Enzimas

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 Enzimas
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Enzimas
Definição
	São proteínas globulares solúveis sintetizadas pelos organismos vivos que atuam como Catalisadores biológicos dos tecidos vivos, atuando na aceleração da velocidade de inúmeras reações metabólicas. Estas seriam incompatíveis com as necessidades fisiológicas se ocorressem na ausência de enzimas.
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Importância das Enzimas
Manutenção da vida celular, a qual depende de inúmeras reações metabólicas.
Biocatalisadores
regulam as velocidades de todos os processos fisiológicos
Reações Metabólicas
Ocorrer em velocidade adequada
Altamente específicas
Garantir a adequada produção e remoção de metabólitos
Insuficiência enzimática = PATOLOGIAS
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Estados patológicos
Enzimas do ciclo da uréia
Lesão tecidual grave
 Cirrose Hepática
Prejudica a síntese de enzimas pelo tecido
 Amônia
(tóxica para o organismo) 
 Uréia
(não tóxica)
COMA HEPÁTICO
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Estados patológicos
Doenças Genéticas 
Incapacidade ou capacidade parcial 
de sintetizar enzimas
Sintomatologia 
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Enzimas
Processos 
Fisiológicos
Ocorram de modo ordenado
 Homeostasia
As enzimas podem ser reguladas:
	- expressão celular
	- ativação e inativação
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Enzimas
Catalisadores de reações nos sistemas biológicos
Grande eficiência catalítica 
Alto grau de especificidade por seus substratos
Funcionam 
em soluções aquosas
em pH e temperaturas fisiológicas
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Enzimas
Composição
 Quase todas as enzimas conhecidas são de natureza protéica.
1.1 Coenzima
 Também denominada de cofator ou grupo prostético, refere-se a qualquer composto de natureza não - protéica, geralmente íons metálicos ou vitaminas, os quais são necessários para que conjuntamente com a enzima, esta possa exercer seu poder de catálise. 
* Exceção: Ribozima (Molécula de RNA - Ac.Nucléico)
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Enzimas 
Proteínas
Ribozimas
RNAs
Simples
Conjugadas
Holoenzima
Apoenzima
Cofator + apoenzima
Estrutura 
Enzimática
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Enzimas
1.1. Composição
Holoenzima: Refere-se a enzima mais seu cofator
Apoenzima: Refere-se apenas a porção protéica
Coenzima: Refere-se a porção não protéica
A apoenzima na ausência do cofator não apresenta atividade enzimática 
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Enzimas - Cofatores
Porção protéica
APOENZIMA
Cofator
Moléculas orgânicas ou inorgânicas que condicionam a atividade das enzimas
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Coenzimas
Exemplos de Coenzimas:
 Transaminases (Contém piridoxina Vit B6)
 FAD - (Contém riboflavina Vit B2)
 Zinco - Grupamento prostético da anidrase carbônica
A necessidade da ingestão diária de minerais e vitaminas refletem em parte as necessidades enzimáticas.
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Enzimas
2. Sítio Ativo
Corresponde a uma região pequena e bem definida
Formado por resíduos de aa, provenientes do dobramento da cadeia para originar a estrutura terciária.
Para que ocorra a catálise, o sítio ativo deve encaixar-se perfeitamente com o seu substrato, de uma forma capaz de estabelecer ligações* com os radicais de aa contidos no interior da enzima.
O ajuste ideal entre a enzima-substrato é suficiente para alterar a estrutura conformacional da enzima ou de seu substrato e assim permitir a reação. 
* Pontes de hidrogênio; Ligações eletroestáticas, Interação hidrofóbica, entre resíduos de aminoácidos da Enzima e regiões do Substrato
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Enzimas
As enzimas formam um complexo com o(s) substrato(s) durante a catálise, antes de liberar o(s) produto(s). 
Isto pode ser ilustrado pelas equações:           
 E + S E S E + P
E - Enzima
S - Substrato(s)
ES - Complexo Enzima -Substrato
P – Produto(s)
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Enzimas
Substratos
Complexo ES (Enzima-Substrato)
Ligação Sítio Ativo
Chave-fechadura
Encaixe induzido
Liberação do Produto 
 +
 Enzima inalterada
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SÍTIO ATIVO
Modelo: Chave-fechadura
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Enzimas Ligação da enzima ao substrato 
 Modelo 
Chave-Fechadura
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SÍTIO ATIVO
Modelo: Encaixe-induzido
ENZIMA
ENZIMA + SUBSTRATO
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Alteração conformacional da hexoquinase induzida pela glicose
Bennett, W.S.Jr and Steitz, T.A. J.Mol. Biol. 140: 211,1980.
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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
 
Enzimas
Nomenclatura
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Enzimas
Nomenclatura
 
 Classificada em 6 categorias de acordo com a função principal que realiza.
Algumas enzimas entretanto utilizam a denominação pela qual ficaram conhecidas, em razão do nome científico ser inconveniente para o uso em geral. 
Exemplo: Glicogênio sintase (catalisa a glicogênese)
ou
 UDP glicose: glicogênio 4--D glicosiltransferase
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Enzimas
Localização
 
Normalmente estão localizadas na célula, veiculadas a organelas específicas nas quais catalisam importantes reações químicas.
Mitocôndria 
Ciclo TCA
Oxidação de AG
Descarboxilação do piruvato
Núcleo 
Síntese de DNA e RNA
Citosol 
Glicólise
Síntese de AG
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Enzimas
Localização
 
Extracelular (plasma/lúmem intestinal): Neste caso as enzimas são secretadas da célula para o meio, sobre a forma de precursores inativos, denominados de zimogênio.
Zimogênio 
Enzima ativa 
Remoção de segmentos de aa. 
Hidrólise de algumas ligações peptídicas
Organização de um sítio ativo
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Ativação da Quimiotripsina
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Enzimas
Propriedades
 
Eficiência catalítica
 Reações catalisadas por enzimas acontecem 100 vezes mais rápido do que as não catalisadas.
 
Especificidade enzimática
 O nível de especificidade varia com a enzima, desta forma podemos ter:
 1. Enzimas que são específicas para um único substrato;
 2. Enzimas que podem reagir com + de um substrato. 
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Enzimas
Especificidade enzimática
 Enzimas específicas para um único substrato:
Lactase  Hidrólise da lactose 
Urease  Hidrólise da uréia
Catalase  Hidrólise do peróxido de hidrogênio
Tripsina*  Hidrólise de lig. Peptídicas da lis ou arg.
Pepsina*  Hidrólise de lig. Peptídica dos aaa.
* Enzimas proteolíticas
 Enzimas que podem reagir com + de um substrato:
Hexoquinase  Enzima envolvida no metabolismo dos carboidratos, promove a fosforilação de moléculas de glicose e frutose. 
 
 
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Comparação entre a hidrólise de vários substratos por:
Catalisador Inorgânico e Enzima
Enzimas- Especificidade
Hidrólise catalisada pelo 
HCl a quente
Proteínas  Aminoácidos
Triacilgliceróis  Glicerol + 
 ác. Graxos
Glicogênio  Glicose
Hidrólise catalisada por uma 
enzima específica para 
o glicogênio
Proteínas  Inalteradas
Triacilgliceróis  Inalterados
Glicogênio  Glicose +
 Maltose +
 Oligossacarídeos 
 ramificados
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Especificidade Enzimática
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Como ocorre as reações químicas ? 
“Teoria da Colisão”
 Para que uma reação tenha início deve-se obedecer alguns critérios:
1. É necessário que as moléculas presentes em solução entre em colisão;
2. Esta colisão deve ser suficiente para permitir que as moléculas adquiram um mínimo de energia para chegar ao estado de transição;
3. O estado de transição corresponde a formação de um composto intermediário, com energia maior que o substrato e o respectivo produto que será formado.
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4. A energia necessária para levar as moléculas até o seu estado de transição é denominada: 
ENERGIA DE ATIVAÇÃO.
5. A velocidade da reação será proporcional ao número de moléculas com energia igual ou superior ao estado de transição.
Enzimas
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Enzimas
Função enzimática:
 A velocidade das reações através  da energia de ativação.
 
A redução da energia de ativação é conseguida, mediante a formação de um complexo enzima-substrato, o qual altera a estrutura
conformacional da molécula, fazendo com que esta alcance o estado de transição necessário para a conversão ao produto. 
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Enzimas
 Energia de Ativação 
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Enzimas
 Energia de Ativação 
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Enzimas
Fatores que interferem na atividade enzimática
 
Temperatura – Elevação favorece as reações, desde que a estrutura conformacional da enzima seja mantida.
Acima de 50- 55ºC a maioria das enzimas desnaturam, com perda do poder de catálise;
Em baixas temperaturas normalmente não ocorre reações enzimáticas
 Efeitos da temperatura sobre as enzimas:
 Mais preocupante em microorganismos, vegetais e animais inferiores do que no homem.
 
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Enzimas
Fatores que interferem na atividade enzimática
 
pH - A maioria das enzimas exercem sua função catalítica dentro de uma faixa de pH considerada ideal, ou seja ótimo.
Pepsina (pH = 1,5) - Estômago
Tripsina (pH = 7,8) - Intestino delgado
Amilase salivar (pH  7) - Boca
 Efeitos do pH sobre a enzima:
 1. Podem ocasionar protonação ou desprotonação dos radicais presentes no sítio ativo comprometendo a ligação com o substrato. 
 2. Extremos de pH podem levar a desnaturação ;
 Desnaturação cursa com perda da função enzimática 
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Relação do pH com a velocidade enzimática
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Enzimas
Inibidores Enzimáticos
 
Irreversíveis: Reagem com a enzima tornando-a inativa para reagir com o substrato.
Reversíveis
Competitivos – Competem com o substrato pelo mesmo sítio ativo, sendo assim não existe a formação do complexo ES e menor quantidade de enzima vai estar disponível para catálise.
Não competitivos – Não competem pelo sítio ativo, mas ligam-se a radicais de aa localizados na enzima promovendo alterações na sua conformação que inviabiliza a catálise. 
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Inibidores Irreversíveis
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Inibidores Reversíveis –
Inibidores Competitivos
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Inibidores Reversíveis –
Inibidores não-competitivos
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Inibidores Competitivos 
Substrato
Inibidor
Uso de inibidores enzimáticos
AIDS: Utiliza-se inibidores de uma das enzimas fundamentais do vírus do HIV que é uma protease. Esta protease é uma enzima essencial para a produção de novas partículas virais nas células infectadas.
Inibidores COMPETITIVOS das proteases do vírus HIV:
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Enzimas
Resumo
 
Enzimas em sua grande maioria são constituídas de proteínas dotadas de imenso poder catalítico;
A função enzimática consiste em diminuir a energia necessária para atingir o estado de transição, acelerando desta forma a velocidade das reações, sem contudo ser consumida pela reação;
Enzimas são dotadas de imenso poder catalítico e de alta especificidade;
A atividade enzimática depende de pH e temperatura adequada, fatores cujos valores mudam de acordo com a enzima;
Uma enzima pode ter sua atividade inibida por alguns tipos de compostos. 
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