ENZIMAS I II

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ENZIMAS I e II
BIOQUÍMICA MÉDICA
1º PERÍODO DE MEDICINA
PROF. TANIA MOUÇO
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SUMÁRIO DA AULA
Introdução 
Marcos históricos 
Conceitos 
Características Gerais 
Classificação e Nomenclatura 
Fatores que Influenciam a Atividade Enzimática 
Inibidores enzimáticos
Aplicações das enzimas – uso industrial e na medicina 
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INTRODUÇÃO
Definição
Catalisadores biológicos
Longas cadeias de pequenas moléculas chamadas aminoácidos
Função
Proteínas especializadas na catálise de reações biológicas
Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS (globulares, de estrutura terciária).
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MARCOS HISTÓRICOS
Catálise biológica  início séc. XIX
digestão da carne: estômago
digestão do amido: saliva
Eduard Buchner (1897)
	O açúcar podia ser fermentado até álcool por extratos de levedo (Louis Pasteur catalisada por “fermentos” = enzimas)
James Sumner (1926)
Isolou e cristalizou a urease (cristais eram de proteínas)
Postulou que “todas as enzimas são proteínas”
Década de 50 – séc. XX
75 enzimas  isoladas e cristalizadas;
Ficou evidenciado caráter protéico.
Atualmente são conhecidas mais de 2000 enzimas
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Características Gerais
Apresentam alto grau de especificidade
São produtos naturais biológicos
São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações (108 a 1011)
Reduzem a energia de ativação
Necessitam de condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do solvente e força iônica. 
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ESTRUTURAS
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ENZIMAS – COFATORES
 Enzimas que contêm ou necessitam de ofatores
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ENZIMAS – COENZIMAS
 Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis
 Classificam-se em:
	- transportadoras de hidrogênio
	- transportadoras de grupos químicos
 Transportadoras de hidrogênio
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ENZIMAS – COENZIMAS
 Transportadoras de grupos químicos
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CO-ENZIMAS: 
Niacina – B3 e NAD
Nicotinamida
Ácido Nicotínico 
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Riboflavina - B2 e FAD
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Coenzima: Tiamina (B1) e Tiamina Pirofosfato 
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Piridoxina – B6 e coenzimas
Piridoxal Fosfato
Piridoxamina
Piridoxina
Piridoxal
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ISOENZIMAS OU ISOZIMAS
Diferem na sequência de aminoácidos, mas catalisam a mesma reação bioquímica
Costumam mostrar diferentes parâmetros cinéticos (i.e. diferentes valores de KM), ou propriedades de regulação diferentes. 
Exemplos: creatina cinase total e frações –CK total e CK-BB, CK-MB CK-MM 
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ENZIMAS –NOMENCLATURA 
Século XIX 
Adição do sufixo ”ASE” ao nome do substrato: 
gorduras (lipo - grego) – LIPASE
amido (amylon - grego) – AMILASE
 Nomes arbitrários
Tripsina e pepsina – proteases
Nome sistemático (IUBMB – União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular) – 1955
Cada enzima  código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de reação catalisada:
1° dígito - classe
2° dígito - subclasse
3° dígito - sub-subclasse
4° dígito - indica o substrato
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EXEMPLO
ADP + D-Glicose-6-fosfato
ATP + D-Glicose
IUB - ATP:glicose fosfotransferase
E.C. 2.7.1.1
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: Hexocinase
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CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
Oxido-redutases
Transferases
 Hidrolases
Liases
Isomerases
Ligases
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ENZIMAS – Catalisadores
COMPONENTES DA REAÇÃO
Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO
da enzima
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SUBSTRATO - Sítio Ativo
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Aceleram reações químicas
 Ex: Decomposição do H2O2 
ENZIMAS COMO CATALISADORES
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ENZIMAS – CATALISADORES
Atuam em pequenas concentrações 
EXEMPLO
1 molécula de Catalase
 decompõe mais de
5 000 000 de moléculas de H2O2 Em pH = 6,8 em 1 min
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ENZIMAS – CATALISADORES
Número de renovação = n° de moléculas de substrato convertidas em produto por uma única molécula de enzima em uma dada unidade de tempo.
ATIVIDADE ENZIMÁTICA: 1 U “uma unidade (U) de atividade é a quantidade de enzima que catalisa a transformação de 1 micro mol de substrato ou a formação de 1 micro mol de produto por minuto”.
 (U = micro moles produto/minuto )
Atividade específica = U/mg de proteína
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ENZIMAS – CATALISADORES
Não alteram o estado de equilíbrio
Abaixam a energia de ativação;
Keq não é afetado pela enzima.
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Mecanismo da Reação
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AÇÃO ENZIMÁTICA - CATALIZADORES
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ENERGIA DAS REAÇÕES QUÍMICAS
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Mecanismos de Catálise: 
modelo chave fechadura
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Mecanismos de Catálise: 
modelo Ajuste Induzido
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ENZIMAS – 
CINÉTICA ENZIMÁTICA
 Victor Henri (1903): E + S  ES
1913 
Leonor Michaelis -Enzimologista
Maud Menten - Pediatra
E + S
K1
K-1
ES
Kp
E + P
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ENZIMAS – 
CINÉTICA ENZIMÁTICA
 Cinética Enzimática
Determinar as constantes de afinidade do S e dos inibidores;
Conhecer as condições ótimas da catálise;
Ajuda a elucidar os mecanismos de reação;
Determinar a função de uma determinada enzima em uma rota metabólica.
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ENZIMAS – 
CINÉTICA ENZIMÁTICA
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Equação Michaelis-Menten
Relação numérica: V0 é metade de Vmáx;
km = “afinidade” pelo substrato;
 Km  afinidade
 Vmáx é proporcional à [E].
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ENZIMAS – 
CINÉTICA ENZIMÁTICA
 Afinidade da enzima ao substrato.
 Km depende:
 aspectos específicos do mecanismo de reação;
 n° de passos da reação;
 velocidades relativas dos passos individuais.
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Enzimas – 
ordem da reação
Quando a formação de P for proporcional à [S] 
 a velocidade da reação é de 1a ORDEM
Quando a velocidade da reação independe da [S] a reação é de ORDEM ZERO
 [S]  [S] <<Km
v = Vmax
v = K[S]
[S]  [S]>>Km
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Equação de Michaelis-Menten
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ENZIMAS – 
MÉTODOS GRÁFICOS
Gráfico dos Recíprocos de Lineweaver-Burk
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Gráfico de Leneweaver-Burke
 Ou curva duplo-recíproca
 Descreve a velocidade da reação versus concentração de substrato com a velocidade máxima podendo ser determinada
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Conclusões sobre a cinética da Equação
O Km corresponde à concentração de substrato na qual a velocidade de reação é metade da velocidade máxima (Vmax)
Km elevado ou baixo X afinidade
Ordem da Reação: Ordem ZERO e 1ª ordem
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ALTERAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO ENZIMÁTICA
CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO
 CONCENTRAÇÃO DA ENZIMA
 TEMPERATURA
pH
PRESENÇA DE INIBIDORES
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Velocidade x Conc. Substrato
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Velocidade x Conc. Enzimas
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Velocidade x pH e Temperatura
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INIBIDORES ENZIMÁTICOS E SUA APLICAÇÃO NA MEDICINA
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ENZIMAS – 
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
 Qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática.
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ENZIMAS – 
INIBIÇÃO COMPETITIVA
 Inibidor competitivo concorre com o S pelo sitio ativo da E livre.
 I  análogo não metabolizável, derivado de um S verdadeiro, S substituto da E ou um P da reação.
Km aparente 
da enzima
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ENZIMAS – 
INIBIÇÃO COMPETITIVA
1- sem inibidor
2- com inibidor na concentração [I1] 
3- com inibidor na concentração [I2] > [I1]
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ENZIMAS – 
INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA
 Inibidor não-competitivo se liga reversivelmente, aleatória e independentemente em um sítio que lhe é próprio. 
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ENZIMAS – 
INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA
1- sem inibidor
2- com inibidor na concentração [I1] 
3- com inibidor na concentração [I2] > [I1]
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ENZIMAS – 
INIBIÇÃO INCOMPETITIVA
1- sem inibidor.
2- com inibidor na concentração [I1] 
3- com inibidor na concentração [I2] > [I1]
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ENZIMAS – 
INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL
 I se combina com um grupo funcional, na molécula da E, que é essencial para sua atividade.
Podem promover a destruição do grupo funcional
 Forma-se uma ligação COVALENTE entre o I e a E.
 Vmax   parte da E é completamente removida do sistema e Km permanece a mesma.
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ENZIMAS – 
ENZIMAS REGULATÓRIAS
 Não obedecem a cinética de Michaelis-Menten.
 Controlam a etapa limitante em uma cadeia de reações enzimáticas.
 Tem sua atividade catalítica aumentada ou diminuída em resposta a determinados sinais, moléculas sinalizadoras (pequenos metabólicos ou cofatores).
 Classes de enzimas reguladoras:
 Enzimas alostéricas;
 Enzimas reguladas pela modificação covalente reversível.
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ENZIMAS – 
ENZIMAS REGULATÓRIAS
 Enzimas alostéricas
Funcionam através da ligação não-covalente e reversível de um metabólito regulador chamado modulador;
Moduladores podem ser inibidores ou ativadores;
São maiores e mais complexas, possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas.
 Enzimas reguladas pela modificação covalente reversível
Grupos químicos são ligados covalentemente e removidos da enzima reguladora por enzimas ≠, podem ser: fosfato, adenosina monofosfato, grupos metil, etc.
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APLICAÇÃO DAS ENZIMAS
Aplicações médicas
Aplicações analíticas
Kits para titulações e imunoensaios.
Biossensores: 
Imobilização de colinesterase e anticorpos sobre cristal piezelétrico utilizadas na detecção de pesticidas organofosforados;
Reatores para análise cromatográfica
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
Permitem às indústrias usarem processos mais econômicos, diminuindo o consumo de energia e recursos; mais confiáveis e que poluem menos. 
São eficientes; 
Muito específicas;
Permite produção segura e ambientalmente amigável. 
Origem vegetal
Origem animal 
Origem microbiana