Resumo de Enzimas

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Enzimas
Enzimas são proteínas que agem como catalisadores biológicos. São catalisadores poderosos e específicos que fazem as reações ocorrerem mais rápido.
Exceto um pequeno grupo de moléculas de RNA catalíticas , todas as enzimas são proteínas .A atividade catalítica depende da integridade das suas conformações nativas . Se uma enzima for desnaturada ou dissociada sua atividade catalítica é perdida.
As estruturas proteicas primaria,secundaria,terciaria e quaternária das enzimas são essenciais para a atividade catalítica .
Algumas enzimas dependem de um componente químico adicional denominado cofator, que pode ser um ou mais íons inorgânicos como Fe,Mg,Mn ou Zn, ou uma molécula orgânica complexa chamada de coenzima. 
Uma coenzima ou um íon metálico que se ligue muito firmemente ,ou mesmo , covalentemente a uma enzima é chamado de grupo prostético .
Grupo prostético : metal,cofator ou coenzima
Uma enzima completa cataliticamente ativa junto com a sua coenzima e/ou íons metálicos é denominada Haloenzima. 
Apoenzima ou apoproteína : é a parte proteica da enzima .
A enzima só com a parte proteica é inativa .
As reações não catalisadas tendem a ser lentas , a maioria das moléculas biológicas é muito estável nas condições internas das células com pH neutro ,temperaturas amenas e ambiente aquoso. As reações necessárias para digerir alimentos ,enviar sinais nervosos ou contrair os músculos simplesmente não ocorreriam em velocidades adequadas sem catálise .
Propriedade característica das reações catalisadas por enzimas : é que a reação ocorre confinada em um bolsão da enzima denominado Sitio ativo ( região onde ocorre a atividade catalítica ).
A superfície do sitio ativo é delimitada por resíduos de aminoácidos com grupos nas cadeias laterais que ligam o substrato e que catalisam sua transformação química. O sitio ativo engloba o substrato , sequestrando o da solução. O complexo enzima substrato é fundamental para a catalise enzimática .Ele define o comportamento cinético das reações catalisadas por enzimas e para a descrição dos mecanismos das enzimas.
Substrato : é a molécula que se liga no sitio ativo e sobre a qual a enzima age.
Teoria da catálise 
A + B ↔ C
No equilíbrio da reação, as velocidades das reações se igualam V1=V-1
As concentrações dos reagentes não se alteram mais, pode-se dizer que a reação terminou .
Catalisador acelera as velocidades em ambos os lados das reações . Aumentam a velocidade das reações por diminuírem as energias de ativação .
O ponto de equilíbrio é atingido mais rápido e não se altera ,ou seja, as concentrações de P e R no final da reação são as mesmas da reação não catalisada .A termodinâmica da reação não se altera .
O catalisador não é consumido na reação.
Energia de ativação ou barreira energética: quantidade de energia que é preciso fornecer aos reagentes para a reação ocorrer. 
Estado de transição ou complexo ativado : forma molecular intermediaria entre o reagente e o produto ,existe somente no alto da barreira energética. É altamente instável. É o momento molecular transitório no qual eventos como a quebra de ligação , a formação de ligação ou o desenvolvimento de carga ocorrem com a mesma probabilidade de seguirem tanto para formar novamente o subtrato como para formar o produto. É o curto período de tempo em que o substrato esta no topo da curva de energia.
O ponto de partida tanto da reação direta quanto da reversa é denominado Estado fundamental. A contribuição que uma molécula medica (S ou P) dá para a energia livre do sistema.
Um catalisador diminuí a barreira energética criando percursos alternativos da reação para formação do estado de transição .
O papel da enzima é acelerar a interconversão entre S e P. A enzima não é gasta no processo e o ponto de equilíbrio não é afetado.
A energia de ativação é uma barreira energética para as reações químicas. A velocidade na qual uma molécula sofre uma determinada reação diminui á medida que a barreira da reação aumenta .Sem estas barreiras energéticas as macromoléculas complexas poderiam reverter espontaneamente para formas moleculares mais simples e as estruturas complexas e altamente ordenadas poderiam não existir .Durante o curso da evolução ,as enzimas desenvolveram-se para diminuir seletivamente as energias de ativação das reações necessárias para a sobrevivência celular.
Equação geral de uma reação enzimática :
E + S ES P + E
ES representa o estado de transição ;
Que diferenças existem entre catalisadores inorgânicos, como íons metálicos, e as enzimas ? 
 enzimas são mais eficientes: podem acelerar reações até 1014 vezes contra 102 – 103 vezes dos catalisadores inorgânicos;
 enzimas são específicas: catalisam reações envolvendo às vezes apenas um único tipo de reagente;
 enzimas são estereo-específicas e não produzem sub-produtos reacionais;
 enzimas operam em condições amenas de temperatura, pressão e pH;
 enzimas podem ser altamente reguladas através de fatores extrínsecos à reação, tanto por ativadores como por inibidores.
Porque a catalise por enzimas é mais eficiente ?
Aumento da concentração dos reagentes na superfície da enzima: “atração” dos reagentes para interação com a enzima).
Orientação correta dos reagentes (substratos): parte da energia de ativação representa o posicionamento adequado dos reagentes para que haja contacto entre os átomos corretos. O sitio ativo da enzima favorece o posicionamento correto dos reagentes.
Aumento da reatividade dos reagentes: as cadeias laterais (R) dos aminoácidos da enzima ou co-fatores e coenzimas podem interagir diretamente com os substratos, dando-lhes carga elétrica ou polarizando-os, tornando-os quimicamente mais reativos, ou ainda cedendo ou transferindo certas funções químicas.
Indução de deformação física no substrato, por contacto com as cadeias laterais (R) dos aminoácidos das enzimas, que desestabilizam a molécula do substrato e facilitam o rompimento de laços covalentes
Coenzimas participam do ciclo catalítico das enzimas recebendo ou fornecendo grupos químicos para a reação;
Classificação das Enzimas:
1.Oxido- redutases (reação de oxido redução) : Tranferência de elétrons . Se uma molécula se oxida a outra se reduz .
2.Transferases (transferência de grupos funcionais ) :Grupos aldeídos, acila, glucosil , fosfatos (quinase)
3.Hidrolases (reações de hidrolise) : transformam polímeros em monômeros. Atuam sobre: ligação éster ,glicosídicas ,peptídicas e C-N.
4.Isomerases (reações de isomerização )
5.ligases (formação de laços covalentes com gastos de ATP) : entre C e : O,S,N,C
O modelo Chave-fechadura não explica as interações da enzima com seu com inibidores e análogos de substratos .
Então descobriu-se o Modelo do encaixe induzido : no qual o contato com a molécula do substrato induz mudanças conformacionais na enzima, que otimizam as interações com os resíduos do sítio ativo. Esse é o modelo aceito hoje em dia. O sitio Ativo da enzima é complementar ao substrato em todos os estágios do subtrato , até a formação do produto o que é mais favorável energeticamente .
Em geral a enzima também sofre uma mudança na sua conformação quando o substrato se liga induzindo múltiplas interações fracas com o substrato chamado de ajuste induzido .
Serino Proteinase : Tríade catalítica : Ser-His-Asp
A mesma energia de ligação que fornece energia para a catalise também da as enzimas sua especificidade, isto é , a capacidade de discriminar entre um subtrato e uma molécula competidora . Se o sitio ativo de uma enzima tiver grupos funcionais organizados otimamente de modo a formar uma grande variedade de interações fracas com um determinado substrato no correspondente estado de transição a enzima não será capaz de interagir com a mesma intensidade com nenhuma outra molécula .De uma maneira geral ,a especificidade deriva da formação de muitas interações fracas entre a enzima e a molécula do substrato especifico .
Fatores que afetam a atividade enzimática :
Condiçõesdo meio que afetam a atividade proteica : pH e temperatura 
Tempo da reação; Concentração dos reagentes ( a enzima,o substrato e o cofator )
Fatores que controlam a atividade enzimática :
1.Fatores que afetam a estabilidade proteica das enzimas : variações de pH
O pH ótimo de uma enzima reflete variações no estado de ionização de resíduos de aminoácidos do sítio ativo. A enzima está pelo menos parcialmente desnaturada em pHs afastados do pH ótimo. Quando o substrato é uma molécula ionizável, o pH ótimo da enzima também reflete o seu estado de ionização .
Depois do pH ótimo ela perde sua atividade enzimática , quando altera o pH diminui a interação do substrato com a enzima. Ela sofre mudança conformacional drástica. 
Variações de temperatura ( temperatura ótima)
A enzima se desnatura em temperaturas acima da temperatura ótima .
Tempo da reação e concentração da enzima,substrato e cofatores
A [substrato] cai na mesma razão em que a [produto] aumenta em função do tempo.
A enzima existe sob duas formas: enzima livre E e complexo enzima-substrato ES. No início da reação, a [E] livre cai e a do complexo [ES] aumenta e atinge um máximo, em que não há mais [E] livre no meio. Nessa situação, diz-se que a enzima está saturada (só existe no complexo ES). A velocidade da reação é a máxima.
A combinação de uma enzima com o substrato formando um complexo ES é uma etapa necessária para a catalise enzimática .Esta ideia foi ampliada por Michaelis e Menten formularam as bases da cinética enzimática, para explicar como a concentração do substrato [S] afeta a velocidade da reação v , eles postularam que a enzima primeiramente combina-se de modo reversível com o subtrato ,formando um complexo enzima substrato em uma etapa reversível e rápida : E + S ES 
Então o complexo ES é rompido em uma segunda etapa que é mais lenta ,fornecendo enzima livre e o produto P : ES E + P
 A velocidade inicial máxima de uma reação catalisada ocorre quando quase toda a enzima estiver presente como complexo ES e [E] é desprezível . O gráfico mostra um conjunto de reações que estão acontecendo simultâneamente, conforme as equações abaixo:
 
 parte a: v aumenta proporcionalmente com aumentos de S. 
parte b: v aumenta não proporcional-	 mente com aumentos de S.
parte c: v não aumenta mais, tendendo a um valor máximo (Vmax), 	 sendo independente da [S] 
Para se chegar à equação da hipérbole quadrada do gráfico V x S, o gráfico de Michaelis Menten, considera-se que o conjunto de reações está em equilíbrio, ou seja, a [ES] é constante e o sistema tem a sua velocidade máxima, Vmax.
Quando [ES] é constante, as velocidades de formação (Vf) e de desdobramento (Vd) do complexo ES são iguais:
Vf formação ES = Vd desdobramento ES
Igualando-se Vf = Vd e resolvendo para V, chega-se à Equação de Michaelis-Menten: 
Km= constante de Michaelis –Menten é um parâmetro cinético que traz informações sobre a afinidade que a enzima tem pelo substrato. 
K-1+K2 /K1
K1: determina a afinidade 
Gráfico dos duplos recíprocos : aplicou-se o inverso em ambos os lados da equação de Michaelis e Menten e determinou-se uma equação linear ( equação da reta) proporcionando aos bioquimicos uma forma mais fácil e exata de determinar a Vmax. 
A atividade enzimática pode ser regulada por diferentes mecanismos, que muitas vezes atuam em conjunto na mesma enzima. 
Entre estes mecanismos, destacam-se:
Inibidores: irreversíveis: não protéicos e protéicos . Reversíveis: competitivo, não competitivo ou misto, incompetitivo 
Alosteria:ativadores e inibidores e cooperatividade 
Modulação covalente : Ativação de zimogênios e Fosforilação e defosforilação 
Inibidores Irreversíveis : Ligam-se covalentemente com ou destroem um grupo funcional da enzima que é essencial para a atividade da enzima ou então forma uma associação não covalente estável .Os inibidores irreversíveis constituem-se em outra ferramenta útil para estudar mecanismos de reação .Algumas vezes e possível identificar aminoácidos com funções chaves no sitio ativo determinando quais os resíduos que se ligam covalentemente ao inibidor depois que a enzima é inativada .
Compostos orgânicos clorados ou fosforados são bons exemplos de inibidores enzimáticos irreversíveis, pois reagem com o resíduo S1 de serino-enzimas, formando um complexo irreversível. Uma das enzimas altamente sensível a esses compostos é a acetilcolinesterase, responsável pela metabolização do neurotransmissor acetilcolina em neurônios centrais e periféricos. Este é o mecanismos de ação dos inseticidas organofosforados, como o malathion e o parathion.
Inibidores Proteicos : de enzimas proteolíticas desempenham importantes papéis fisiológicos. Entre esses estão as serpinas, inibidores de serino-proteinases, e as cistatinas, inibidores de cisteíno-proteinases. Em ambos os casos, os inibidores funcionam como “falsos substratos”, sendo reconhecidos e clivados pelas enzimas, que ficam “aprisionadas” num complexo com o inibidor. 
A serpina e a enzima inicialmente formam um complexo não covalente (EI), complexo de Michaelis. Em seguida, a clivagem da ligação peptídica na alça reativa forma em um intermediário acil-enzima (EI*), que pode resultar em transposição e inserção da alça da serpina na enzima, bloqueando-a permanentemente, ou em certas circunstâncias, na liberação da serpina clivada e da enzima livre.
Inibição Reversível
Inibição competitiva :Compete com o substrato pelo sitio ativo da enzima , á medida que o inibidor ocupa o sitio ativo ele impede que o substrato se ligue a enzima .Muitos inibidores competitivos tem a estrutura similar a estrutura do subtrato e combinam-se com a enzima formando um complexo EI,mas sem levar a catálise. Com aumento da [substrato], ocorre diminuição da inibição caracterizando uma competição entre S e I.
Inibição não competitiva ou mista : inibidor não é análogo estutural do substrato - não se liga ao sítio ativo , se liga a uma região distinta
 inibidor se liga à E e ao ES
 aumento da [substrato] não diminue a inibição - não há competição 
 Km aumenta e Vmax diminuí 
Inibição Incompetitiva : inibidor é análodo do estado de transição e se liga somente ao complexo ES
 Km aumenta e Vmax diminuí 
Alosteria
Enzimas alostéricas : agem por meio de ligações reversíveis e não covalentes com compostos regulatórios denominados moduladores alostéricos ou efetores alostéricos que geralmente são metabólitos pequenos ou cofatores .Enzimas alostéricas possuem uma região diferente do sítio ativo ao se liga um efetor ou modulador alostérico. A mudança conformacional decorrente da ligação do efetor alostérico se propaga pela molécula e afeta o sítio ativo, ativando-o ou inibindo-o.
Modulação covalente : Fosforilação e defosforilação
Ao contrário da alosteria, em que os efetores ligam-se à enzima apenas por ligações fracas, na modulação covalente a enzima é modificada covalentemente por duas outras enzimas: uma quinase fosforila a enzima às custas de ATP, e uma fosfatase remove o grupo fosfato da enzima fosforilada. A modulação covalente é energéticamente cara, pois necessita duas outras proteínas e ATP para regular a atividade de uma enzima. Ao contrário, na alosteria a enzima é controlada pelas concentrações relativas 
 de seus efetores e a afinidade da enzima por estes.
A ligação de grupos fosforil a resíduos de aminoácidos específicos de proteínas é catalisada por proteína cinases , e a remoção de grupos fosforil é catalisadas por proteínas –fosfatases .
Ativação de Zimogênios 
Ativação de zimogênios é um caso específico de modulação covalente exclusivo de alguns tipos de enzimas proteolíticas.
zimogênios: as proteases são sintetizadas numa forma inativa por estar em uma conformação desfavorável, com bloqueio ou desalinhamento dos resíduos do sítio catalítico.
 conformação desfavorável resulta de porções adicionais da cadeia poli-peptídica, que devem ser retirados para que a proteína assuma a forma ativa. 
 podem acontecerduas situações, combinadas ou não:
 - zimogênio tem uma extensão N-terminal (pro-segmento) que precisa 
 ser retirada. Pro-segmentos podem ter de 2 a 150 resíduos a.a. 
 - zimogênio tem cadeia polipeptídica única, que precisa ser clivada 
 (proteólise limitada) para formar duas ou mais subunidades.
 conversão do zimogênio à protease ativa pode resultar da ação proteolítica de outra protease, ou de alteração do pH ou temperatura do meio, ou ainda, da adsorção do zimogênio à uma superfície negativa. Esses eventos determinam mudança conformacional e/ou auto-hidrólise pela própria protease. A ativação é irreversível, e por isso, energeticamente cara para o organismo