Enzimas-Atual

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Paulo Preté
• Enzimas: catalisadoras das reações que ocorrem
nos sistemas biológicos.
• Reações químicas necessárias para o crescimento,
a restauração e a manutenção de organismos vivos.
• Catalisador: não são consumidos podendo ser
reutilizados.
Sem a catálise as reações não ocorreriam em
velocidade útil:
• digestão de alimentos.
• envio de sinais através dos nervos.
• contração muscular.
Catalisadores: aumentam a velocidade das reações
diminuindo a energia de ativação.
Caminho da Reação
Energia de ativação com 
enzima
Energia de ativação sem enzima
S
P
Energia de ligação
• Energia de ligação da enzima ao substrato: pode ser
utilizada para tensionar o substrato ou provocar uma
mudança conformacional na enzima (ajuste induzido).
• Essa energia também responde pela refinada
especificidade da enzima pelo substrato.
Característica Enzimas Catalisadores 
Químicos
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estrutura complexa simples
Sensibilidade à T e pH alta baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica 
(geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) alto moderado
Consumo de energia baixo alto
Formação de subprodutos baixa alta
Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples
Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa
Presença de cofatores sim não
Estabilidade do preparado baixa alta
Energia de Ativação baixa alta
Velocidade de reação alta baixa
• Enzimas são Proteínas, exceto um grupo de moléculas de
RNA (Ribozima).
• Alta especificidade pelos substratos, funcionam em soluções
aquosas sob diferentes condições de temperatura e pH.
• A maioria das enzimas apresenta uma temperatura ótima
(quando a reação em que ela está envolvida alcança seu
máximo de velocidade) em torno de 30 a 40°C,
principalmente em temperatura corporal.
• Em adição aos efeitos da temperatura e do pH, a atividade
enzimática (velocidade da reação química) pode ser aumentada
com o aumento das concentrações dos reagentes.
• A velocidade da reação diminuirá quando as enzimas estiverem
saturadas.
• Enzimas também apresentam uma
faixa ótima de pH (ex: pepsina
encontrada no suco gástrico o pH 2,0;
tripsina do suco pancreático o pH 8,2).
• Com o aumento da quantidade de enzima a velocidade da
reação aumentará se houver suprimento ilimitado de
substrato.
• Enzimas podem ser desnaturadas quando expostas a altas
temperaturas, álcool, ácidos fortes e reagentes alcalóidicos
(inibidores não específicos).
• Estruturas 1ª, 2ª, 3ª e 4ª: fundamentais para a atividade
• Isozimas: enzimas que tem a mesma função mas possuem
características estruturais levemente diferentes.
• PM: 12.000 a 1 milhão Da.
• NOMENCLATURA DAS ENZIMAS
-Nome Recomendado: Mais curto e utilizado no dia a dia;
Sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Ex: Urease,
Hexoquinase, Peptidase.
-Nome Sistemático: Mais complexo, nos dá informações
precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP-
Glicose-Fosfo-Transferase.
- Nome Usual: Consagrados pelo uso; Ex: Tripsina, Pepsina,
Ptialina.
O termo: "en" = dentro "zima" = levedura
Classificação internacional das enzimas
Oxidorredutases: Catalisam reações de oxirredução entre 2 substratos
(Transferência de elétrons).
Transferases: Transferência de grupos funcionais entre 2 substratos.
Hidrolases: Reações de hidrólise.
Liases: Remoção de grupos de substratos através de reações diferentes
da hidrólise.
Isomerases: Transferência de grupos na mesma molécula para formar
isômeros (cis-trans).
Ligases: Acoplamento de 2 compostos com a ruptura de ligações
pirofosfato. Formação de ligações (C-C, C-S, C-O e C-N) por meio de
reações de condensação acopladas a quebra de ATP.
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
OXIDORREDUTASES: São enzimas que
catalisam reações de transferência de elétrons, ou
seja: reações de oxi-redução. São as
Desidrogenases e as Oxidases
TRANSFERASES: Enzimas que catalisam reações
de transferência de grupamentos funcionais como
grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Como
exemplo temos as Quinases e as Transaminases
HIDROLASES: Catalisam reações de hidrólise
de ligação covalente. Ex: As peptidases;
LIASES: Catalisam a quebra de ligações
covalentes e a remoção de moléculas de água,
amônia e gás carbônico. As Dehidratases e as
Descarboxilases são bons exemplos;
ISOMERASES: Catalisam reações de
interconversão entre isômeros ópticos ou
geométricos. As Epimerases são
exemplos;
LIGASES: Catalisam reações de
formação e novas moléculas a partir da
ligação entre duas já existentes, sempre às
custas de energia (ATP). São as
Sintetases;
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
• Co-fatores ou ativadores: 1 ou mais íons inorgânicos, uma molécula
orgânica complexa ou uma molécula metalorgânica (coenzima).
 Alguns elementos inorgânicos que servem como co-fatores para enzimas.
ou
Citocromo oxidase
Citocromo oxidase, catalase, peroxidase
Piruvato quinase
Hexoquinase, glicose-6-fosfatase
Arginase, ribonucleotídeo redutase
Dinitrogenase
Urease
Glutationa peroxidase
Anidrase carbônica, desidrogenase alcoólica
Co-fatores enzimáticos
Vários tipos de reações químicas ocorrem entre o substrato e os grupos
funcionais da enzima:
- cadeias laterais de aa específicos
- íons metálicos
- coenzimas
Esses grupos funcionais catalíticos podem formar uma ligação covalente
transitória com um substrato e ativa-lo p/ a reação ou algum grupo pode
ser transferido do substrato para a enzima.
• Grupo prostético: Coenzima ou íon metálico ligado firmemente
ou covalentemente à parte protéica da enzima; não são
desativadas pelo calor (ex: vitaminas ou compostos derivados das
vitaminas).
• Holoenzima: enzima completa e cataliticamente ativa com
coenzima ou íon metálico ligado.
• Apoproteína: parte protéica desta enzima.
• Coenzima A (CoA): essencial no metabolismo de carboidratos,
lipídios e proteínas no corpo humano.
• A hidrólise de CoA produz 1 vitamina, 1 purina, 1 açúcar, ácido
fosfórico e 1 composto sulfurado.
• Acetil CoA: age na oxidação dos alimentos no ciclo de Krebs.
• NAD+ e NADP+ : estão envolvidas na maioria das reações de
oxirredução na mitocôndria além de atuarem no ciclo de Krebs.
• Modificações covalentes: fosforilação, glicosilação e
outros processos (interferem na atividade).
Modificações de enzimas
Modificação covalente
Resíduos de aa que aceitam
modificação covalente
Fosforilação
Adenilação
• A maior parte da energia necessária para diminuir a
energia de ativação é derivada de interações fracas (não-
covalentes) entre substrato-enzima (pontes de H,
interações hidrofóbicas e iônicas).
- GB energia de ligação = derivada destas interações, é a
maior fonte de energia livre usada pelas enzimas p/
diminuir a energia de ativação das reações.
- Estado de transição: ponto no topo da colina de energia
no qual a passagem para o estado de (S) ou (P) é
igualmente provável.
E – pode sofrer mudanças conformacionais induzidas
pelas múltiplas interações fracas com o S
[S] – afeta a velocidade das reações catalisadas pelas E
E + S  ES (reação rápida)
 V0 proporcional  [S] -  formação ES
• Quando todas as E estão na forma combinada ES, pode-se
aumentar [S] que não haverá aumento V0
• A Vmáx será atingida quando praticamente todas as E
estiverem combinadas (ES)
• ES resulta em E + P e a E se liga a outro S.
Complexo enzima-
substrato
Modelo chave/fechadura
Modelo de ajuste induzido
CINÉTICA ENZIMÁTICA
É a abordagem utilizada para estudar o mecanismo de uma reação
catalisada por uma enzima e Determinar a função de uma enzima em
uma rota metabólica. Determinar a velocidade da reação e como ela se altera em
função de mudanças nos parâmetros experimentais;
 Determinar as constantes de afinidade do S e dos inibidores;
 Conhecer as condições ótimas da catálise;
Km = constante de Michaelis-Menten
• Km é a concentração de substrato que produz metade da
velocidade máxima de uma reação.
• Km é característica para cada enzima agindo sobre um
determinado substrato.
• A equação relaciona a velocidade inicial (V0) de uma reação
enzimática com a concentração de substrato e a velocidade
máxima (Vmáx) pela constante Km.
CINÉTICA DA REAÇÃO ENZIMÁTICA
DIFERENTES SUBSTRATOS
LEONOR MICHAELIS
1875 - 1949
MAUD MENTEN
1879 - 1960
V0 = V [S]
Km+ [S]
máx
CINÉTICA DA REAÇÃO ENZIMÁTICA
 Reação enzimática processa-se em duas etapas:
Enzima (E) liga-se reversivelmente ao substrato
(S), formando o complexo enzima-substrato (ES).
E + S  ES
É liberado o produto
E + S  ES  E + P
INTERAÇÃO ENZIMA-SUBSTRATO
E pode se ligar a 2 ou mais S
E
S1
S2
E S1 S2  E + P1 + P2 
Inibidores: agentes moleculares que interferem com a
catálise diminuindo ou interrompendo as reações.
Reversíveis:
- Competitiva: compete com o substrato pelo sítio ativo
da enzima. Seu desligamento pode ser obtido com o
aumento do substrato.
E + S ES E + PE
+ 
I
EI
- Incompetitiva: se liga a 1 sítio diferente, liga-
se apenas ao complexo ES formando ESI.
- Mista: o I também se liga a 1 sítio diferente
mas pode se ligar a E ou a ES formando ESI.
• Inibidores irreversíveis: formam ligações covalentes fortes com
a enzima, tornando-a inativa. Este inibidor não se desliga com o
aumento do substrato.
Ele se combina com um grupo funcional na E ou o destroem ou
ainda formam uma associação covalente bastante estável.
Ex: Zalcitabina é usada em pacientes com infecção avançada pelo
HIV; na célula ela é convertida a um metabólito ativo que atua
como inibidor competitivo do substrato natural para o sítio ativo da
transcriptase viral reversa, inibindo a replicação do vírus.
Inibidores específicos das enzimas
• Afetam uma única enzima ou um grupo de enzimas (a
maioria das substâncias venenosas).
• Íons cianeto (CN-): inibem a atividade da enzima
citocromo oxidase.
• Compostos de mercúrio e chumbo: reagem com o grupo
sulfidrila (_SH) de uma enzima alterando sua conformação
(envenenamento: resulta em perda de equilíbrio, visão e
tato, audição, que geralmente é irreversível).
Compostos organofosforados
• Inseticidas (malation e paration) e vários gases de guerras.
• Inibidores irreversíveis da colinesterase (enzima que rompe a
acetilcolina no espaço sináptico das células nervosas do cérebro)
- Bloqueio de neurotransmissores fazendo com que os
sítios receptores no cérebro “acendam” repetidamente
superestimulando os músculos.
• Coração bate rápido e de forma irregular (convulsões e morte).
• Antídotos: podem agir deslocando o substrato venenoso da
enzima ou bloqueando os efeitos do excesso de acetilcolina.
Inibidores enzimáticos benéficos
• Penicilina: atua como inibidor enzimático para a transpeptidase
(essencial para que as bactérias construam suas paredes celulares). Sem a
parece celular as bactérias são destruídas pela pressão osmótica.
• Linhagens bacterianas desenvolveram a penicilinase, que inativa a
penicilina, sendo necessário desenvolver penicilinas modificadas
sinteticamente para manter sua efetividade.
• cAMP: mensageiro químico que regula a atividade enzimática dentro
das células que armazenam carboidratos e gorduras.
• A falta de cAMP gera caos com todas as enzimas trabalhando em
velocidade máxima e seu suprimento inadequado pode levar ao
desenvolvimento de câncer.
CINÉTICA DA REAÇÃO ENZIMÁTICA CATALISADA 
EM PRESENÇA DE INIBIDOR COMPETITIVO
CINÉTICA DA REAÇÃO ENZIMÁTICA CATALISADA 
EM PRESENÇA DE INIBIDOR NÃO-COMPETITIVO
pH ótimo no qual sua atividade é máxima em pH > ou
< a atividade diminui.
• Cadeias laterais dos aa do centro ativo da E podem atuar como
ácidos e bases fracas, com funções críticas dependentes de certos
estados de ionização.
• As cadeias laterais ionizadas podem desempenhar um papel
essencial nas interações que mantém a estrutura da E.
pH ótimo pH
• O pH no qual a E sofre mudanças na
atividade pode fornecer uma pista sobre
qual aa está envolvido.
Ex: mudanças na atividade em pH 7.0, em
geral reflete a titulação de uma His.
 temperatura :
-  taxa de reação (maioria das reações químicas);
-  estabilidade da proteína devido a desativação térmica.
Temperatura ótima: enzima atinje
sua atividade máxima (t ºC máxima
na qual a enzima possui atividade
cte. por um período de tempo).
Ativação 
térmica
Desnaturação 
térmica
Temperatura ótima
Temperatura ºC
V
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EFEITO DA TEMPERATURA
Efeito da temperatura depende:
- pH e a força iônica do meio;
- presença ou ausência de 
ligantes.
• Velocidade de transformação do S em P  quantidade 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.
CONCENTRAÇÃO DAS ENZIMAS
• [S] varia durante o curso da reação à medida que S é 
convertido em P.
• Medir Vo = velocidade inicial da reação.
• [E] = cte.
• [S] pequenas  Vo  linearmente.
• [S] maiores  Vo  por incrementos cada vez menores.
• Vmax  [S]  Vo insignificantes.
• 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].
CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATO
• Metabolismo celular: grupos de enzimas trabalham em
conjunto em vias seqüenciais para desenvolver um dado
processo metabólico.
• Nestes sistemas enzimáticos, o produto da reação da 1ª
enzima torna-se o substrato da próxima e assim
sucessivamente.
• Em cada via metabólica existe pelo menos uma enzima
reguladora, que determina a velocidade de toda
sequência, porque ela catalisa a reação mais lenta
(reação limitante da velocidade).
Atividade enzimática pode ser medida pela velocidade da 
reação catalisada.
• Ajustes de velocidade permitem a célula acertar as
mudanças nas necessidades de energia e de biomoléculas
requeridas para o crescimento e reparo.
• 2 grandes classes de enzimas reguladoras:
- Alostéricas: funcionam por meio de ligação não-covalente
reversível de compostos reguladores (moduladores alostéricos) que
geralmente são metabólitos ou cofatores (induzem mudanças
conformacionais).
- Outras enzimas: reguladas por meio 
de uma modificação covalente reversível.
- Estimuladas ou Inibidas quando ligadas a outras enzimas
regulatórias.
- Ativadas quando segmentos peptídicos são removidos por
meio de uma clivagem proteolítica (irreversível).
Enzimas podem ser:
Enzima reguladora homotrópica: o
substrato e o modulador são idênticos;
Heterotrópica: substrato diferente do
modulador.
E reguladoras: sítio ativo, 1 ou mais
sítios reguladores para ligação do
modulador (maiores e mais complexos).
Substrato
Modulador positivo
Enzima menos ativa.
Enzima mais ativa.
Complexo ES ativo.
• E reguladora: inibida pelo P (sempre que [P] > as
necessidades celulares), inibição por retroalimentação.
Toxicologia e Farmacologia
Venenos metabólicos
Inibir ou abolir reações 
metabólicas essenciais. Inibir a atividade de enzimas. 
Drogas terapeuticamente 
importantes
Competemcom o substrato pelo 
sítio ativo da enzima.
• A fosforilação de resíduos de aa específicos é um meio
muito comum de regular a atividade da enzima.
• Muitas enzimas proteolíticas apresentam precursores
inativos chamados zimogênio.
• Pequenos peptídeos são quebrados do zimogênio para
formar a protease ativa.
ZIMOGÊNIO
Ex: Pepsinogênio – pepsina
Tripsinogênio-tripsina
Protrombina-trombina
TIPOS DE APLIÇÕES INDUSTRIAIS
Alimentos
- Indústria de azeite de oliva: poligalacturonase e
pectinesterase na melhoria da estabilidade a longo
prazo.
- Panificação: Melhoria de cor, sabor e estrutural através
de preparado enzimático que contém alfa-amilase
fúngica.
- Atua sobre a farinha de trigo, acelera o processo de
fermentação devido a maior formação de açúcares
para o fermento.
- Enzimas nas rações para leitões durante o período de
lactação: Xilanase, Beta-glucanase e Alfa-amilase (digestão
de amido e conseqüente ganho de peso e abate precoce).
Papel e Celulose
- Remoção de depósitos em máquinas de papel:
Substituição de álcalis e ácidos fortes por
enzimas (assegurar a integridade física dos
funcionários e cumprir leis ambientais).
Rações animais
- Eliminação dos pelos (Enzimas substituem a utilização do
sulfureto de sódio – forte cheiro desagradável e poluente dos
efluentes).
Indústria de Couro
Amilase bacteriana (Bacillus subtilis e B. lichenformis), estável
ao calor para eliminar a goma dos produtos têxteis,
(substituindo ácidos e álcalis na hidrólise do amido).
Indústria têxtil
Outras aplicações
• Indústria de Cosméticos.
• Produtos de Limpeza.
• Inativação Enzimática.
• Ferramentas laboratoriais. 
Quimioterapia
É o uso de agentes químicos para destruir microorganismos
infecciosos e células cancerosas sem danificar as células
hospedeiras.
Esses agentes químicos funcionam inibindo certas reações
enzimáticas.
Antibióticos: inibem enzimas essenciais para o crescimento
bacteriano (ex: penicilina e tetraciclina; adriamicina - tratamento
da doença de Hodgkin).
Antimetabólitos: apresentam estruturas intimamente relacionadas
com a de substratos enzimáticos, inibindo a atividade enzimática
(ex: mercaptopurinas - tratamento de leucemias).
Diagnósticos
• Medidas dos níveis enzimáticos no plasma podem ser de grande
valor diagnóstico.
↑ glutâmico pirúvico transaminase caracteriza a ocorrência de
hepatite infecciosa.
↑ tripsina é indicativo de doenças agudas do pâncreas.
↓ ceruloplasmina é indicativo da doenças de Wilson.
Alterações nos níveis de enzimas Lactato desidrogenases (LDH)
podem ser úteis no diagnóstico de: infarto do miocárdio, hepatite
aguda, distrofia muscular, anemia megaloblástica, anemia
falciforme e artrite com derrame nas juntas.
Em adição às enzimas já citadas, diversas enzimas
séricas são utilizadas em diagnósticos:
• Transaminase glutâmica – oxaloacética sérica (SGOT)
• Amilase
• Ácido fosfórico
• Alcalino fosfatase
• Creatina fosfocinase (CPK)
• Renina
Assim como as proteínas, as enzimas são
fundamentais para a maquinaria dos seres
vivos, atuando na fotossíntese, na
respiração celular, nas vias metabólicas e
na maioria dos processos em tudo que
nasce, cresce, desenvolve e morre.
Conclusão
Referências
- Reginald Garrett and Charles Grisham. Biochemistry, 2ª edição.
- David L. Nelson e Michael M. Cox. Lehninger Princípios de bioquímica, 3ª edição.
- Donald Voet, Judith G. Voet e Charlotte W. Pratt. Fundamentos de bioquímica.