07 Enzimas

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Enzimas 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Vagalume 
Enzima luciferase quebra a proteína 
luciferina na presença de ATP 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Louis Pasteur (1850) 
o Açúcar  álcool catalisada por “fermentos”; 
o Fermentos = Enzimas  separáveis da estrutura 
das células de levedo. 
 
Eduard Buchner (1897) 
o Extratos de levedos  açúcar até álcool  enzimas 
funcionavam mesmo quando removidas da 
estrutura celular. 
Histórico 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
 James Summer (1926) 
o Isolou e cristalizou a urease  avanço nas 
propriedades específicas das enzimas; 
o Cristais de urease  proteínas; 
o Todas as enzimas são proteínas. 
 
 John Northrop e seus colegas (1930) 
o Cristalizaram a pepsina e tripsina bovinas  
proteínas. 
Histórico 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
 J. B. Haldane (1930) 
o Tratado intitulado “Enzimas”; 
o Ligações fracas entre enzima e substrato  
distorce a molécula do substrato e catalisa a reação. 
 
Século XX 
o Pesquisas  reações do metabolismo celular; 
o Purificação, elucidação da estrutura molecular, 
mecanismo químico e compreensão geral. 
Histórico 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Quase todas as reações bioquímicas são 
catalisadas por enzimas 
Com exceção de poucas moléculas de 
RNA que apresentam atividade 
catalítica, todas as enzimas são 
proteínas 
oAlgumas requerem grupos não proteicos 
para sua atividade catalítica 
 
 
 
 
Enzimas características 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Cofatores 
Algumas enzimas não 
requerem nada além dos 
seus resíduos de 
aminoácidos 
 
 
Outras requerem 
cofatores 
o Íons inorgânicos como 
Fe2+, Mg2+, Mn2+ , etc 
 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Aceptores/doadores de átomos ou grupos 
funcionais; 
 
Catálise: coenzima + substrato = 
alojados no centro ativo; 
 
Encontra-se ligada à enzima 
Coenzimas 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Coenzimas 
Molécula orgânica necessária ao 
funcionamento da enzima 
oMuitas derivados de vitaminas são 
coenzimas 
 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Holoenzima: Enzimas conjugadas, 
formadas por apoenzima (porção 
proteica) e coenzima (porção não 
proteíca) 
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 A maioria das vitaminas hidrossolúveis são componentes de sistemas de enzima essenciais. Várias 
estão envolvidas em reações de manutenção do metabolismo energético. 
Vitaminas são coenzimas 
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Origem do termo vitamina 
Em 1911, um jovem químico do Lister 
Institute de Londres, Casimir Funk, isolou, do 
farelo de arroz, uma substância cristalizada 
que possuía uma função amina. Como essa 
substância se revelou capaz de prevenir e de 
curar o “beribéri” experimental, Funk criou o 
termo “vitamina”, para salientar que essa 
amina era indispensável à vida. 
 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
 Composta de carbono, hidrogênio e o oxigênio, 
possuem estrutura variada e de acordo com sua 
solubilidade se dividem Lipossolúveis e 
Hidrossolúveis. 
 
 Lipossolúveis são: A (Retinol), D (Calciferol), E 
(Tocoferol) e K (Menaquinona) 
 
 Hidrossolúveis são: B1(Tiamina), B2 
(Riboflavina), B6 (Piridoxina), B12 
(Cianocobalamina) e Vitamina C (Ácido 
Ascórbico) as principais, sendo importantes 
também Niacina, Ácido Fólico, Biotina, Ácido 
Pantotênico, Colina. 
Vitamina 
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Ascorbic acid is a reducing agent (an antioxidant) 
B series are components of coenzymes, 
Must be modified before they can serve their functions 
Structure of some water-soluble vitamins 
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As duas formas biologicamente ativas são a 
flavina mononucleotídeo (FMN) e flavina 
adenina dinucleotídeo (FAD), formadas pela 
transferência de um AMP do ATP à FMN. A FMN 
e FAD são capazes de aceitar reversivelmente 
dois átomos de hidrogênio, formando a FMNH2 
ou FADH2. A FMN e FAD estão ligadas 
fortemente a flavoenzimas que catalisam a 
oxidação ou redução de um substrato. 
 
As formas de coenzima biologicamente 
ativa são a nicotinamida adenina 
dinucleotídeo (NAD+) e seu derivado 
fosforilado, nicotinamida adenina 
dinucleotídeo fosfato (NADP+). O NAD+ 
e NADP+ servem como coenzimas nas 
reações de oxidação-redução nas quais 
a coenzima sofre redução do anel 
piridina para aceitar um íon hidreto 
(átomo de hidrogênio mais um elétron). 
As formas reduzidas do NAD+ e 
NADP+ são o NADH e NADPH, 
respectivamente. 
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Componente da 
coenzima A, que tem 
papel importante na 
oxidação e síntese de 
acidos graxos 
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A importância das vitaminas no metabolismo celular 
Enzimas são nomeadas pelo sufixo “ase” 
ao seu substrato ou a palavra que 
descreve sua atividade 
o Transferases => reações de transferências 
oHidrolases => Reações de hidrólise 
oDNA polimerase => Reação de 
polimerização do DNA 
oCelulase => hidrólise de celulose 
Nomenclatura 
Alto grau de especificidade 
Altamente eficientes: aceleram a 
velocidade das reações  108 a 1011 
vezes; 
Reduzem a energia de ativação 
Mecanismo “turnover”: desempenha 
funções consecutivas; 
Podem ser inibidas 
Km => Propriedades cinéticas de muitas 
enzimas 
 
 
Enzimas características 
Enzimas 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
O sítio ativo da enzima é contornado por 
resíduos de aminoácidos cujos grupos 
substituintes (“R”) se ligam ao substrato 
e catalisam sua transformação 
Funcionamento das enzimas 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
 
 
 
 
 
 
 
 
produtos 
 ENZIMA substrato 
 sítios ativos 
 PEPSINA 
 proteína 
 alta especificidade 
 peptídeos - catabolismo 
Funcionamento das enzimas 
Binding of a 
substrate to an 
enzyme at the 
active site 
Enzimas: Sítio ativo 
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região específica da superfície 
Constituída por grupos R de 
aminoácidos; 
Confere especificidade à catalise 
enzimática. 
Atividade catalítica – Sítio ativo 
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Interagem com um ou poucos substratos e 
catalisam poucos tipos de reação 
A especificidade de uma enzima é devido à 
interação precisa entre substrato e enzima. 
Essa precisão é resultado da 
estrutura tridimensional 
da enzima. 
Atividade catalítica – especificidade enzimática 
Tripsina cliva porção 
carboxiterminal de resíduos de 
Lisina e Arginina 
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Emil Fischer (1894): “chave e fechadura” 
• Enzimas eram complementares ao tamanho, 
forma e natureza química do substrato; 
 
 
 
 
 
 
 “Chave e fechadura”  pouco eficiente! 
Modelos de enzima e substrato 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Koshland (1958): encaixe induzido 
Altera o balanço de forças  nova 
conformação; 
Substrato: conformação tensionada e 
distorcida. 
 
 
 
 
 
 
 
Modelos de enzima e substrato 
A enzima não é gasta durante o processo 
 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Reações não catalisadas tendem a ser 
lentas – muitas moléculas biológicas são 
bastante estáveis no ambiente 
intracelular 
Sem catálise, as reações necessárias 
para digestão, contração muscular ou 
envio de impulsos nervosos não ocorreria 
em velocidade útil 
Enzimas: Aumentam a velocidadedas reações 
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Enzimas diminuem a energia de ativação 
Anidrase carbônica 
oHidratação do CO2 
oHidratam 106 
moléculas de CO2 
por segundo 
oReação 107 vezes 
mais rápida que a 
não catalisada. 
oReação não 
catalisada ocorreria 
em 5 horas 
Enzimas: Aumentam a velocidade das reações 
http://www.uff.br/WebQuest/pdf/acidobase.htm 
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Catalisador:  velocidade da reação  
NÃO afetam o equilíbrio. 
Diagrama de coordenadas da reação: 
 
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O mesmo ponto 
de equilíbrio é 
atingido, porém 
mais 
rapidamente na 
presença de 
enzimas 
Enzimas diminuem a energia de ativação 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Valores de aumentos de velocidade de reações 
catalisadas por enzimas 
Catalisadores aumentam a velocidade 
da reação diminuindo a energia de 
ativação 
Os grupos funcionais catalíticos das 
enzimas reagem com o substrato => 
diminuição da energia de ativação das 
reações 
o Formação do complexo ES 
Enzimas diminuem a energia de ativação 
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Enzimas diminuem a energia de ativação e 
consequentemente aceleram a reação 
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Existe uma barreira entre S e P que 
representa a energia necessária para o 
alinhamento dos grupos químicos 
reagentes, rearranjo de ligações, etc 
oAs moléculas de substrato precisam ser 
excitadas até um nível maior de energia 
Uma reação com vários passos, a 
velocidade total da reação é determinada 
pelo passo de maior energia de ativação 
 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
A enzima é complementar ao estado de 
transição 
oAs interações entre a enzima e substrato 
ocorrem no estado de transição 
 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Alteração de características do substrato e da 
enzima no complexo ES 
 Alteração 
espectroscópicas na 
enzima bacteriana que 
catalisa a síntese de L-
triptofano a partir de 
L-serina. 
o Enzima + serina 
o Enzima 
o Enzima + serina + 
indole 
 
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Baixa [S] 
Velocidade é proporcional a [S] Velocidade independe da [S] 
Alta [S] excesso 
de S 
As enzimas podem ficar saturadas pelo 
substrato 
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• É numericamente igual a [substrato] na qual a velocidade da 
reação é metade da Vmax 
• Característico de cada enzima 
• Reflete a afinidade da enzima pelo seu substrato 
 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
E + S ES P
k1
k-1
k2
A velocidade máxima da reação (Vmax) será atingida 
quando quase todas as moléculas de enzima estiverem na 
forma do complexo ES. 
constantes de 
velocidade 
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Vmax [S]
Vinit =
KM + [S]
Michaelis-Menten
equation
Equação de 
Michaelis-Menten 
V0 ou 
V máx 
[S] 
Vo 
 Equação da velocidade para uma reação catalisada enzimatica-
mente e com um único substrato 
 Relação quantitativa entre a velocidade inicial (V0), a velocidade 
máxima (Vmax), [S], todas relacionadas pelo Km. 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Quando V0 é metade da Vmax 
O Km é equivalente à 
concentração de substrato onde 
V0 é igual à metade de Vmax 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Km Afinidade da enzima pelo substrato 
Km Afinidade da enzima pelo substrato 
Significa que... 
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Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
 
Sinergismo 
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Fatores que afetam a velocidade de reações 
enzimáticas 
Fatores envolvendo componentes da 
reação 
oConcentração do substrato 
oConcentração da enzima 
Fatores externos 
o pH 
o Temperatura 
Presença de inibidores 
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• Condições fixas de: 
 - temperatura 
 - [substrato] 
 - [enzima] 
Cada enzima tem seu pH 
ótimo 
Veloc. pH 
ótimo 
Influência do pH na atividade enzimática 
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Inibição Enzimática 
Inibidores enzimáticos são agentes que 
interferem na catálise, diminuindo ou 
interrompendo as reações enzimáticas. 
Inibidores enzimáticos são importantes 
agentes fármacos 
oAspirina – inibe a enzima que catalisa o 
primeiro passo na síntese de 
prostaglandinas (compostos que produzem 
sensação de dor) 
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Quanto ao tipo: 
competitiva 
não-competitiva 
 inibidor  a atividade de uma 
 única enzima ou de um grupo 
 restrito de enzimas 
 irreversível 
 reversível 
inibidor  a atividade de todas 
as enzimas 
ex: agentes desnaturantes 
 
inespecífica - 
 
específica - 
Inibição Enzimática 
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Inibição Enzimática Reversível 
 inibidor forma com a enzima um composto instável 
 inibição NÃO envolve modificação covalente 
 Tipos de inibidores reversíveis: 
o Competitivos 
o Não competitivos 
Inibição Enzimática Irreversível 
 inibidor se liga à enzima formando um complexo 
estável 
 forma-se uma ligação covalente entre o inibidor e a 
enzima 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
 
COMPETITIVA: inibidor liga 
reversivelmente à enzima e compete com o 
substrato pelo sítio ativo. Formação do 
complexo EI que afetam negativamente a 
eficiência da enzima. 
 
 
NÃO COMPETITIVA: Inibidor e substrato 
ligam-se em locais diferentes da enzima. O 
inibidor pode ligar-se a enzima livre ou ao 
ES, impedindo a reação. 
 
Inibição Enzimática Reversível 
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Inibição Enzimática 
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Inibidor competitivo 
 Estrutura semelhante à do substrato 
 Liga-se ao Sítio Ativo da Enzima 
Inibição Reversível Competitiva 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
 
 [substrato] necessária para que a enzima 
funcione normalmente 
 
afinidade da enzima pelo substrato 
Km da enzima 
aparente 
Inibição Reversível Competitiva 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Inibição Reversível Competitiva 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Usada para tratar pacientes envenenados 
por metanol 
oÁlcool desidrogenase: metanol formoldeído 
(metanal) 
• Tóxico. 
• Cegueira – olhos são sensíveis ao formol 
Etanol compete com metanol como 
substrato para enzima 
o Álcool desidrogenase: etanol acetaldeído 
(etanal) 
 
Inibição Reversível Competitiva 
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Inibidor incompetitivo 
NÃO se liga ao sítio ativo da enzima 
Inibição Reversível Incompetitiva 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
 
 
 
 
 Inibidor não tem semelhança estrutural com o 
substrato 
NÃO se liga no sítio ativo da enzima 
Liga-se ao complexo ES 
Aumento da [substrato] não diminui a inibição 
Km da enzima NÃO se altera 
A VELOCIDADE máxima DIMINUI na presença 
do inibidor 
 
Inibição Reversível Incompetitiva 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Diminui a concentração 
de enzima ativa 
Velocidade Máxima 
 da Reação 
Inibição Reversível Incompetitiva 
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Inibição Reversível Incompetitiva 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Inibição Reversível Mista 
Não se liga ao sítio ativo da enzima 
Pode ligar-se tanto ao complexoES quanto 
a E 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Inibição Reversível Mista 
Inibidor misto 
 Não se liga ao sítio ativo da enzima 
 Liga-se tanto a E quanto ao complexo ES 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Podem ser inibidas reversivelmente por 
inibidores competitivos que competem pelo 
sítio ativo da enzima, mas não são 
transformados pela enzima 
o Inibidores competitivos competem com o 
substrato pelo sítio ativo da enzima 
Inibidores não competitivos ligam-se ao 
complexo ES e não se ligam ao sítio ativo 
da enzima 
Quando o inibidor liga-se a enzima ou ao 
complexo ES, a inibição é dita mista 
 
Inibição Reversível 
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Combinam-se com um grupo funcional 
da enzima 
oDestroem 
o Formam ligação covalente muito estável 
Enzimas podem ser inativadas por 
modificações irreversíveis de um grupo 
funcional essencial para a atividade 
catalítica 
Inibição Irreversível 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Inibição Irreversível 
Quimotripsina + 
DIFP inibe 
irreversivelmente 
a enzima 
 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Enzimas 
alostéricas 
apresentam 
diferentes 
conformações 
induzidas por 
reguladores 
Enzimas Alostéricas 
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Enzimas reguladoras determinam a 
velocidade de toda uma sequência 
metabólica, pois catalisa a reação mais 
lenta 
oEnzimas alostéricas que funcionam por 
meio de moduladores alostéricos 
o Enzimas reguladas por meio de uma 
ligação covalente reversível 
Enzimas Alostéricas 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Enzimas alostéricas são 
geralmente maiores e 
mais complexas 
Em alguns sistemas 
multienzimáticos, a 
enzima reguladora é 
inibida pelo produto final 
da via metabólica em 
altas concentrações 
 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Maioria das enzimas segue o padrão 
michaeliano, entretanto a maioria das 
enzimas reguladoras são alostéricas 
Enzimas alostéricas possuem 
comportamento sigmoidal 
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74 
Allosteric enzyme kinetics 
Sigmoidal dependence of V0 on [S], not Michaelis-Menten 
Enzymes have multiple subunits 
and multiple active sites 
 
Substrate binding may be cooperative 
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LIGAÇÃO ALOSTÉRICA: efetores (reguladores) ligam não 
covalentemente em local que não o sítio ativo, alterando 
afinidade da enzima pelo substrato e/ou a atividade 
catalítica. Efetores negativos e positivos 
 
MODIFICAÇÃO COVALENTE: adição ou remoção de 
grupos fosfato de resíduos específicos de serina, treonina 
e tirosina. 
 Fosforilação e desfosforilação 
o Quinases e Fosfatases 
 Indução ou repressão da síntese 
o Leva horas para ocorrer aumento. Comum em enzimas de uso 
específico em uma fase ou momento (não constitutivas). 
Regulação da atividade enzimática 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Exemplos de 
modificações 
covalentes de 
enzimas 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Regulação da atividade de 
glicogênio fosforilase . 
• Forma mais ativa (a)- 
resíduo de Ser fosforilado 
• Forma menos ativa (b)- 
Resíduos defosforilados 
Glicose -1-fosfato pode 
ser usada para síntese 
de ATP no músculo ou 
convertida em glicose 
livre no musculo 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Precursos inativo zimogênio é hidrolisado 
para formar a forma ativa 
oEx: Enzimas hidrolíticas do estômago e 
intestino 
• Tripsinogênio tripsina 
• Quimotripsinogênio quimotripsina 
 
 
Regulação enzimática por proteólise do 
precursor enzimático 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira 
Profa. Leonora Rios de Souza Moreira