AULA 6 cinética enzimática 2017.2

Prévia do material em texto

Aula 
Cinética enzimática
Estudo da velocidade da reação enzimática e como 
ela se altera em função de diferentes parâmetros
Disciplina Biorreatores
Profa. Annamaria Dória
Catálise enzimática
• Para que a vida seja possível, é necessário que as reações químicas
que a sustentam se deem a uma determinada velocidade.
• Muitas das reações bioquímicas não se realizariam a uma velocidade
relativamente elevada se não fossem catalisadas.
• Em sistemas vivos, a catálise de reações químicas é feita
por enzimas.
• A maioria das enzimas são proteínas, entretanto, certas moléculas de
RNA também apresentam atividade catalítica. Um pequeno grupo
de enzimas, as ribozimas, têm uma natureza não-proteica. As
ribozimas são moléculas de RNA que possuem capacidade catalítica.
ENZIMAS
• São proteínas, catalisadores biológicos (aumentam a velocidade
de uma determinada reação química).
• Possuem extraordinária especificidade e poder catalítico, que são
muito superiores aos catalisadores produzidos pelo homem.
• Especificidade - ex:
 uma enzima como a lactase, que opera sobre a lactose, não
agirá sobre a sacarose;
 A lipase ataca as gorduras, degradando-as em ácidos graxos e
glicerol.
ENZIMAS
Por serem catalisadores eficientes, são aproveitadas para aplicações industriais,
como na indústria farmacêutica ou na alimentar:
Nomenclatura
Deve identificar o substrato envolvidos na reação catalisada mais
o sufixo ase:
substrato + ase
urease catalisa a hidrólise da uréia em amônia e CO2, 
arginase catalisa a hidrólise da arginina em ornitina e uréia,
fosfatase catalisa a hidrólise de ésteres de fosfato.
Enzyme Committee (EC)
• Cada classe divide-se, por sua vez, em subclasses, também numeradas.
• As subclasses definem em que tipo de grupo as enzimas atuam. Por exemplo,
um determinado grupo de enzimas pode pertencer à subclasse EC 2.1, que
engloba "enzimas que transferem grupos contendo um carbono".
• As subclasses dividem-se ainda em sub-subclasses; continuando com o mesmo
exemplo, existe a classe EC 2.1.1, que engloba as metiltransferases, ou seja,
enzimas que transferem um grupo metilo.
• Finalmente, cada enzima recebe um quarto dígito específico à reação que
catalisa; por exemplo, a enzima histamina N-metiltransferase tem o número
EC 2.1.1.8 e catalisa especificamente a transferência de um grupo metilo para
a histamina
Nomenclatura
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS 
CINÉTICAS DAS ENZIMAS
• Potência Catalítica
Aumento da velocidade de reação sem recorrer a aumentos de 
temperatura
• Especificidade
Interação da enzima com um número limitado de compostos devido à:
configuração complexa da proteína
localização do sítio ativo
configuração estrutural do substrato
• Controle da Potência Catalítica
Para atingir a máxima eficiência e economia, as células regulam suas reações 
metabólicas e a síntese de suas enzimas.
Controladores: pH, concentração do substrato, concentração de inibidores, 
cofatores, enzimas.
Catálise enzimática
• As enzimas são catalisadores biológicos, são proteínas que, atuando como
catalisadores na maioria das reações bioquímicas, baixam a energia de ativação
necessária para que se dê uma reação química.
Catálise enzimática
• baixam a energia de ativação necessária para que se dê uma reação química
• As enzimas não são consumidas durante o curso da reação;
• não afetam o equilíbrio da reação química;
• Fornecem uma rota alternativa para a reação ocorrer e, desse
modo, requerem uma energia de ativação mais baixa.
Velocidade de uma reação enzimática
Reação não catalisada
complexo de 
colisão 1
A
B
A reagentes
+
B
estado de 
transição
complexo de 
colisão 2
C
D
+
C
D
produtos
Reação catalisada por uma enzima
2) complexo E - A
X Y
Z
A
X Y
Z
sítio ativo
1) enzima livre E
A B
X Y
Z
B
A
3) complexo E - A - B
X Y
Z
B
A
3) complexo E - A - B
X Y
Z
4) estado de transição E*
5) complexo E - C - D
X Y
Z
C
D
Reação catalisada por uma enzima
continuação
Reação catalisada por uma enzima
X Y
Z
C
D
5) complexo E - C - D
C
X Y
Z
6) complexo E - D
X Y
Z
1) enzima livre E
D
continuação
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS 
CINÉTICAS DAS ENZIMAS
• Potência Catalítica
Aumento da velocidade de reação sem recorrer a aumentos de temperatura
• Especificidade
Interação da enzima com um número limitado de compostos devido à:
configuração complexa da proteína
localização do sítio ativo
configuração estrutural do substrato
• Controle da Potência Catalítica
Para atingir a máxima eficiência e economia, as células regulam suas reações 
metabólicas e a síntese de suas enzimas.
Controladores: pH, concentração do substrato, concentração de inibidores, 
cofatores, enzimas.
Sítio ativo
• Sítio ativo é o local da enzima que se liga aos substratos para
transformar esses em produtos.
• é uma cavidade com forma definida localizada na superfície da molécula
da enzima.
• Como qualquer catalisador, o sítio ativo retorna ao seu estado original
após o desprendimento dos produtos.
• O sítio ativo tem conformação tridimensional.
• O substrato é ligado à enzima através de múltiplas forças fracas.
• A especificidade da ligação depende do arranjo precisamente definido
dos átomos do sítio ativo.
substrato
Resíduos não essenciais sobre a superfície da enzima
Resíduos estabilizadores da estrutura terciária
Centros catalíticos atuando no substrato: grupos catalíticos
Especificidade - O Sítio Ativo das Enzimas
Resíduos de reconhecimento e ligação do substrato
Catálise enzimática
• A estrutura do sítio ativo é específica à reação que a enzima catalisa.
• Grupos do substrato interagem com grupos do sítio ativo da enzima por meio
de interações intermoleculares.
• Modelo chave-fechadura (assume que o substrato e o sítio ativo possuem
estruturas tridimensionais complementares);
Substrato
+
Enzima
a
b
c
Enzima
a
b
c
Centro
ativo
O sítio da enzima é sempre complementar
ao substrato em tamanho, forma e
natureza química.
Catálise enzimática
Modelo de ajuste induzido (no qual a ligação do substrato induz uma mudança no
sítio ativo, somente após essa mudança, o substrato se ajusta perfeitamente ao sítio
ativo).
O sítio ativo tem a forma complementar
ao substrato somente após a ligação.
Modelo chave-fechadura e Modelo de ajuste induzido
o substrato e o sítio ativo possuem estruturas tridimensionais complementares:
a ligação do substrato induz uma mudança no sítio ativo, somente após essa mudança, o 
substrato se ajusta perfeitamente ao sítio ativo
Cofatores Enzimáticos
• Cofatores são componentes não proteicos que se associam à
enzimas para ajudá-las a exercer seu papel catalítico.
• O cofator pode ser um íon metálico ou uma molécula orgânica
chamada coenzima (ex. ATP, biotina)
Complexo cataliticamente ativo
enzima - cofator : haloenzima .
Espécie cataliticamente inativa: apoenzima
.
SubstratoS
Complexo 
Enzima-substrato
A
C
S
Mecanismo para a catálise enzimática 
requerendo uma coenzima ou cofator 
Produtos + 
enzima livre
+
Apoenzima
A
Coenzima 
ou metal
C Enzima
A
C
+
Fatores que alteram a velocidade de reações 
enzimáticas
– Concentração do substrato
– Concentração da enzima
– Presença de inibidores
– Temperatura
– pH
Inibição
• Reações catalisadas por enzimas podem ser inibidas por
moléculas que interferem na formação de produtos.
• Muitas drogas utilizadas no tratamento de doenças funcionam
através de inibição enzimática.
• Por exemplo, uma estratégia importanteno tratamento da AIDS
envolve a administração permanente de um inibidor de
protease projetado especialmente para essa finalidade - Essa
inibição impede que o vírus HIV se propague no organismo
hospedeiro.
Inibição Enzimática - Inibidor competitivo
Enzima
Substrato Inibidor competitivo
Enzima
Compete pelo sítio ativo
Inibição Enzimática – Inibidor não-competitivo
Enzima
Substrato
Inibidor 
não-competitivo
Não compete pelo sítio ativo
Efeito da temperatura
 Temperaturas muito
elevadas provocam a
perda da estrutura nativa,
catalítica, alterando as
ligações químicas mantêm
a estrutura tridimensional
da enzima
(desnaturação).
Efeito do pH 
pH ótimo -> enzima apresenta sua atividade 
máxima
pH ótimo é frequentemente próximo ao pH 
neutro
Velocidade da reação diminui à medida que 
o pH se afasta do pH ótimo
• A concentração de
substrato também é
importante na velocidade
das reações enzimáticas:
A velocidade de uma reação
enzimática depende da
concentração desta enzima:
• Este comportamento pode ser explicado em termos 
da formação do complexo ES.
Concentração de substrato baixa → nem todas as moléculas de
enzima estão combinadas com o substrato.
Concentração de substrato alta → todas as moléculas de enzima
estarão complexadas com o substrato (sítios ativos da enzima
saturados).
Modelo Michaelis-Menten (1913):
1k
2k
3k
4k
PE ESSE 
Velocidade de uma reação enzimática
Complexo enzima-
substrato (ES)
A enzima se complexa
reversivelmente com o
substrato para formar ES:
A teoria de Michaelis-Menten é uma simplificação.
A formação do complexo ES engloba um conjunto de
intermediários:
+
E
S
ES
+
E
P
ES’ EP’ EP
ES da teoria de M-M
Conversão de substrato
(S) em produto (P) em
função do tempo
A velocidade de reação diminui com o tempo, causas:
• A reação inversa torna-se predominante conforme o produto se acumula (os
produtos da reação podem inibir a enzima).
• A enzima torna-se instável durante o curso da reação.
1k
2k
3k
4k
PE ESSE 