Enzimas e cinética enzimática

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UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA DA REGIÃO DE CHAPECÓ
ÁREA DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
Professora: Greicy Michelle Conterato
*
* VISÃO GERAL
1. CONCEITO
2. COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA
3. ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA REAÇÃO ENZIMÁTICA
4. CARACTERÍSTICAS GERAIS DAS ENZIMAS
5. NOMENCLATURA
6. ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA CATÁLISE ENZIMÁTICA
7. CINÉTICA ENZIMÁTICA
8. FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES8. FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES
9. MECANISMOS CATALÍTICOS
10. INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
11. ENZIMAS REGULADORAS
* CONCEITO
*São catalisadores biológicos que aumentam a velocidade das 
reações e portanto, comandam TODAS as vias metabólicas. 
*Formadas por longas cadeias de aminoácidos. Exceção: *Formadas por longas cadeias de aminoácidos. Exceção: 
RIBOZIMAS.
Estrutura Estrutura 
EnzimáticaEnzimática
Holoenzima
COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA
RNARNA
RibozimasRibozimas
Se covalente
Apoenzima ou
Apoproteína
Grupo Prostético
Cofator
Coenzima
Proteína
Pode ser:
• íon inorgânico
• molécula orgânica
*Substrato;
*Enzima;
ELEMENTOS ENCONTRADOS EM UMA
REAÇÃO ENZIMÁTICA
*Sítio ativo;
*Cofator 
* Possuem todas as características das proteínas:
* Conformação nativa � atividade catalítica
* Estabilidade
* EFICIÊNCIA CATALÍTICA �
CARACTERÍSTICAS GERAIS DAS ENZIMAS
Geralmente, as reações catalisadas por
enzimas ocorrem de 103 a 108 vezes mais
rápidas do que as reações não catalisadas.
* ESPECIFICIDADE �
* REGULAÇÃO 
* LOCALIZAÇÃO DENTRO DA CÉLULA � lisossomas, mitocõndrias, núcleo, 
citoplasma.
rápidas do que as reações não catalisadas.
RELATIVA
ABSOLUTA
ESTEREOESPECIFICIDADE
�Adição do sufixo “ase” ao nome do substrato, à
palavra ou frase que descreve sua atividade;
�Comissão de Enzimas → IUB
•Número classificatório de 4 dígitos →
* NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO
•Número classificatório de 4 dígitos →
identificando a reação.
1º = 6 classes que a enzima pertence
2º = tipo de ligação que a enzima atua
3º = subclassificação do tipo de ligação
4º = número de série
�Principais classes das enzimas
Oxidorredutases ⇒ reações de oxidação-
redução ou transferência de elétrons (NADH,
NADPH, FAH2)
* NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO
2
Transferases ⇒ transferem grupos funcionais
entre moléculas
(Grupos: com um carbono, aldeído ou cetona, acil, glicosil, fosfatos, 
enxofre)
Hidrolases ⇒ reações de hidrólise
(Ésteres, ligações glicosídicas, ligações peptídicas, outras ligações C-N, 
anidridos ácidos)
�Principais classes das enzimas
Liases ⇒ catalisam a quebra de ligações
covalentes e a remoção de moléculas de água,
amônia e gás carbônico
(=C=C=, =C=O, =C=N-)
* NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO
Isomerases ⇒ transferência de grupos dentro da
mesma molécula para formar isômeros
(racemases)
Ligases ⇒ catalisam reações de formação de
novas moléculas a partir da ligação entre duas
pré-existentes, sempre às custas de energia
(C-O, C-S, C-N, C-C)
�Exemplo
ATP + D-glicose ADP + D-glicose-6-fosfato
Nome formal → ATP: glicose fosfotransferase
Número → 2.7.1.1
* NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO
Número → 2.7.1.1
1º = transferase
2º = fosfotransferase
3º = fosfotransferases → grupo hidroxila como receptor
4º = D-glicose receptor do grupo fosfato
Nome Trivial: HEXOQUINASE
*MECANISMOS DA REAÇÃO 
ENZIMÁTICA:
*COMO AS ENZIMAS 
FUNCIONAM???
►O mecanismo da reação enzimática pode ser descrito em 
duas perspectivas diferentes:
1) Alterações de energia que ocorrem durante a reação;
2) Como o sitio ativo facilita quimicamente a catálise.
* ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA 
CATÁLISE ENZIMÁTICA ���� COMO 
AS ENZIMAS FUNCIONAM?
*Para uma reação química hipotética (na ausência de enzima):
* ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA CATÁLISE ENZIMÁTICA ����
COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM?
�

S T* P�

↑↑↑ energia de 
ativação ����
Velocidade da 
1) Alterações de energia que ocorrem durante a reação:
Velocidade da 
reação muito lenta!!
*Para uma reação enzimática:
* ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA CATÁLISE ENZIMÁTICA ����
COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM?
1) Alterações de energia que ocorrem durante a reação:
Rota de reação 
alternativa com 
menor energia de 
ativação ���� ↑↑↑
velocidade
Diagrama de coordenadas de reação comparando uma reação catalisada enzimaticamente com uma não catalisada.
*O aumento na velocidade das reações e a diminuição da energia de
ativação podem ser explicados por 2 princípios:
A) Rearranjo das ligações covalentes durante a reação;
* ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA CATÁLISE ENZIMÁTICA ����
COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM?
A) Rearranjo das ligações covalentes durante a reação;
B)Interações não-covalentes entre a enzima e o substrato �
FORMAÇÃO DO COMPLEXO ES: interações hidrofóbicas, iônicas e
pontes de hidrogênio � a formação de cada interação fraca libera
a energia (energia de ligação) necessária para a enzima reduzir a
energia de ativação da reação. INTERAÇÕES FRACAS SÃO
OTIMIZADAS NO ESTADO DE TRANSIÇÃO.
2) Como o sitio ativo facilita quimicamente a catálise:
*Modelos de Complexo Enzima-Substrato
Emil Fischer (1894) 
� chave e 
fechadura
�Koshland (1958):
encaixe induzido
2) Como o sitio ativo facilita quimicamente a catálise:
CONCLUINDO:
Figura :Uma enzima imaginária (“bastonase” ) projetada para catalisar a 
quebra de um bastão de metal.
*Concluindo: 
*Uma enzima complementar ao substrato é uma enzima 
pouco eficiente, pois:
*O sítio ativo deve atuar como um molde flexível, ou*O sítio ativo deve atuar como um molde flexível, ou
seja, possuir uma geometria estruturalmente
semelhante ao estado de transição ativado da
molécula.
*As interações ótimas (ligações fracas) entre a enzima e
o substrato ocorrem somente no estado de transição.
*
*ESTUDANDO PARÂMETROS CINÉTICOS DAS *ESTUDANDO PARÂMETROS CINÉTICOS DAS 
REAÇÕES ENZIMÁTICAS EM LABORATÓRIO
*EQUAÇÃO DE MICHAELIS-MENTEM
�Concentrações
[S]>>km, a v da reação 
é de ordem zero
�Concentrações
relativas de E e S;
�Características do
Km (alto ou baixo); O
km não varia com a
concentração da
enzima.
�V x [E]
�Ordem da reação[S]<<km, a v da reação 
é de primeira zero
* Transformações da equação de Michaelis-Menten:
*Gráfico de Lineweaver-Burk:
Utilidade do gráfico:
1. Serve para calcular precisamente Vmáx e Km;
2. Determinar mecanismos de inibição enzimática
8) FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES 
ENZIMÁTICAS:
� CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO;
� pH � ionização do sítio ativo
desnaturação da enzimadesnaturação da enzima
� TEMPERATURA
*
1) CATÁLISE ÁCIDO-BÁSICA: 
*���� Aminoácidos do centro ativo, com cadeias
laterais ionizáveis, são capazes de liberar prótons
durante a catálise.
*
2) CATÁLISE COVALENTE:
*���� Formação transitória de uma ligação covalente
entre o catalisador (grupo nucleofílico) e o substrato
(grupo eletrofílico).
*� Envolve com freqüência a participação de
coenzimas
*
3) CATÁLISE POR ÍONS METÁLICOS
*���� Metais ligados firmemente à enzima ou captados da
solução junto com o substrato;
*���� Ligam-se ao substrato;
*���� Medeiam reações de oxi-redução;
*���� Estabilização eletrostática ou proteção de cargas
negativas.
*
*O QUE SÃO INIBIDORES?
*Inibidores reversíveis (competitivos e não competitivos);
*Inibidores irreversíveis.
*10.1 INIBIDORES REVERSÍVEIS:
*COMPETITIVO:
MALONATO X SUCCINATO COM 
SUCCINATO DESIDROGENASE;SUCCINATO DESIDROGENASE;
METANOL X ETANOL COM ÁLCOOL 
DESIDROGENASE;
SINVASTATINA � INIBE HMG-COA 
REDUTASE
*10.1 INIBIDORES REVERSÍVEIS:
*NÃO-COMPETITIVO:
Organofosforados � inibem a 
acetilcolinesteraseacetilcolinesterase
*10.1 INIBIDORES REVERSÍVEIS:
*MISTO:
*10.2 INIBIDORES IRREVERSÍVEIS:
�I se combinacom um grupo funcional, na molécula da E, que é essencial 
para sua atividade.
� Podem promover a destruição do grupo funcional
� Forma-se uma ligação COVALENTE entre o I e a E.
�Participam dos primeiros passos químicos da reação enzimática normal.
�São relativamente pouco reativos até se ligarem ao sítio ativo de uma 
enzima específica.enzima específica.
� Vmax ↓ → parte da E é completamente removida do sistema e Km 
permanece a mesma.
K2
EE + + PPEE + + SS EESS
K1
EEII
++
II
*
*A) REGULAÇÃO ALOSTÉRICA
*B) REGULAÇÃO POR MODIFICAÇÃO COVALENTE
*C) INDUÇÃO E REPRESSÃO DA SÍNTESE DA 
ENZIMA
*D) PROTEÓLISE
*
*Modulador � efetor �
positivo ou negativo;
*Efetores homotrópicos e
heterotrópicos;
*Ligação não-covalente
efetor + enzima;
*Enzimas com múltiplas
subunidades e catalisam
os passos iniciais de uma
via metabólica.
*
EXEMPLO DE EFETOR 
HETEROTRÓPICO ����HETEROTRÓPICO ����
INIBIÇÃO POR 
RETROALIMENTAÇÃO
*
*Efetores homotrópicos:
geralmente é um efetor positivo �
COOPERATIVIDADE dos sítios ativos 
� curva sigmóide 
Efetores Heterotrópicos: 
� pode ser diferente do substrato;
� inibição por feedback
*
*���� Adição ou remoção de
grupo fosfato (geralmente por
ligação covalente) em resíduos
de serina, treonina, tirosina
da enzima.da enzima.
*� Para atuar como um
mecanismo eficiente a
fosforilação deve ser
reversível.
*
* INDUÇÃO E REPRESSÃO DA SÍNTESE DA ENZIMA
*� São aquelas necessárias em um estágio do desenvolvimento ou em* São aquelas necessárias em um estágio do desenvolvimento ou em
condições fisiológicas selecionadas. Ex: o aumento nos níveis de
insulina promove um aumento na síntese de enzimas chaves no
metabolismo da glicose.
*� Não influenciam a eficiência das moléculas de enzimas existentes;
*� Tempo requerido para a alteração: dias a semanas.
*
*É a ativação de
enzimas por meio
de clivagem
proteolítica. Ex:
zimogênios
(precursor(precursor
inativo) são
clivados para
formar a enzima
ativa (tripsina e
quimiotripsina).