Enzimas estrutura e catálise enzimática 2018

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Enzimas: Estrutura e catálise 
Enzimas: Estrutura e catálise enzimática 
Dr. Marcos Antonio Alves de Medeiros 
Enzimas: Estrutura e catálise 
Objetivos de Aprendizagem 
• Descrever os conceitos de enzima, sítio ativo, eficiência 
catalítica, especificidade, holoenzimas. 
 
• Compreender princípios gerais das reações enzimáticas. 
 
• Relacionar como fatores físicos, químicos e inibidores 
afetam as reações enzimáticas. 
 
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INTRODUÇÃO 
• As enzimas foram descobertas no século XIX 
• Em 1850, Louis Pasteur, que concluiu que a 
fermentação do açúcar em álcool pela levedura é 
catalisada por “fermentos”. 
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INTRODUÇÃO 
• As enzimas são substâncias orgânicas, de 
natureza normalmente proteica, com atividade 
biocatalisadoras. 
 
• Todas apresentam alto grau de especificidade 
para seus substratos e aceleram reações químicas 
em pH e temperatura compatível com a vida. 
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INTRODUÇÃO 
• Função: 
– Viabilizar a atividade das células, quebrando 
moléculas ou juntando-as para formar novos 
compostos. 
 
Com exceção de um pequeno grupo de moléculas 
de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de 
RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS. 
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ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL 
RNA 
Estrutura 
Enzimática 
Ribozimas 
Se covalente 
Apoenzima ou 
Apoproteína 
Grupo Prostético 
Holoenzima 
Co-fator 
Coenzima 
Proteína 
Pode ser: 
• íon inorgânico 
• molécula orgânica 
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ORGANIZAÇÃO ESTRUTURA 
(fonte: LEHNINGER, 2010) 
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CARACTERÍSTICAS GERAIS 
•Apresentam alto grau de especificidade; 
•São produtos naturais biológicos; 
•São altamente eficientes, acelerando a velocidade das 
reações (107 a 1014 + rápida),como na anidrase carbônica e 
urease; 
•São econômicas, reduzindo a energia de ativação; 
•Condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do 
solvente e força iônica. 
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 - Adição do sufixo ”ASE” ao nome do substrato: 
 Ex. 
 * gorduras (lipo - grego) – LIPASE 
 * amido (amylon - grego) – AMILASE 
 
 - Descrição da ação + ase 
Ex. lactato desidrogenase 
 - De acordo com a origem 
 Ex. tripsina, pepsina 
 
 
 
NOMENCLATURA 
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1955 - Comissão de Enzimas (EC) da União Internacional de 
Bioquímica (IUB)  classificou em seis classes. 
CLASSIFICAÇÃO 
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COMO AS ENZIMAS TRABALHAM? 
 
 
 E + S E S E P P + E 
Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO 
da enzima 
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COMO AS ENZIMAS TRABALHAM? 
Atuam em pequenas concentrações 
1 molécula de Catalase 
 decompõe 
5 000 000 de moléculas 
de H2O2 
pH = 6,8 em 1 min 
Número de renovação = n° de moléculas de substrato 
convertidas em produto por uma única molécula de enzima em 
uma dada unidade de tempo. 
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O QUE AS ENZIMAS ALTERAM? 
(fonte: LEHNINGER, 2010) 
ϏT 
V = e- ∆G /RT 
h 
 
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MECANISMO DE CATÁLISE 
• Catálise ácido-base geral 
– Transferência de prótons 
 
• Catálise covalente 
– Formação de lig. covalente 
transitória entre E e S 
• Ativação do substrato 
 
• Catálise por íons metálicos 
– Estabilizam estados de transição 
– 1/3 das enzimas conhecidas usam íons metálicos 
nas reações catalíticas 
 
• Enzimas muitas vezes usam as três 
estratégias de catálise em conjunto -- 
quimiotripsina 
(f
o
n
te
: 
L
E
H
N
IN
G
E
R
, 
2
0
1
0
) 
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 Victor Henri (1903): E + S  ES 
 
 1913 
Leonor Michaelis -Enzimologista 
Maud Menten - Pediatra 
E + S 
K1 
K-1 
ES 
Kp 
E + P 
Etapa rápida Etapa lenta 
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
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EQUAÇÃO DE MICHAELIS-MENTEN 
E + S E S P + E 
K1 
 
 
K-1 
K2 
 
 
 
 
 
Cinética do estado estacionário 
 
 
Vmax [S] 
• V0 = 
 (K2 + K-1 ) /K1 + [S] 
 
 
 
Vmax [S] 
• V0 = 
KM + [S] 
 
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1. Condições do meio que afetam a estabilidade 
protéica 
• pH 
• temperatura 
 
 
2. Condições que afetam a concentração dos 
reagentes 
• da enzima 
• do substrato 
• presença de inibidores 
FATORES QUE AFETAM A ATIVIDADE 
ENZIMÁTICA 
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Condições do meio que afetam estabilidade protéica: 
FATORES QUE AFETAM A ATIVIDADE 
ENZIMÁTICA 
Fonte: ANDEÓN, 2008 
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INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 
 Inibidores enzimáticos são substâncias que 
interferem na atividade das enzimas, bloqueando o 
processo catalítico. 
 INIBIDORES 
 
 
 REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS 
 
 
COMPETITIVOS NÃO-COMPETITIVA 
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Inibição da atividade enzimática 
• Inibidor enzimático como fármacos 
• Antibióticos (sulfonamidas) 
• competem com o ácido p-aminobenzóico necessário para o 
crescimento bacteriano 
• Captopril, enalapril 
• inibidor competitivo da Enzima Conversora de Angiotensina I (ECA) 
atuando como diurético 
• Ácido acetilsalicílico (AAS) 
• cicloxigenases (COX) é um fármaco do grupo dos anti-inflamatórios 
não-esteroides (AINE) 
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Captopril 
 
INIBIÇÃO COMPETITIVA 
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INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL 
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ENZIMAS REGULATÓRIAS 
• Possui atividade catalítica 
aumentada ou diminuída em 
resposta a certos sinais 
• Ajustes na velocidade da via 
metabólica permite que as células 
se adaptem a condições em 
variação 
 
• Tipos mais comuns 
• Enzimas alostéricas (ligações 
reversíveis a compostos); 
• Modificações covalentes; 
• Ativadas por remoção de 
segmentos peptídicos (proteólises). 
 
(fonte: STRYER, 2011) 
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ENZIMAS NO DIAGNÓSTICO CLÍNICO 
• Enzimas: 
• intracelulares 
• extracelulares 
• Lesão tecidual 
• enzimas intracelulares 
• no plasma sanguíneo 
• Alanina aminotransferase (ALT) 
• Fígado 
• ALT no plasma: lesão hepática 
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ENZIMAS NO DIAGNÓSTICO CLÍNICO 
• Lesão tecidual 
• creatinina cinase (CK) 
• lactato desidrogenase (LDH) 
• transaminase glutâmico oxalacética (TGO) 
• fosfatase ácida 
• glicose 6-P-desidrogenase 
• Coração 
• CK, LDH e TGO no plasma: infarto do miocárdio 
• Prostata 
• fosfatase ácida: câncer de prostata 
• Eritrócito 
• glicose 6-P-desidrogenase: doença genética 
 
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• Os EIM (erros inatos do metabolismo) embora tidos como raros, são na verdade, 
pouco conhecidos e pouco diagnosticados, e compreendem mais de 700 
distúrbios, a maioria deles relacionados à síntese, degradação, transporte e 
armazenamento de moléculas no organismo. Os EIM apresentam uma incidência 
cumulativa estimada em 1:1000 recém-nascidos vivos. A incidência e a 
frequência de doenças individuais variam baseadas na composição racial e 
étnica da população e nos níveis de investigação dos programas de triagem 
neonatal disponíveis. Estes distúrbios são hereditários e as alterações ocorrem 
ao nível molecular, causando ausênciade síntese de uma enzima, síntese de 
enzima com atividade deficiente, que pode ser de diversos graus, ou ainda a 
destruição exagerada de uma enzima normalmente sintetizada levando ao 
bloqueio de diversas vias metabólicas. Esse bloqueio, além de induzir o acúmulo 
de substâncias tóxicas e/ou falta de substâncias essenciais, pode gerar 
problemas no desenvolvimento físico e mental dos pacientes. Você conhece 
alguma dessas doenças? Acesse o site e conheça algumas delas: 
• http://meuanjogabriela.com.br/wp-content/uploads/2012/10/Cartilha-EIM.pdf 
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1) Quais das seguintes afirmativas estão corretas? Explique suas respostas. 
A. O sítio ativo de uma enzima geralmente ocupa apenas uma pequena fração da 
superfície da enzima. 
B. Em algumas enzimas, a catálise envolve a formaça ̃o de uma ligação covalente 
entre a cadeia lateral de um de seus aminoácidos e a molécula de substrato. 
C. Enzimas aloste ́ricas possuem dois ou mais sítios de ligação. 
 
2) Reações enzimáticas simples geralmente ocorrem conforme a equação: 
E + S →ES → EP→E + P 
onde E, S e P sa ̃o enzima, substrato e produto, respectivamente. 
O que ES representa nessa equação? 
Por que E aparece no início e no fim da equação?