Enzimas parte 1

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
ENZIMAS
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
FACULDADE DE FARMÁCIA, ODONTOLOGIA E ENFERMAGEM
INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA
PROFA. DANIELE BEZERRA DE SOUSA
Parte 1
*
PLANO DE AULA
Contéudo
Conceito de enzimas
Enzimas X catalisadores químicos/sintéticos
Sítio ativo
Cofatores e coenzimas
Modelos de interação enzima-substrato
Cinética enzimática
*
Manutenção da Vida Celular
As reações químicas nos seres vivos devem ocorrer em velocidades adequadas e de forma específica
*
Enzimas
	São proteínas responsáveis pela catálise das reações dos sistemas biológicos (aumentam a velocidade de uma reação sem alterar a constante de equilíbrio ou a variação de energia livre)
*
Enzimas
Reações de quebra de nutrientes e construção de macromoléculas
Reações para obtenção de energia (função neural, contração muscular, etc)
*
Vantagens das enzimas em relação a outros catalisadores
 Alta eficiência catalítica – muito maior do que os catalisadores sintéticos;
Aumentam em torno de 1017 a velocidade das reações;
 Alto grau de especificidade;
 Funcionam em condições específicas de pH e temperatura
*
*
A atividade catalítica da enzima depende da integridade da sua conformação nativa
*
Sítio ativo – Região da enzima onde ocorre a reação
Substrato – Molécula que é ligada no sítio ativo e age sobre a enzima.
*
Algumas características do sítio ativo:
É uma fenda tridimensional formada por diferentes grupos oriundos dos aminoácidos
Ocupam uma pequena porção da molécula
OBS: Demais aminoácidos da proteína – Podem estar envolvidos na regulação da enzima, podem interagir com outras proteínas ou moléculas, podem trazer os substratos para os sítios ativos etc.
São microambientes especiais
São ligados a seus substratos através de interações fracas
Assumem uma forma que só é complementar à do estado de transição depois que o substrato estiver ligado.
*
O sítio ativo é específico para o substrato 
Substrato – Molécula que é ligada no sítio ativo e age sobre a enzima.
*
Cofator (íons inorgânicos - Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+)
Coenzima – complexo orgânico ou molécula orgânica não-proteica
Atuam como transportadores de grupos químicos. Durante a catálise localizam-se no centro ativo juntamente com o substrato.
Cofatores e Coenzimas
*
*
*
INDISPENSÁVEIS ao crescimento e às funções normais dos animais superiores. São requeridas na dieta em pequenas quantidades (g ou mg diários).
Vitaminas
*
Classes de enzimas
International Union of Biochemists (IUB)
*
Componentes da reação enzimática
 E + S E S E + P
E - Enzima
S - Substrato(s)
ES - Complexo Enzima -Substrato
P – Produto(s)
Como as enzimas afetam a velocidade das reações?
*
G* = Energia livre do estado de transição
*
As enzimas (catalisadores) aumentam as velocidades de reação diminuindo as energias de ativação
 E + S E S E P E + P
Administrador - As vezes, as reações são exergônicas mas precisariam de uma quantidade de energia muito grande para ocorrer a fim de atingir o estado de transição. Assim, não fosse as enzimas elas demorariam muito tempo para ocorrer. Exemplo: reação da sacarose com oxigênio para gerar CO2 e água. 
*
Energia de ativação – é a quantidade de energia livre requerida para levar os reagentes ao estado de transição.
*
Como ocorre a interação ENZIMA - SUBSTRATO
Mecanismos ainda não bem definidos.
Ligações covalentes transitórias entre substratos e grupos funcionais da enzima (cadeias laterais de aminoácidos, íons metálicos, coenzimas)
	
Interações não-covalentes entre a enzima e o substrato – Grande parte da energia requerida para diminuir as energias de ativação é derivada de interações fracas
*
*
*
Interação ENZIMA-SUBSTRATO
Cada interação fraca no complexo ES libera uma pequena quantidade de energia livre que confere estabilidade à interação. 
Energia de Ligação (ΔGB)
É a energia derivada da interação enzima-substrato.
É a principal fonte de energia livre usada pelas enzimas para diminuir as energias de ativação das reações 
*
Interação ENZIMA-SUBSTRATO
Modelo 1 - Chave e Fechadura
Não leva em consideração a flexibilidade conformacional
*
Interação ENZIMA-SUBSTRATO
Modelo 2 – Encaixe induzido
*
Modelo 2 – Encaixe induzido
Interação ENZIMA-SUBSTRATO
*
Interação ENZIMA-SUBSTRATO
Modelo 2 – Encaixe induzido
*
Determinar as constantes de afinidade do S e dos inibidores;
Conhecer as condições ótimas da catálise;
Ajudar a elucidar os mecanismos de reação;
Determinar a função de uma determinada enzima em uma via metabólica.
Estudos de Cinética Enzimática
Estudos de cinética enzimática são feitos com base na velocidade inicial – V0
*
Efeito da concentração do substrato sobre a velocidade de uma reação catalisada por enzimas
*
Em qualquer instante numa reação enzimática ou a enzima estará na forma livre E (livre) ou na forma ES
Enzima saturada – quando toda a enzima estiver na forma ES – Velocidade máxima (Vmax)
Formação do complexo Enzima-Substrato (ES)
Velocidade de uma reação (V) = k. [Reagente(s)]
*
Essa equação expressa algebricamente o gráfico de velocidade e foi deduzida baseada na hipótese de que a etapa limitante numa reação enzimática é a quebra de ES para formar P e E livre.
*
Constante de Michaelis-Menten
*
E + S
K1
K-1
ES
K2
E + P
Etapa rápida
Etapa lenta
Estado Estacionário 
V0 formação de ES = V0 quebra de ES (1)
[ Et ] = [ E ] + [ ES ] (2)
V0= k2 [ ES ] (etapa limitante) (3) Vmax= k2 [ ES ] 
Em Vmax [ Et ] = [ ES ] (4)
*
E + S
K1
K-1
ES
K2
E + P
Etapa rápida
Etapa lenta
Estado Estacionário 
V0 formação de ES = V0 quebra de ES (1)
V0 formação de ES = k1 [E] [S] (5)
V0 quebra de ES = k2 [ES] + k-1 [ES] (6)
*
V0 formação de ES = V0 quebra de ES (1)
V0 formação de ES = k1 [E] [S] (5)
V0 quebra de ES = k2 [ES] + k-1 [ES] (6)
k1 [E] [S] = k2 [ES] + k-1 [ES]
 
k1 ([Et] – [ES]) [S] = k2 [ES] + k-1 [ES]
k1 [Et] [S] - k1 [ES] [S] = [ES] (k2 + k-1 )
k1 [Et] [S] = [ES] (k2 + k-1 ) + k1 [ES] [S]
k1 [Et] [S] = [ES] (k2 + k-1 + k1 [S])
[ES] = k1 [Et] [S] / (k2 + k-1 + k1 [S])
 
Colocando [ES] em evidencia
*
[ES] = k1 [Et] [S] / (k2 + k-1 + k1 [S])
[ES] = [Et] [S] / [(k2 + k-1 )/ k1] + [S]
Lembrando que V0= k2 [ ES ] (etapa limitante) (3) então 
[ ES ] = V0/ k2 
V0/ k2 = [Et] [S] / Km + [S]
V0 = k2 [Et] [S] / Km + [S]
Lembrando que em Vmax [ Et ] = [ ES ] (4)
E que Vmax=K2 [ES] 
V0 = Vmax [S] / Km + [S]
 
Dividindo por k1
*
Km é igual a concentração do substrato que resultará na ocorrência de uma reação na metade da velocidade máxima.
*
Km alto – baixa afinidade entre a enzima e o substrato
Km baixo – alta afinidade entre a enzima e o substrato
*
*
Equação de Lineweaver-Burk
*
Muitas enzimas que obedecem a cinética de Michaelis-Menten apresentam mecanismos de reações diferentes, com número de etapas diferentes;
Estudos de Cinética Enzimática
Km = K2 + K-1/K1
Vmax = K2 [Et]
A etapa limitante pode nem sempre ser a 2
*
Kcat – Constante de velocidade que descreve a etapa limitante de qualquer reação catalisada por enzimas na saturação.
Estudos de Cinética Enzimática
Melhor forma de comparar eficiência catalítica = Kcat/Km
*