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Aula 3 enzimas

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ENZIMAS 
Prof.	Sandro	Gomes	Soares	
conteúdo 
•  Resumo	do	conteúdo	da	aula	passada;	
•  Importância	biológica	das	enzimas;	
•  Definição,	função	e	estrutura;	
•  Classificação;	
•  Regulação;	
Recapitulando... 
Recapitulando... 
Grupos	R	carregados	positivamente	
Grupos	r	carregados	negativamente	
Grupos	R	polares,	não	carregados	
Grupos	R	apolares;	alifáticos	
Grupos	R	aromáticos	
Alanina, valina, leucina e 
isoleucina tendem a se 
agrupar no interior de 
proteínas, estabilizando a 
estrutura proteica por meio 
de interações hidrofóbicas. 
Prolina reduz flexibilidade. 
Todos podem participar em 
interações hidrofóbicas. 
O grupo hidroxila da tirosina pode 
formar ligações de hidrogênio e é 
um importante grupo funcional em 
algumas enzimas 
São mais solúveis em água, ou mais 
hidrofílicos do que os aminoácidos 
apolares, porque eles contêm grupos 
funcionais que formam ligações de 
hidrogênio com a água. 
São mais hidrofílicos e seus 
resíduos facilitam muitas 
reações catalisadas por enzimas, 
funcionando como doadores/
aceptores de prótons. 
Igualmente hidrofílicos 
Covalente:	
H	–	H					=	436	KJ	
H	–	CH2	=	473	KJ	
H	–	OH		=	498	KJ	
H	–	S						=	344	KJ	
Ponte	H	
23	KJ	
Energia	de	dissociação	
Existem quatro níveis de organização na estrutura de uma 
proteína. 	
1.  A sequência de aminoácidos e conhecida como estrutura primária. 
2.  Os	trechos	da	cadeia	polipeptídica	que	formam	hélices	α	e	folhas	β	constituem	a	estrutura	secundária	da	proteína.	
3.  A	conformação	tridimensional	completa	da	cadeia	polipeptídica	algumas	vezes	é	chamada	de	estrutura	terciária.	
4.  Se	uma	proteína	em	particular	é	formada	por	um	complexo	de	mais	de	uma	cadeia	polipeptídica,	a	estrutura	
completa	e	designada	estrutura	quaternária.		
1	 2	 3	 4	
Sequência	de	
aminoácidos	
Hélice	α	 Cadeia	polipeptídica	 Proteína	completa	com	suas	
Subunidades	polipeptídicas	
Recapitulando... 
•  Diferentes	funções:	
•  Catalítica:	acelera	reações;	
•  Transporte;	
•  Reserva;	
•  Contração:	promove	movimento	de	estruturas	celulares;	
•  Reguladora	/	Hormonal;	
•  Estrutural;	
•  Defesa	e	proteção;	
•  Genética:	atuam	se	envolvendo	com	os	ácidos	nucleicos	para	várias	funções	.	
Importância	biológica	das	enzimas		
•  Área	médica	
!  Causam	doenças	
!  Servem	para	diagnósticos	e/ou	prognósticos.	
!  Tratamento	de	enfermidades	
"  Engenharia	química	
"  Indústria	de	alimentos	
"  Tratamento	de	efluentes	
Importância	biológica	das	enzimas		
TGO	/TGP	
TGO	=	transaminase	glutâmico-oxaloacética	ou	aspartato	aminotransferase	(AST)	
TGP	=	transaminase	glutâmico-pirúvica	ou	alanina	aminotransferase	(ALT)	
Presente	no	citoplasma	e	
	mitocôndiras	
Predomina	no	citoplasma	
BIOCHEMISTRY
MODULE Clinical Enzymology
Biochemistry
 296
Notes
There are three types of enzymes:
1. Enzymes which are normally present inside the hepatocytes released into
the blood when there is a hepatocellular damage= markers of hepatocellular
damage.
2. Enzymes which are primary membrane bound (plasma membrane or side
of hepatocytes) = markers of cholestasis
3. Enzymes which are synthesized in the hepatocyte = indicates disturbances
in the hepatocellular synthesis.
23.3.2.1 Markers of hepatocellular damage
1. Aminotransferases/Transaminases
The transaminases are enzymes involved in the transfer of an amino group from
a 2-amino- to a 2-oxoacid: they need the cofactor, pyridoxal phosphate for
optimal activity. They are widely distributed in the body.
The 2-oxoglutarate/L-glutamate couple serves as one amino group acceptor and
donor pair in all amino-transfer reactions; the specificity of the individual
enzymes derives from the particular amino acid that serves as the other donor
of an amino group. Thus AST catalyzes the reaction:
COOƟ
COOƟ COOƟ
COOƟ
CH2 CH2CH2 CH2
CH2 CH2
COOƟ COOƟCOOƟ COOƟ
C CC CH HNH2 NH2
L-Aspartate
+ O O
2-Oxoglutarate
AST, P-S-P
+
Oxaloacetate L-Glutamafe
ALT catalyzes the analogous reaction:
COOƟ COOƟ
CH3 CH2CH2 CH3
CH2 CH2
COOƟ COOƟCOOƟ COOƟ
C CC CH HNH2 NH2
L-Alanine
+ O O
2-Oxoglutarate
ALT, P-S-P
+
Pyruvate L-Glutamafe
The reactions are reversible, but the equilibrium of AST and ALT reactions favor
formation of aspartate and alanine respectively.
Oxaloacetato	
Piruvato	
Aumento	de	TGO:	doenças	hepáticas,	doenças	
musculoeaqueléticas,	etc;	
Aumento	de	TGP:	obesidade,	pré-eclâmpsia	
grave,	leucemias.	
	Usado	no	diagnóstico	diferencial	de	doenças	
do	sistema	hepatobiliar	e	do	pâncreas	
Importância	biológica	das	enzimas		
Uso	industrial:	
88 z OUTUBRO DE 2012
O futuro na segunda geração de etanol
Após o uso do caldo da cana na primeira geração, utilizam-se o bagaço e as folhas no processo de hidrólise.
Na etapa final, ocorre a fermentação tradicional por leveduras que transformam os açúcares em etanol
no Laboratório Nacional de Ciência e Tecnologia 
do Biotenol (CTBE), e em outras instituições e 
empresas no Brasil e no exterior, que sejam ca-
pazes de utilizar os açúcares de cinco carbonos. 
Na Inglaterra e na Suécia já conseguiram de-
monstrar que isso é possível, mas é tudo feito 
em laboratório com esterilização. Porém, para 
as usinas brasileiras, isso ainda não é suficiente. 
É preciso que as leveduras sejam robustas para 
sobreviver na presença de outros microrganis-
mos, como bactérias, existentes num ambiente 
sem esterilização”, diz Buckeridge, que é tam-
bém diretor científico do CTBE, localizado em 
Campinas, São Paulo. 
Mesmo nos experimentos em relação à etapa 
mais avançada que é a hidrólise da celulose ainda 
pairam muitas dúvidas. “Já existe um bom conhe-
cimento do processo do pré-tratamento, mas ainda 
precisamos investigar as várias opções para fazer a 
hidrólise na forma que a indústria possa absorver 
rapidamente e de modo econômico e sustentável”, 
diz o professor Rubens Maciel Filho, da Universi-
dade Estadual de Campinas (Unicamp), um dos 
coordenadores do Programa FAPESP de Pesquisa 
em Bioenergia (Bioen) do qual o INCT Bioetanol 
também participa. “São necessárias avaliações tec-
IN
FO
G
R
Á
FI
CO
 
A
LE
X
A
N
D
R
E 
A
FF
O
N
SO
estados brasileiros. Nas paredes celulares da cana, 
as hemiceluloses e pectinas, localizadas entre as 
microfibrilas que são aglomerados de moléculas 
de celulose, possuem muitos açúcares compostos 
por cinco carbonos e por isso não são palatáveis 
para as leveduras (Saccharomyces cerevisiae) usa-
das na fermentação do caldo de cana. Elas estão 
acostumadas com a sacarose, formada por glicose 
e frutose, encontrada no suco de cana, ou ainda 
na glicose da celulose e de algumas das hemice-
luloses, que têm seis carbonos. 
O aproveitamento futuro por meio da hi-drólise das pentoses do bagaço, que são os açúcares de cinco carbonos, pode levar a 
um aumento de etanol estimado em, pelo menos, 
mais 5 bilhões de litros na produção brasileira 
(ver Pesquisa FAPESP nº 192), hoje com cerca 
de 25 bilhões de litros. A utilização das pento-
ses também poderá se dar no uso em aplicações 
biotecnológicas, em alimentos e medicamentos, 
agregando valor comercial ao bagaço. Nos pro-
cessos de segunda geração, as enzimas formam 
um líquido que também serve de alimento para 
as mesmas leveduras. “Existem tentativas para 
produzir linhagens de Saccharomyces, inclusive 
5bilhões 
de litros de 
etanol a mais 
são estimados 
com o uso dos 
açúcares da 
hemicelulose
CANAVIAL MOAGEM DA CANA PRÉ-TRATAMENTO 
DO BAGAÇO
HIDRÓLISE FERMENTAÇÃO 
DO CALDO
CANA
CELULOSE
LIGNINA
HEMICELULOSE ENZIMAS TIPO 1
Entrada
da cana
Saída 
do bagaço
ENZIMAS TIPO 2
AÇÚCAR DE 
CELULOSE
AÇÚCAR DA 
HEMICELULOSE
O bagaço é 
composto de
celulose, ligninae hemicelulose,
onde existem 
mais açúcares 
para produzir 
etanol
Enzimas específicas
quebram as moléculas
da celulose e da
hermicelulose que
possuem tipos de
açúcares diferentes.
A lignina é descartada
porque não contém 
açúcares
Enzimas 
transformam 
açúcares da 
celulose e da 
hemicelulose e 
a fermentação 
ocorre em tanques 
diferentes
A ação de enzimas 
no bagaço resulta em 
um líquido que é levado 
para a fermentação
Importância	biológica	das	enzimas		
Uso	industrial:	
Ebert	&	Pelletier,	2017	
17 
ENZIMAS		
18 
ENZIMAS	–	ESTRUTURA	
Se covalente 
Apoenzima ou 
Apoproteína 
Grupo Prostético 
Holoenzima 
Cofator 
Coenzima 
Proteína 
Pode ser: 
•  íon inorgânico 
•  molécula orgânica 
Cofator	–	moléculas	de	baixo	(inorgânico)	
Coenzima	–	moléculas	de	alto	peso	(orgânicos)	
•  As	enzimas	(E)	são	moléculas	extraordinárias	que	determinam	todas	as	transformações	
químicas	que	formam	ou	quebram	ligações	covalentes	nas	células.	
•  Elas	ligam	um	ou	mais	ligantes,	chamados	de	substratos	(S),	e	os	convertem	em	um	ou	mais	
produtos	(P)	quimicamente	modificados,	fazendo	isso	muitas	vezes,	em	uma	rapidez	incrível.	
•  As	enzimas	aceleram	reações,	frequentemente	por	fatores	de	milhões	de	vezes	ou	mais,	sem	
que	elas	próprias	sejam	modificadas	-	isto	é,	elas	agem	como	catalisadores	que	permitem	às	
células	fazer	e	desfazer	ligações	covalentes	de	forma	controlada.		
•  É	a	catálise	por	enzimas	que	promovem	um	conjuntos	organizados	de	reações	químicas	que	cria	
e	mantem	uma	célula,	tornando	a	vida	possível.			
Como	as	enzimas	funcionam?	
Lisozima	
•  Antibiótico	natural	na	clara	do	ovo,	na	saliva,	nas	lágrimas	e	em	outras	secreções.	
•  Reação	é	uma	hidrólise.	Adiciona	água	na	cadeia	polissacarídica	(causa	a	quebra	da	cadeia).	
•  Uma	molécula	de	água	somente	pode	romper	uma	ligação	entre	dois	açúcares	se	a	cadeia	
polissacarídica	estiver	distorcida	em	uma	forma	especifica	(estado	de	transição).		
Em	uma	solução	aquosa	a	temperatura	ambiente,	a	energia	
resultante	de	colisões	moleculares	quase	nunca	excede	a	
energia	de	ativação.	Consequentemente,	a	hidrólise	ocorre	de	
maneira	extremamente	lenta,	se	ocorrer!		
Exemplo de enzima	
Modelo	de	preenchimento	espacial	da	molécula	
de	lisozima	ligada	a	uma	cadeia	polissacarídica	
curta	antes	da	clivagem.		
# Adição do sufixo ”ASE” ao nome do substrato: 
•  gorduras (lipo - grego) – LIPASE 
•  amido (amylon - grego) – AMILASE 
#  Nomes arbitrários: 
•  Tripsina e pepsina – proteases 
Classificação	das	Enzimas:	
										considera	tipo	de				
										reação	e	substratos	
Nomenclatura	oficial	das	enzimas	é	dada	
pela	Enzyme	Comission		da	International	
Union	for	Biochemistry	and	Molecular	
Biology	(IUBMB)	:	
ATPase	(Adenosinatrifosfatase):	EC	3.6.1.3	
-	é	uma	hidrolase.........................3	
-	atua	num	anidrido......................3.6	
-	o	anidrido	contém	fosfato..........3.6.1	
-	esse	anidrido	é	ATP..................3.6.1.3	
Números	identificam	o	tipo	de	
reação	e	o	tipo	de	substrato	
alvo	
Podemos agrupar as enzimas em classes 
funcionais	
As reações catalisadas por enzimas geralmente são conectadas em série, de 
modo que o produto de uma reação toma-se o material de partida, ou substrato, da 
reação seguinte.		
Hexocinase adiciona um grupo fosfato a D-glicose, mas não a L-glicose. 
Trombina só quebra proteína (da coagulação) em regiões contento arginina e uma glicina.		
As	enzimas	trabalham	em	conjunto	
É isso que permite às células 
sobreviverem, crescerem e se 
reproduzirem.		
Essas vias de reações são lineares e longas e, por 
sua vez, estão ligadas umas as outras, formando um 
emaranhado de reações interconectadas. 	
A	ligação	do	substrato	é	a	primeira	etapa	na	catálise	enzimática		
•  Para	uma	proteína	que	catalisa	uma	reação	química	(uma	enzima),	a	ligação	
de	cada	molécula	de	substrato	a	proteína	e	uma	etapa	essencial.		
No	caso	simples	chamamos:	
•  Enzima	de	E	
•  Substrato	de	S		
•  Produto	de	P	
O	caminho	básico	da	reação	é:	
E	+	S	→ES	→ EP	→ E	+	P		
E	(invertase)	+	S	(sacarose)	→ES	(enzima-sacarose)	→ EP	(enzima-produto)	→ 
glicose	+	frutose		
Renovação	
As	enzimas	aceleram	reações	estabilizando	seletivamente	os	estados	de	transição		
As	enzimas	atingem	velocidades	de	reação	extremamente	altas	
-	velocidades	maiores	que	qualquer	catalisador	sintético.		
•  Mantem	todos	os	átomos	na	orientação	correta	para	que	a	
reação	se	processe.	
•  		
•  Um	pouco	da	energia	de	ligação	contribui	diretamente	para	a	
catálise.		
•  As	moléculas	de	substrato	passam	por	uma	série	de	estados	
intermediários	de	geometria	e	de	distribuição	de	elétrons	
alterados	antes	de	formarem	os	produtos	finais	da	reação.	
T=Estado de transição com maior energia.		
Um Catalisador diminui a barreira energética criando percursos alternativos 
da reação para formação do estado de transição. 
Barreira energética	
Estratégias	para	reduzir	a	energia	de	ativação	
Formação	do	complexo	enzima-substrato	depende	da	estrutura	tridimensional:	lembrar	das	interações	fracas!!!!!	
Complexos	multienzimáticos	ajudam	a	aumentar	a	taxa	de	metabolismo	celular		
A eficiência das enzimas na aceleração de reações químicas é crucial para a 
manutenção da vida.		
As células precisam combater o inevitável processo de 
deterioração, o qual, se deixado sem cuidados, leva as 
macromoléculas a uma grande desordem.		
Reações	
favoráveis	
Reações	
desfavoráveis	
(colaterais)	
Morte	
Taxa de utilização de ATP 
(adenosina trifosfato)	
Uma célula renova todo seu 
ATP - 1x a cada 1 ou 2 
minutos. 	
10	milhões	de	ATPs	por	segundo	
	(1g	de	ATP	por	minuto).	
	A	célula	pode	aumentar	as	taxas	de	reações	sem	acréscimo	da	concentração	de	substratos	pela	
aproximação	das	varias	enzimas	envolvidas	em	uma	sequência	de	reações,	formando	um	grande	
conjunto	de	enzimas	conhecido	como	complexo	multienzimático.		
Isso permite que o produto da enzima A passe diretamente para a enzima B e assim por 
diante.		
Esse	complexo	enzimático	catalisa	
a	conversão	da	glicose	a	acetil-
CoA,	como	parte	da	via	que	oxida	
açúcares	a	CO2	e	a	H2O.		
Produção	de	ATP	
Compartimentalização	usando	membranas	(organelas)	aumenta	a	taxa	de	reações		
A	atividade	enzimática	pode	ser	regulada	por	diferentes	mecanismos.	
Entre	estes	mecanismos,	destacam-se:	
Como	são	controladas	as	enzimas	in	vivo,	além	de	alterações	na	disponibilidade	de	S	e	
da	própria	E	?			
Inibição	competitiva	
• Quando	o	inibidor	compete	com	o	substrato	para	
se	localizar	no	centro	ativo,	e	o	grau	de	inibição	é	
influenciado	pela	concentração	de	substrato.	
Quanto	maior	a	concentração	de	substrato	menor	
a	possibilidade	do	inibidor	chocar-se	com	os	
centros	ativos.	
• Reação	normal.	
Inibição	não	competitiva	ou	mista	
• Não	é	afetado	pela	concentração	de	
substrato,	depende	exclusivamente	da	
concentração	de	inibidor.	Este	altera	a	
forma	tridimensional	da	molécula	
enzimática	e	impede	sua	atividade.		
• Reação	normal.	
Enzimas alostéricas possuem dois ou mais sítios de ligação 
interativos		
•  Sítio	ativo	-	que	reconhece	os	substratos.		
•  Sítio	regulador	-	que	reconhece	uma	molécula	reguladora.		
•  Dois ligantes cujos sítios de ligação estão acoplados devem afetar reciprocamente a ligação 
um do outro		
Ligação	acoplada.	
Regulação	positiva.	
•  Inversamente,	a	ligação	recíproca	pode	operar	de	forma	negativa	quando	dois	ligantes	
preferem	ligar-se	a	conformações	diferentes	de	uma	mesma	proteína.		
•  Nesse	caso,	a	ligação	do	primeiro	ligante	desencoraja	a	ligação	do	segundo	ligante.		
A célula regula a atividade catalítica de suas enzimas		
Por suas funções catalíticas,as enzimas geram uma complexa rede de vias metabólicas, cada 
qual composta de uma sequência de reações químicas na qual o produto de uma enzima torna-se 
o substrato da próxima. 	
retroalimentação 
negativa		
Múltiplas inibições 
por retroalimentação 
negativa		
Muitas alterações nas proteínas são induzidas por fosforilação		
"  As proteínas são reguladas de outras formas além da ligação 
reversível de outras moléculas. 
"  Adição	de	grupos	fosfatos	(regulação).	
"  Alterações	na	cadeia	lateral	dos	aminoácidos.	
"  1/3	das	10.000	proteínas	ou	mais	pode	ser	fosforilado	em	um	dado	
momento.