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Enzimas: Histórico, Estrutura e Classificação

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4/3/2014 
1 
 ENZIMAS 
 
 
 
) 
Professora: Vera Maria Morsch 
 
1700 – Catálise biológica, em estudos da digestão da carne pelas secreções 
do estômago; 
1850 – Louis Pasteur concluiu que a fermentação do açúcar em álcool pela 
levedura é catalisada por fermentos – Vitalismo; 
1887 – Eduard Buchner descobriu que extratos de levedura poderiam 
fermentar açúcar em álcool provando que a fermentação era promovida por 
moléculas que continuavam a função quando removidas das células; 
Frederick W. Kuhne chamou essas moléculas de Enzimas; 
1926 – James Sumner isolou e cristalizou a Urease. Descobriu que cristais de 
urease consistiam inteiramente de proteínas e postulou que todas as enzimas 
são proteínas (Algumas exceções). 
 
 
 
Histórico 
 Enzimas 
 
• Extraordinário poder de catálise; 
• Alto grau de especificidade; 
• Aceleram reações químicas; 
• Desempenham suas funções em soluções 
aquosas em certas condições de 
Temperatura e pH. 
 
 
Deficiência ou ausência de uma enzima 
Doenças 
Atividade em excesso uma enzima 
 Atividade de Enzimas 
Plasma sanguíneo 
Eritrócitos 
Amostras de tecido 
Diagnóstico de Doenças 
4/3/2014 
2 
• Com exceção de um grupo de RNA catalítico!!!!!!! 
• A atividade catalítica da enzima depende da integridade de sua 
conformação nativa: 
 
 
 
 
 
 
• Se a enzima for desnaturada ou dissociada em suas subunidades a 
atividade catalítica é perdida; 
• Possuem pesos moleculares de cerca de 12.000 até mais de 1 
milhão; 
 
 
Estruturas 
Todas enzimas são proteínas..... Reação Enzimática 
• E + S ES P + E 
 
Co-fatores 
Pequenas moléculas orgânicas ou 
inorgânicas que podem ser necessárias para a 
função de uma enzima. 
A fração protéica de uma enzima, 
na ausência do seu co-fator, é 
chamada de apoenzima. 
4/3/2014 
3 
Coenzima 
São compostos orgânicos, quase 
sempre derivados de vitaminas, que 
atuam em conjunto com as enzimas 
Uma coenzima ou íon metálico ligado muito forte ou covalentemente á 
enzima é chamado de grupo prostético 
Holoenzima = É uma enzima cataliticamente ativa completa, ligada a: 
enzima + co-fator + coenzima 
A CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS SE DÃO A 
PARTIR DAS REAÇÕES QUE ELAS CATALISAM... 
1. Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações de transferência 
de elétrons. Ex:. Desidrogenases e as Oxidases; 
 
2. Transferases: Enzimas que catalisam reações de transferência de 
grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Ex:. 
as Quinases e as Transaminases; 
 
3. Hidrolases: Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: As 
peptidades; 
 
4. Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de 
moléculas de água, amônia e gás carbônico. Ex:. As Dehidratases e as 
Descarboxilases; 
 
5. Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos 
ou geométricos. Ex:. Epimerases; 
 
6. Ligases: Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da 
ligação entre duas já existentes, sempre às custas de energia (ATP). Ex:. 
Sintetases. 
 
 
Oxirredutases 
Transferases 
Hidrolases 
Liases 
Isomerases 
Ligases 
Nomenclatura e Classificação 
4/3/2014 
4 
Cada enzima possui código com 4 dígitos que caracteriza 
o tipo de reação catalisada... 
 
1955 - Comissão de Enzimas (EC) da União Internacional de Bioquímica (IUB) - nomear 
e classificar. 
 
E.C. e o número.... Que corresponde a: 
1° dígito - classe 
2° dígito - subclasse 
3° dígito - sub-subclasse 
4° dígito - indica o substrato 
 
Ex:. E.C. 2.7.1.1 Nome: Hexoquinase 
2 - classe - Transferase 
7 - subclasse - Fosfotransferases 
1 - sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila como receptor 
1 - indica ser a D-glicose o receptor do grupo fosfato 
 
• A catálise enzimática das reações é essencial para os 
sistemas vivos; 
 
• Reações não catalisadas tendem a serem LENTAS; 
 
• As reações requeridas para digerir os alimentos, enviar 
sinais nervosos ou contrair um músculo não ocorrem 
com uma velocidade útil sem a catálise. 
A característica que distingue uma reação catalisada por 
uma enzima é que ela se realiza dentro de um bolsão 
confinado da enzima – SÍTIO ATIVO 
 
 
 
 
SUBSTRATO 
 
Molécula que é ligada ao sítio ativo e age sobre a enzima. 
Resíduos de aa!!! 
Ligação de um substrato a uma enzima no sitio ativo. 
Se ligam ao substrato 
 Sitio Ativo 
 Revestido com resíduos de aa 
4/3/2014 
5 
Fatores externos que influenciam na velocidade de uma reação 
enzimática 
 - Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da 
reação, até se atingir a temperatura ótima; a partir dela, a atividade 
volta a diminuir, por desnaturação da molécula. 
 
 - pH: Igual à temperatura; existe um pH ótimo, onde a distribuição de 
cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sítio 
catalítico, é ideal para a catálise. 
 
 
 
 
 
As enzimas afetam as velocidades da reação e não o seu 
equilíbrio.... 
Estado 
basal Estado 
basal 
ΔG’°= variação de energia livre 
ΔG = energia de ativação 
Elas não são consumidas no processo!!! 
4/3/2014 
6 
Comparação de uma reação catalisada de uma reação 
não-catalisada 
E + S ES EP E + P 
Aumento da 
velocidade da reação 
e diminuição da 
energia de ativação 
 O requerimento de interações fracas para 
impulsionar a catálise é uma razão por que as 
enzimas são tão grandes 
 
 
 
 
pois elas devem oferecer grupos funcionais para 
as interações iônicas, pontes de hidrogênio e 
outras, posicionando esses grupos para que a 
energia de ativação seja otimizada no estado de 
transição. 
Formas complementares de um substrato e seu sitio de ligação em uma enzima 
Emil Fischer 1894 – “as enzimas são estruturalmente 
complementares aos seus substratos, de forma que se ajustam 
entre si como uma chave e fechadura” 
MECANISMO DE AÇÃO 
• Efetividade das interações E - S: 
 
• Emil Fischer (1894) : “chave – fechadura” 
 
• Haldane (1930), Linus Pauling (1946): 
 
 
• E complementar ao ET dos S 
 
 
 
 
 
 
 
– 
 
 
 
 
 
 
4/3/2014 
7 
 
A energia de ativação contribui para a especificidade da 
reação e a catálise... 
 
• A enzima não será capaz de interagir com outras 
moléculas que não estão arranjadas de maneira a 
formar interações especificas com o seu sitio ativo, 
neste caso o substrato é pobre para a enzima; 
Energia formada através da interação enzima-substrato 
• Reação muito estável.. 
Improvável de ocorrer... 
Interações fracas.. 
Reação ocorre... 
4/3/2014 
8 
Alinhamento dos grupos funcionais catalíticos da 
enzima 
 
• Enzima sofre uma conformação quando o S se liga  
interações fracas: 
 
 Ajuste Induzido (Koshland -1958) 
 Organiza os grupos funcionais específicos da enzima na posição 
correta para catalisar a reação 
Potencializa as propriedades catalíticas da E; 
Formação de interações de ligação fracas adicionais no estado de transição. 
Grupos catalíticos específicos contribuem para a 
catálise... 
• Catálise ácido-base geral 
• Catálise covalente 
• Catálise por íons metálicos 
A concentração do substrato afeta a velocidade 
das reações catalisadas por enzimas... 
Uma abordagem simplificadora nos experimentos 
de cinética é medir a velocidade inicial (Vo), quando 
a [S]for maior que a [E]. 
 
Onde a E pode estar em [ ] nanomolares, enquanto 
que S em [ ] cinco a seis ordens de magnitude 
maior!! 
Cinética enzimática 
Determina as constantes de afinidade do S e 
dos inibidores; 
Conhecer as condições ótimas da catálise; 
Ajuda a elucidar os mecanismos de reação; 
Determinar a função de uma determinada 
enzima em uma rota metabólica. 
 
O modelo de Michaelis-Menten é útil 
para explicar a cinética das reações 
catalisadas por enzimas. 
4/3/2014 
9 
Modelo de Michaelis e Menten 
O modelo de Michaelis-Menten considera que uma reação 
enzimática ocorre em dois passos: 
 
ETAPA 1. Ligação de um substrato (S) a uma enzima (E), 
formando um complexo intermediário (ES) 
 
ETAPA 2. Formação do produto (P) a partir do complexo 
ES, com recuperação da forma livre da enzima (E) 
• Enzima primeiro combina reversivelmente 
com o S para formar o ES, em uma etapa 
reversível e rápida: 
• O complexo ES depois se quebra em uma 
segunda etapa mais lenta produzindo a E 
livre e produto P da reação 
• A medida que a [S] aumenta a Vmax é 
proporcional a [S]. 
 
• E essa Vmax é observada quando 
virtualmente toda a Enzima estiver 
presente como complexo ES e a [E] é 
pequena  Atinge a SATURAÇÃO 
4/3/2014 
10 
• Quando essa E é misturada a um grande 
excesso de substrato, ocorre um período 
inicial, o estado pré-estacionário onde o ES 
se estabelece; (duração de poucos 
microsegundos) 
 
• A reação logo alcança o Estado Estacionário, 
onde a [ES] permanece constante com o 
tempo. 
A relação entre a concentração de substrato e a 
velocidade da reação pode ser expressa 
quantitativamente 
• A curva expressando a relação entre a [S] 
e a Vo segue a mesma forma para a 
maioria das enzimas 
 
 
 
• E são expressas algebricamente pela 
equação de Michaelis e Menten 
 
 
Essa equação deriva da hipótese de que a etapa limitante da reação 
nas reações enzimáticas é a quebra do complexo ES até o produto 
e a Enzima livre 
4/3/2014 
11 
Parâmetros Cinéticos são usados para comparar 
as atividades enzimáticas 
• As enzimas que seguem o comportamento 
de uma curva hiperbólica são seguem a 
cinética de Michaelis e Menten. 
 
Quando: 
 
 Km=[S] quando a Vo= 1/2 Vmax 
 
Para uma mesma enzima temos Km diferentes 
O Km de um substrato para uma enzima específica é 
característico, e nos fornece um parâmetro de 
especificidade deste substrato em relação à enzima. 
Quanto menor o Km, maior a especificidade... 
Enzimas que obedecem a 
relação Michaelis e Menten 
usando o Diagrama de 
Lineweaver-Burk produzem 
uma linha reta 
Facilidade de distinguir tipos 
de reações 
Analisar Inibidores 
 
Muitas enzimas podem catalisar reações 
com dois ou mais substratos 
• Exemplo: 
Reação catalisada pela HEXOQUINASE 
Substratos 
A hexo possui um Km característico para cada 
substrato. 
Ambos os substratos podem estar ligados a enzima 
formando um complexo ternário não-covalente 
4/3/2014 
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As enzimas estão sujeitas à inibição 
reversível ou irreversível 
Os inibidores enzimáticos são agentes moleculares 
que interferem na catálise 
 
 diminuindo parando as reações 
INIBIDORES ENZIMÁTICOS... 
Qualquer substância que reduz a velocidade de uma 
reação enzimática. 
 
 
MISTO 
•Inibição Enzimática Reversível 
Um tipo comum de inibição reversível é chamado de 
inibição competitiva, onde um inibidor competitivo 
compete com o substrato pelo o sitio ativo de uma enzima 
Inibidores competem com o sítio ativo da enzima!!! 
 
 
INIBIÇÃO COMPETITIVIA 
Vmáx inalterada 
 
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• Inibição incompetitiva 
Inibidores incompetitivos ligam-se a um sítio separado, mas unem-se apenas 
ao complexo ES!!! 
INIBIÇÃO INCOMPETITIVA 
Mudança na Vmáx e no Km, tendem a diminuir 
 
• Inibição mista 
 
Inibidores mistos ligam-se a um sítio separado, mas podem unir-se tanto a 
E quanto no ES!!! 
INIBIÇÃO MISTA 
Afeta o Km e a Vmax 
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Inibição Enzimática Irreversível 
Inibidores irreversíveis são aqueles que se ligam de forma 
covalente ou destroem um grupo funcional de uma enzima 
que é essencial para a atividade enzimática. 
A enzima não volta mais a 
sua atividade normal.. 
Enzimas Reguladoras 
 Não obedecem a cinética de Michaelis-Menten; 
 
Controlam a etapa limitante em uma cadeia de reações 
enzimáticas; 
 
Tem sua atividade catalítica aumentada ou diminuída em 
resposta a determinados sinais, moléculas sinalizadoras 
(pequenos metabólicos ou cofatores). 
 
Classes de enzimas reguladoras: 
 Enzimas alostéricas; 
 Enzimas reguladas pela modificação covalente reversível 
 
Enzimas alostéricas 
Funcionam através da ligação não-covalente e reversível 
de um metabólito regulador chamado modulador; 
 
Moduladores podem ser inibidores ou ativadores; 
 
São maiores e mais complexas, possuem duas ou mais 
cadeias polipeptídicas. 
 
Enzimas reguladas por modificação covalente 
reversível 
 
Grupos químicos são ligados covalentemente e removidos 
da enzima reguladora por enzimas diferentes. EX:. fosfato, 
adenosina monofosfato, grupos metil, etc. 
 
 
 
 Modulador 
 
Inibidores 
 
Estimuladores 
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15 
Inibição por 
Retroalimentação 
Aspartato transcarbamilase, que catalisa a primeira 
reação da biossíntese de nucleotídeos de pirimidina, 
apresenta 12 cadeias polipeptídicas organizadas em 
subunidades catalíticas e reguladoras 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 arranjos catalíticos : azul e púrpura 
3 arranjos reguladores : Vermelho e amarelo 
2 arranjos catalíticos : azul e púrpura 
3 arranjos reguladores : Vermelho e amarelo 
Enzimas Alostéricas diferem de enzimas 
não reguladas... 
 
Diferenças estruturais 
 
Possuem um ou mais sítios alostéricos para a ligação do 
modulador 
 
Cada sitio regulador é especifico para o seu modulador 
 
São maiores e mais complexas 
4/3/2014 
16 
As propriedades cinéticas das enzimas 
alostéricas divergem do comportamento de 
Michaelis e Menten 
 
As enzimas alostéricas mostram relações Vo e [S] 
diferentes da cinética de Michaelis e Menten 
 
Elas não exibem saturação com o substrato quando a [S] 
for alta; 
 
Produzem uma curva de saturação sigmóide e não 
hiperbólica. 
• Modulador positivo (ativador), curva mais 
próxima de uma hipérbole, diminui o K0,5 
• Modulador negativo ( inibidor), curva mais 
sigmoidal, aumento no K0,5 
 
Resumindo enzimas.... 
...são proteínas complexas que produzem 
uma alteração química específica sobre 
outras substâncias sem que exista uma 
alteração sobre si mesma. 
 
Sua principal função é a catálise biológica, 
além de reguladoras dessas reações, por 
isso são consideradas as unidades 
funcionais do metabolismo celular...

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