatórias são inibidas especificamente pelo
produto final da via metabólica, sempre que este
produto final exceder as necessidades celulares.
Treonina-desidratase é
alostericamente inibida
especificamente por L-
isoleucina.
Isoleucina não se liga ao
sítio ativo, mas ao sítio
regulatório
• Modificação covalente reversível
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Enzimas Regulatórias
Proteína-cinases: 
adicionam os grupos 
fosforil
Proteína-fosfatases:
retiram os grupos 
fosforil
Enzimas Regulatórias
• Algumas enzimas e outras proteínas são reguladas pela proteólise
de precursores de enzima.
• No caso de algumas enzimas, um precursor inativo denominado
zimogênio é hidrolisado formando a enzima ativa.
• As proteases não são as únicas enzimas ativadas por proteólise. Em
outros casos, os precursores são chamados de pró-proteínas ou
pró-enzimas.
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Enzimas Regulatórias
Noções de Segurança do TrabalhoEnzimas: definições, tipos, atividade enzimática, inibição e aplicação industrial
Enzimas plasmáticas como ferramentas 
diagnósticas
• Alanina Aminotransferase (ALT) / Transaminase Glutâmico Pirúvica
(TGP);
• Aspartato Amino Transferase (AST) / Transaminase Glutâmico
Oxalacética (TGO);
• Creatina Quinase (CK);
• Lactato Desidrogenase (LDH);
• Fosfatase ácida.
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Aplicação industrial 
• Para a extração de enzimas deve-se levar em consideração:
• Solubilidade;
• pH ótimo e pH de estabilidade;
• Temperatura ótima e temperatura de estabilidade;
• Ponto isoelétrico (PI)
• Como determinar pH ótimo?
• Como determinar PI?
• Usam-se tampões adequados para a extração (deve estar na
faixa de pH adequado para estabilidade).
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Aplicação industrial 
• Produção de bebidas alcoólicas.
• Panificação.
• Produção de xarope de glicose.
• Leites com baixo teor de lactose.
• Iogurtes.
• Clarificação da cerveja.
• Coagulação do leite (fabricação de queijos).
• Amaciamento de carne.
• Produção de óleos e gorduras.
• Margarinas.
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Obrigado pela atenção!
Noções de Segurança do Trabalho
Enzimas: definições, tipos, 
atividade enzimática, 
inibição e aplicação 
industrial
José Marcos Teixeira de Alencar Filho
Farmacêutico Generalista – Doutorando em 
Biotecnologia
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