Bioquimica 7a aula

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Márcia Soares
ENZIMAS
Introdução
DNA Polimerase Protease HIV
Márcia Soares
Enzimas
Importância Biomédica
• Célula de mamífero: > 50% da proteínas 
são enzimas
• Biocatalisadores
– regulam as velocidades de todos os 
processos fisiológicos
• Aumentam a velocidade das reções
• São específicos
• Agem em condições brandas
• Papel fundamental na saúde e na 
doença
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Márcia Soares
Saúde
Enzimas
Processos 
Fisiológicos
Ocorram de modo ordenado Homeostasia
Equilíbrio interno 
do organismo
Márcia Soares
Enzimas - Histórico
Por volta de 1850 
Louis Pasteur - concluiu que: 
açúcar  álcool pela levedura
era catalisada por “fermentos” 
inseparáveis da estrutura das células vivas 
do levedo
FERMENTAÇÃO
“Fermentos” foram posteriormente 
denominados de ENZIMAS
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Márcia Soares
Enzimas - Histórico
Pasteur (± 1850)

“fermentos” eram inseparáveis das células

Eduard Buchner (1897)
Extratos de levedo (livre de células)
Prêmio Nobel de Química em 1907
AÇÚCAR fermentação ÁLCOOL
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Enzimas - Histórico
• Todas as enzimas são proteínas, com exceção de um pequeno 
grupo de moléculas de RNA catalítico (J. Sumner, 1926)
• Necessitam de sua estrutura primária, secundária, terciária e 
quaternária para a catálise (J. Haldane, 1935)
• Algumas necessitam de outros grupos químicos além da cadeia 
lateral de seus aminoácidos para a catálise: cofatores e 
coenzimas.
• Início do Século XX 
75 enzimas  isoladas e cristalizadas
• Atualmente
– + de 2000 enzimas são conhecidas
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Enzimas - Nomenclatura
No século XIX - poucas enzimas identificadas
• Adicionava-se sufixo ASE ao nome do substrato
– enzima que hidrolisam 
• gorduras (lipo - grego) - LIPASE
• amido (amylon - grego) - AMILASE
• proteínas – PROTEASE
• Nomes arbitrários
• Tripsina e pepsina - proteases
• Catalase - Intermedia a conversão: 2H2O2  2H2O + O2 
Márcia Soares
Enzimas - Nomenclatura
• No século XX – aumento da quantidade de 
enzimas descritas
• Nomenclatura existente se tornou ineficaz
• IUBMB - Internacional Union of Biochemistry 
and Molecular Biology adotou um novo 
sistema de nomenclatura e classificação
– mais complexo
– sem ambigüidades
– baseado no mecanismo de reação
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Enzimas - Classificação
N0 Classe Tipo de reação catalisada 
1 Oxirredutases Transferência de elétrons 
(íons hidreto ou átomos H) 
2 Transferases Reações de transferência de grupos 
3 Hidrolases Reações de hidrólise 
4 Liases Adição de grupos em ligas duplas ou 
remoção de grupos com a formação de 
ligas duplas 
5 Isomerases Transferência de grupos dentro da mesma 
molécula para formar isômeros 
6 Ligases Formação de ligações C-C, C-S, C-O, C-N 
pelo acoplamento da clivagem do ATP 
 
Márcia Soares
Enzimas - Classificação
 
AH2 + B A + BH2 
 
Exemplo Ácido Lático Desidrogenase 
 
 
COOH NADH NADox COOH 
   
CO H-C- OH 
   
CH3 CH3 
 
Ácido Pirúvico Ácido Lático 
1. Oxirredutases – transferência de elétrons
Lactato desidrogenase
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Enzimas - Classificação
Exemplo: Hexoquinase
2. Transferases
transferência de grupos
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Enzimas - Classificação
3. Hidrolases - reações de hidrólise 
Exemplo: Quimiotripsina
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Márcia Soares
Enzimas - Classificação
4. Liases –
adição ou remoção 
de grupos (H2O, 
NH4
+, CO2).
Ex: Fumarase
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Enzimas - Classificação
5. Isomerase – transferência de grupos dentro da mesma 
molécula, formação de isômeros
Triose Phosphate
Isomerase
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Enzimas - Classificação
6. Ligases – reações de síntese com consumo de ATP
Exemplo: Piruvato carboxilase
Márcia Soares
Voltando à Nomenclatura
• Sistema Oficial IUBMB  nome sistemático
• Cada enzima - no de código (E.C.- Enzyme
Comission) com 4 dígitos que caracterizam o
tipo de reação
• 1o dígito - classe
• 2o dígito - subclasse
• 3o dígito - sub-subclasse
• 4odígito - indica o substrato
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Enzimas - Nomenclatura
ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato
IUBMB - ATP:glicose fosfotransferase
E.C. 2.7.1.1
2 - classe - transferase
7 - sub-classe - fosfotransferase
1 - sub-subclasse - fosfotransferase que utiliza grupo
hidroxila como receptor
1 - indica ser a D-glicose o aceptor do grupo fosfato
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Enzimas
Proteínas especializadas
Aceleram reações químicas
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Enzimas
Características Gerais
1 Catalisadores de reações nos sistemas 
biológicos
2 Grande eficiência catalítica 
3 Alto grau de especificidade por seus 
substratos
4 Funcionam 
• em soluções aquosas
• em pH e temperaturas fisiológicas
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Enzimas 
Proteínas
Ribozimas
RNAs
SimplesConjugadas
Holoenzima
ApoenzimaCofator + apoenzima
Estrutura 
Enzimática
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Enzimas
• Com exceção de um pequeno grupo de
moléculas de RNA que possuem
atividade enzimática e são chamadas
de RIBOZIMAS, todas as enzimas são
PROTEÍNAS
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Enzimas
Catalisadores
Aumentam a velocidade das reações
Atuam diminuindo a energia de ativação
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Energia de ativação 
Todas as reações expontâneas tendem 
a proceder na direção que diminui a 
energia livre dos participantes (G < 0). 
Contudo, mesmo nesta direção, a 
reação pode não acontecer 
rapidamente. 
Poucas moléculas possuem a energia 
suficiente para ultrapassar a barreira 
energética e alcançar o estado de 
menor energia.
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Enzimas
• A velocidade da reação depende da energia de ativação
• Quanto maior a barreira menor a velocidade
• As enzimas apenas diminuem a energia de ativação 
necessária para que a reação ocorra. 
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Representação esquemática das alterações de energia que 
acompanham a formação do complexo ES, do estado de 
transição e a liberação do produto da reação 
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Enzimas
Componentes da Reação Enzimática
E + S E S E + P
E - Enzima
S - Substrato(s)
ES - Complexo Enzima -Substrato
P – Produto(s)
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Enzimas
Componentes da Reação Enzimática
E + S E S P + E
Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO
da enzima
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Ligando-se ao substrato :
Através de interação hidrofóbica, pontes de hidrogênio, ligações iônicas, que 
orienta espacialmente a molécula. 
Mecanismo de ação enzimática
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Enzimas - Via Metabólica
Substrato inicial
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Enzimas
Substratos
Complexo ES (Enzima-Substrato)
Ligação Sítio Ativo
Liberação do Produto
+
Enzima inalterada
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Enzimas
Centro Catalítico / Sítio Ativo 
•Região da molécula enzimática que 
participa da reação com o substrato
•Pode possuir componentes não protéicos
• cofatores
•Possui aminoácidos auxiliares e de contato
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Sítios de ligação
• Sítios catalíticos 
frequentemente 
ocorrem em
– Cavidades
– Fendas
– interfaces
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Geometria do sítio ativo
• A posição dos grupos 
reativos no sítio ativo é 
otimizada para interagir 
com o substrato
– Especificidade depende do 
ajuste do substrato dentro do 
sítio ativo
– Constante de dissociação → 
10-3 a 10-9 M
• Interação eletrostática Sítioativo
Sítio ativo
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Quimotripsina
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Dihidrofolato redutase
tetrahidrofolato
NADP+
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Coenzimas
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Vitamina A
Derivada do hidrocarboneto -caroteno
Função essencial na visão
Márcia Soares
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Vitamina D
Derivada do colesterol pela ação da radiação 
UV.
Papel essencial na regulação do metabolismo 
do cálcio e do fósforo.
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Vitamina E
Antioxidante – reage e remove substâncias bastantes reativas e altamente 
perigosas conhecidas como radicais livres.
Os radicais livres podem ter papel importante no desenvolvimento do câncer e 
no envelhecimento
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Vitamina K
Fator importante no processo de coagulação do sangue
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Cofatores
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Enzimas
Ligação da Enzima ao Substrato
2 modelos propostos:
• Chave-Fechadura
• Ajuste Induzido
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Enzimas 
Ligação da enzima ao substrato
Modelo 
Chave-Fechadura
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Modelo Encaixe Induzido
Modelo Encaixe Induzido combinado com a tensão do substrato
Enzimas
Modelos de ligação da enzima ao 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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Ajuste induzido da 3-fosfoglicerato quinase
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Enzimas – Propriedades
– Aceleram as reações
– Não alteram o equilíbrio das reações 
– Não são consumidos na reação
– Atuam em pequenas concentrações
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Enzimas - Propriedades
- Aceleram reações químicas
Condições da Reação Energia livre de Ativação
kJ/mol kcal/mol
Velocidade
Relativa
Sem catalisador
Platina
Enzima Catalase
75,2 18,0
48,9 11,7
23,0 5,5
1
2,77 x 104
6,51 x 108
Decomposição do H2O2
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Enzimas - Propriedades
- Aceleram reações químicas
Comparação entre algumas reações enzimáticas catalisadas e não catalisadas
Enzima Não ezimática
kn(s
-1)
Enzimática
kcat(s
-1)
kcat/kn
Ciclofilina 2,8 x 10-2 1,3 x 104 4,6 x 105
Anidrase carbonica 1,3 x 10-1 106 7,7 x 106
Quimotripsina 4 x 10-9 4 x 10-2 107
Triosfosfato isomerase 6 x 10-7 2 x 103 3 x 109
Fumarase 2 x 10-8 2 x 103 1011
Adenosina deaminase 1,8 x 1010 370 2,1 x 1012
Urease 3 x 10-10 3 x 104 1014
Fosfatase alcalina 10-15 102 1017
ODCase 2,8 x 10-16 39 1,4 x 1017
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Enzimas - Propriedades
-Não alteram o estado de equilíbrio
A + B  C + D
Constante de equilíbrio: Keq=[C][D]/[A][B]
Caminho da Reação
Energia de ativação sem enzima
S
P
Energia de ativação com enzima
Diferença entre
a energia livre 
de S e P
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Enzimas - Propriedades
- Não são consumidos na reação
H2O2 H2O O2+
Catalase
E + S E + PES
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Enzimas - Propriedades
- Atuam em pequenas concentrações
1 molécula de Catalase
decompõe
5 000 000 de 
moléculas de H2O2
pH = 6,8 em 1 min
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Comparação entre a hidrólise de vários substratos por:
Catalisador Inorgânico x Enzima
Enzimas- Especificidade
Hidrólise catalisada por HCl quente
Proteínas  aminoácidos
Triacilgliceróis  glicerol + 
ác. graxos
Glicogênio  glicose
Hidrólise catalisada pela enzima 
específica para o glicogênio (amilase)
Proteínas  Inalteradas
Triacilgliceróis  Inalterados
Glicogênio 
 Glicose + Maltose + Oligossacarídeos
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Enzimas 
Especificidade Estereoquímica
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Efeito da temperatura na atividade 
enzimática
Márcia Soares
Relação entre velocidade da reação 
e concentração de substrato
Concentração de substrato 
[S]
V
e
lo
c
id
a
d
e
 d
a
 r
e
a
ç
ã
o