Resumo - Função Proteica – Parte II

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Função Proteica – Parte II
Parte 1 - ASPECTOS INTRODUTÓRIOS
Enzimas: São macromoléculas que aumentam a velocidade das reações químicas, sem que elas mesmas não sofram nenhuma mudança permanente. São catalisadores biológicos. Podem ser: globulares (maioria) ou ácidos ribonucleicos (riboenzimas). Tem alto grau de especificidade para os seus substratos, aceleram as reações químicas e atuam em soluções aquosas sob condições suaves de temperatura e pH. 
Biorremediação: Utilização de seres vivos ou seus componentes na recuperação de áreas contaminadas. São processos que empregam principalmente microrganismos, enzimas e plantas para converter compostos poluentes em compostos menos tóxicos. Só é biorregulação quando há diminuição da toxicidade do ambiente;
Maioria das enzimas são proteínas globulares: As enzimas globulares apresentam conformação nativa (conformação que apresenta eficiência catalítica máxima) preservada, ou seja, suas estruturas primária, secundária, terciária e quaternária são preservadas; podem apresentar outros grupos químicos não-aminoacídicos (cofatores – íons metálicos) e coenzimas (compostos orgânicos ou organometálicos que agem como carreadores transitórios de grupos funcionais, ou seja, doam grupos funcionais durante o processo de catálise).
Haloenzimas: para exercer sua função biologia a enzima precisa de um cofator e/ou de uma coenzima. 
- Apoenzima é a parte polipepitídica da haloenzima
- Grupo prostético é o cofator ou coenzima que está ligado covalentemente à apoenzima
Classificação segundo o tipo de reação exercida pela enzima (é o primeiro nº do Enzime Commission – ec)
Oxidorredutases: Faz a transferência de elétrons através se hidretos (doam elétrons) e prótons (recebem elétrons); quando ocorre oxidação há o aumento de O e diminuição de H; quando ocorre redução há o aumento de H e diminuição de O. Ex: lactato desidrogenase – oxida lactato (um álcool), transformando-o em piruvato (uma cetona);
Transferases: faz a transferência de grupos de um substrato para outro;
Hidrolases: são enzimas de catabolismo (degradação – aumento da entropia) que atuam em grupos funcionais hidrolisados (substrato quebrado pela água): ésteres, amida, acetais, cetais; quebram uma molécula em 2; subidividida pelo tipo de grupo que quebra: glicosidase – carboidrato, lisozima – quebra da parede celular de bactérias, peptidase – proteína (ex: papaína – quebra de anticorpos); ex: acetilcolinesterase – interrompe a ação da acetilcolina, causa do Alzheimer -, maioria das enzimas digestivas;
Liases: enzimas de catabolismo e anabolismo (principalmente o último); fazem a adição de grupos às lig duplas, ou formam lig duplas; não há quebra de 1 molécula em 2;
Isomerases: fazem a transferência de grupos dentro das próprias moléculas, gerando isômeros (traça os grupos de posição);
Ligases: são proteínas de anabolismo (formação de lig); forma ligações C – C, C – S, C – O, C – N através de reações de condensação acopladas a hidrólise de ATP.
Parte 2 - FUNCIONAMENTO ENZIMÁTICO
Sítio catalítico (ou sítio ativo): é a região complementar ao substrato (ligante) em TAMANHO, FORMA, CARGA e CARÁTER HIDROFÍLICO e HIDROFÓBICO. Determina o tipo de catálise que vai ocorrer. A superfície do sítio ativo é delimitada por resíduos de aminoácidos com grupos nas cadeias laterais que ligam o substrato e que catalisam sua transformação química. 
Catalisadores: aumentam a velocidade da reação, mas não afetam o equilíbrio.
A msm enzima que catalisa a reação SUBSTRATO → PRODUTO catalisa a reação PRODUTO → SUBSTRATO.
Diagrama de coordenação de reação: quadro da variação de energia (∆G), eixo Y, durante o progresso de reação (R), eixo X
∆G ˂ 0 = Gp ˂ Gr = reação espontânea, gera produto.
Estado de transição (‡): momento molecular transitório no qual, eventos como a quebra e a formação de ligação ocorrem com a mesma probabilidade tanto para formação de substrato quanto de produto. É o curto período de tempo que o substrati oermanece no topo da curva de energia. 
Intermediários de reação: espécies químicas transitórias que tenha vida química finita maior que a vibração molecular; tem energia semelhante a do substrato; mais estável que ‡.
Energia de ativação (∆G‡): diferença de energia entre os estados de transição (S ou P) e o estado de transição.
Catalisadores em geral:
S= SUBSTRATO, P= PRODUTO
ΔG’o = variação total de energia livre padrão
ΔG‡S→P = energia de ativação para a conversão S→P
ΔG‡P→S = energia de ativação para a conversão P→S
ΔG‡C = energia de ativação para a conversão S→P SOB CATÁLISE
As enzimas diminuem a ∆G‡;
Catálise Enzimática
E, S, P representam enzima, substrato e produto. ED e EP são complexos transitórios da enzima com o substrato e com o produto. O equilíbrio entre S e P reflete a diferença entre as energias livres dos seus estados fundamentais. Para que a reação ocorra, as moléculas devem suplantar esta barreira e atingir um nível de energia mais alto. O topo da curva de energia é um ponto a partir do qual o decaimento para o estado S ou para o estado P tem a mesma probabilidade de ocorrer. Isto é denominado estado de transição. 
A diferença entre os níveis energéticos do estado basal e do estado de transição é a energia de ativação: uma energia de ativação maior corresponde a uma reação mais lenta. Os catalisadores aumentam a velocidade das reações por diminuírem as energias de ativação. Qualquer enzima que catalise a reação P ( S também catalisa a reação entre S e P. A enzima não é gasta no processo e o ponto de equilíbrio não é afetado. A reação atinge equilíbrio muito rapidamente quando a enzima apropriada estiver presente, pois a velocidade da reação é aumentada. 
As enzimas apresentam maior eficiência catalítica (quanto a enzima consegue aumentar a velocidade da reação) e maior grau de especificidade (afinidade) que os catalisadores inorgânicos e orgânicos.
Atuam em soluções aquosas em condições brandas de temp, pH e pressão (situações compatíveis com a vida);
São macromoléculas centrais nas vias metabólicas (verdadeiros reguladores das reações bioquímicas);
Agem conjuntamente e de modo organizado.
Seletividade enzimática: A enzima atua num grupo seleto. Ex: lípases.
Especificidade: A enzima atua numa única molécula, discriminando facilmente substratos que possuem estruturas muito semelhantes, diferenciam até mesmo estereoisômeros (isômeros com conformação D e L). Ex: acetilcolinesterase. Deriva de muitas interações fracas entre a enzima e a molécula do substrato específico. 
- Regioespecificidade: a enzima discrimina algumas regiões de substrato, atua, normalmente, em substratos grandes; ex: tripsina: cliva ligações peptídicas adjacentes aos aminoácidos básicos (lys e arg), é uma hidrolase.
- Estereoespecificidade: reconhece um único estereoisômero; extremamente específico; ex: a arginase reconhece a L-arginina e a decompõe, mas não reconhece a D-arginina;
- Eficiência catalítica ou poder catalítico: aumento significativo na velocidade da reação;
A interação enzima-substrato pode ocorrer por meio de: 
Interações fortes: Enzima atua fazendo ligação covalente com o substrato, deixando-o mais reativo (menos estável), ativando-o. Estado de transição é reduzido. A ativação do substrato acontece por enzimas que agem com a contribuição das ligações fortes:
- Catálise ácido-base: Envolve aminoácidos ácidos (com CO2 ou OH na cadeia lateral – glu, asp, cys, ser, tyr) e básicos (com grupo amina na cadeia lateral – lys, arg, his). Transferência de prótons entre E e S (protonam ou desprotanam o substrato).
- Catálise covalente: Envolve aminoácidos nucleófilos (que atacam o eletrófilo – cys, ser). Ocorre a formação de uma ligação covalente transitória entre E e S. Os elétrons do enxofre (cys) e do oxigênio (ser) fazem o ataque nucleofílico, atacando um substrato eletrófilo.
- Catálise por íon metálico (cofator): íons ligados fortemente a enzimas contribuem para a orientaçãodo substrato e para a estabilização dos estados de transição carregadas (a presença de um íon orienta o substrato no sentido da catálise).
Interações fracas: Ocorrem ligações intermoleculares (lig H, interções de London) através dos grupos R do substrato que estabilizam, principalmente, o estado de transição; diminui o estado de transição. Contribuição das interações fracas: 
- Energia livre de ligação: é a somatória das energias de toda conversão substrato-produto, desde o início (quando começa a formar as ligações) até o final das ligações fracas.
Mecanismos de interação enzima-substrato:
- Modelo chave-fechadura: Supõe que há um alto grau de complementaridade (semelhança) entre o substrato e o sítio catalítico, mas, caso houvesse essa complementaridade, a estabilidade do complexo ES seria muito alta e ele não se separaria; sua energia livre (∆G) seria menor que a ∆G do produto. Esse modelo pode ser enganador quando aplicado à catálise enzimática. Uma enzima totalmente complementar ao seu substrato seria uma enzima muito pobre. Uma enzima desse tipo impede a reação, porque estabiliza o substrato ao invés de desestabilizá-lo. 
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- Modelo do ajuste induzido: A ligação do substrato induz uma mudança conformacional na enzima, que resulta no encaixe complementar; a enzima é complementar ao estudo de transição, estabilizando-o; ∆Gs ≈ ∆Ges > ∆Gp Esses movimentos podem afetar uma pequena parte da enzima nas proximidades do sítio ativo ou podem envolver mudanças no posicionamento de domínios inteiros da enzima. O ajuste induzido serve para levar grupos funcionais específicos da enzima para uma posição apropriada para catalisar a reação. As mudanças conformacionais também permitem a formação de ligações fracas adicionais no estado de transição. 
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Ex: hexocinase (relacionada a retirada e adição de P) sem e com substrato
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hexocinase na ausência do				hexocinase com substrato: substrato		 						extremidades se aproximam 
			devido à presença do substrato 
(D-glicose), promovendo uma 
alteração conformacional