enzimas

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Enzimas
Profa Maria de Lourdes Borba Magalhaes
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Oque sao enzimas?
Image: Levels of protein structure, M Ruiz
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proteins
Enzimas são proteínas que aumentam a velocidade das reações sem modificar a constante de equilíbrio das mesmas
São catalisadores biológicos catalisando reações químicas que, sem a sua presença, dificilmente aconteceriam
Com exceção de um grupo de moléculas de RNA chamadas de ribozimas, todas as enzimas são proteínas.
Em sistemas vivos, a maioria das reacções bioquímicas dá-se em vias metabólicas, que são sequências de reacções em que o produto de uma reacção é utilizado como reagente na reacção seguinte. Diferentes enzimas catalisam diferentes passos de vias metabólicas, agindo de forma concertada de modo a não interromper o fluxo nessas vias. 
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Quanto tempo leva para estas reações acontecerem???
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ENZIMAS – CATALISADORES
Enzimas não são consumidos durante a reação
H2O2
H2O
O2
+
Catalase
E + S
E + P
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ENZIMAS – CATALISADORES
Atuam em pequenas concentrações 
1 molécula de Catalase
 decompõe
5 000 000 de moléculas de H2O2
pH = 6,8 em 1 min
kcat= 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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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.
HOLOENZIMA
Porção protéica
APOENZIMA
Grupamento 
prostético
Ativador:Íons inorgânicos que condicionam a ação catalítica das enzimas. Fe²+
Cofator
Coenzima: molécula orgânica complexa.NAD+
HOLOENZIMA
Porção protéica
APOENZIMA
Grupamento 
prostético
Ativador:Íons inorgânicos que condicionam a ação catalítica das enzimas. Fe²+
Cofator
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ENZIMAS – COFATOR
 Algumas enzimas que contêm ou necessitam de elementos inorgânicos como cofatores
ENZIMA
COFATOR
PEROXIDASE
Fe+2ou Fe+3
CATALASE
CITOCROMO OXIDASE
Cu+2
ÁLCOOL DESIDROGENASE
Zn+2
HEXOQUINASE
Mg+2
UREASE
Ni+2
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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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ENZIMAS – 
LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO
Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das enzimas originou  Chave-Fechadura , que considera que a enzima possui sitio ativo complementar ao substrato. 
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ENZIMAS – 
LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO
Koshland (1958): Encaixe Induzido , enzima e o o substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição.
 	Quando uma enzima esta interagindo com o substrato e chamado Complexo enzima-substrato
Image: Enzyme –substrate complex, UC Davis
From the Virtual Cell Biology Classroom on ScienceProfOnline.com
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ENZIMAS – 
ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Fatores que alteram a velocidade de reações enzimáticas:
- pH;
	- temperatura;
	- concentração das enzimas;
	- concentração dos substratos;
	- presença de inibidores.
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ENZIMAS – 
INFLUÊNCIA DO PH
O efeito do pH sobre a enzima deve-se às variações no estado de ionização dos componentes do sistema à medida que o pH varia. 
Enzimas  grupos ionizáveis, existem em ≠ estados de ionização.
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ENZIMAS – 
INFLUÊNCIA DO PH
A estabilidade de uma enzima ao pH depende: 
 - temperatura;
 - força iônica;
 - natureza química do tampão;
 - concentração de íons metálicos contaminantes;
 - concentração de substratos ou cofatores da enzima;
 - concentração da enzima.
ENZIMA
pH ÓTIMO
Pepsina
1,5
Tripsina
7,7
Catalasa
7,6
Arginasa
9,7
Fumarasa
7,8
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ENZIMAS – 
INFLUÊNCIA DA [E]
 Velocidade de transformação do S em P  qtidade de E.
 Desvios da linearidade ocorrem:
 Presença de inibidores na solução de enzima;
 Presença de substâncias tóxicas;
 Presença de um ativador que dissocia a enzima;
 Limitações impostas pelo método de análise.
Recomenda-se:
 Enzimas com alto grau de pureza;
 Substratos puros;
 Métodos de análise confiável.
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ENZIMAS – 
INFLUÊNCIA DA [S]
 [S] varia durante o curso da reação à medida que S é convertido em P.
 Medir Vo = velocidade inicial da reação.
		vo
[S]
Vmax
[E] = cte.
[S] pequenas  Vo linearmente.
[S] maiores  Vo por incrementos cada vez menores.
Vmax é atingida  E estiverem na forma ES e a [E] livre é insignificante, então, E saturada com o S e V não  com  de [S].
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Residuos proximos na estrutura 3D não são necessariamente proximos na estrutura primaria.
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Nas vias metabólicas de síntese de biomoléculas, o produto final da via geralmente causa retro inibição da primeira etapa da via
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A modificação covalente de enzimas e uma maneira de controle da atividade enzimática
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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
Etapa rápida
Etapa lenta
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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
v =
Vmax [S]
Km + [S]
[S]
v
Vmax
2
v = Vmax
v = Vmax [S]
Km
Km
1
2
3
1- [S]  Km>>[S] 
2- [S]  [S]>>Km
3- v = Vmax
2
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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.
ENZIMA
SUBSTRATO
Km (mM)
Catalase
H2O2
25
Hexoquinase
ATP
0,4
D-Glicose
0,05
D-Frutose
1,5
Quimotripsina
Gliciltirosinilglicina
108
N-benzoiltirosinamida
2,5
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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
V
[S]
 [S]  [S] <<Km
v = Vmax
v = Vmax [S] 
Km
v = K[S]
[S]  [S]>>Km
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ENZIMAS – 
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
 Qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática.
INIBIDORES
		REVERSÍVEIS			IRREVERSÍVEIS
COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS INCOMPETITIVOS
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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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ENZIMAS – 
ENZIMAS REGULATÓRIAS
1- Comportamento tipo Michaelis-Menten.
2- Comportamento Alostérico.
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
ENZIMA
FONTE
APLICAÇÃO
Papaína
mamão
Ajuda na digestão, Médica, bebidas, carnes
Bromelina
abacaxi
Ajuda na digestão, Médica, bebidas, carnes
Diastase
malte
Panificação, xarope
Pepsina
mucosa gástrica
suíno
Amaciamento de carne
Lipase
Candida rugosa
Tratamento de efluentes
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 ambientalmenteamigável. 
Origem vegetal
Origem animal 
Origem microbiana
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
Proteases
Leite: na preparação do leite de soja.
Carnes e Peixes: recuperação de proteínas do osso ou espinha.
Vinhos: clarificação.
Queijo: coagulação da caseína. 
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
Lactase
Sorvete: prevenção da cristalização da lactose. 
Leite: estabilização das proteínas do leite em leites congelados por remoção da lactose. Hidrólise da lactose, permitindo o uso por adultos deficientes na lactase intestinal e em crianças com deficiência em lactase congênita.
Ração: conversão da galactose em lactose e glicose.
Enzimas fertilizantes
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
-amilase
Fermentados: conversão do amido a maltose por fermentação. Remoção da turbidez do amido
Cereais: conversão do amido a dextrinas e maltose. 
Chocolate/cacau: liquefação do amido
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
Peroxidase
Deterioração - Frutas: contribui na reação de escurecimento.
 Polifenoloxidase
 Chá/Café: desenvolvimento do escurecimento durante o amadurecimento e fermentação.
 Deterioração - Frutas e Vegetais: reação de escurecimento e perda de vitaminas.
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
 Enzimas utilizadas em rações para aves. 
Melhora a utilização de gorduras animais e vegetais 
Lipídios e ácidos graxos 
Lipases 
Remoção de Galactosídios 
Galactosídios 
Galactosidases 
Melhora a utilização do fósforo dos vegetais. Remoção do ácido fítico. 
Ácido fítico 
Fitase 
Suplementação das enzimas endógenas. Degradação mais eficiente do amido. 
Amido 
Amilases 
Suplementação das enzimas endógenas. Degradação mais eficiente de proteínas. 
Proteínas 
Proteases 
Degradação da celulose e liberação de nutrientes 
Celulose 
Celulases 
Redução da viscosidade da digesta. 
Pectinas 
Pectinases 
Redução da viscosidade da digesta. Menor umidade na cama. 
-glucanos 
Glucanases 
Redução da viscosidade da digesta. 
Arabinoxilanas 
Xilanase 
Efeitos 
Substrato 
Enzima 
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
Tratamento de efluentes
 Preocupação ambiental desencadeou uma procura por outras alternativas, as chamadas "tecnologias limpas“. 
 Enzimas  substituir muitos componentes químicos utilizados nos processos industriais atuais.
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
 Enzimas utilizadas em tratamento de efluentes. 
Enzima e fonte
Poluentes e efluentes
Azorredutase(Pseudomonas luteola)
Indústria de tinta
Catalase(Baccilussp.)
Remoção de H2O2 presente em efluentes de branqueamento de tecidos
-glicosidase e Manganês peroxidase
Remoção de corantes azo na industria de alimentos e da industria têxtil
Polifosfatase e Fosfotransferase
Remoção de fosfato biológico de efluentes
Protease pronase (Pseudomonas aeruginosa)
Inativação de vírus bacteriófago Cox A9 de efluentes, para reutilização da água
Naftaleno-dioxigenase
Remoção de naftaleno
Lipase(Penicillium P4)
Remoção do teor de DQO de efluentes de óleo de oliva
(Candida rugosa)
Redução do teor de lipídeos e DQO efluentes avícolas
(pâncreas de porco)
Redução do teor de lipídeos e SS de efluentes da indústria de derivados lácteos
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
Industria de álcool;
Industria de detergentes;
Industria têxtil;
Industria de papel e celulose;
Curtumes;
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