Enzimas e Mecanismos de Catálise

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A constante de Michaelis-Menten, km, é a concentração do substrato para qual a velocidade da reação é a metade da velocidade máxima. 
Descreva em detalhes os mecanismos envolvidos na redução do DeltaG de transição em reações catalisadas por enximas.
As enzimas são proteínas que catalisam reações químicas em um organismo. Elas possuem um bolsão onde ocorre a reação, chamado de sítio ativo, e a molécula que se liga a ele é denominado substrato. A superfície do primeiro é composta por resíduos de aminoácidos com grupos nas cadeias laterais que ligam o substrato e catalisam a sua transformação química. Uma reação enzimática pode ser escrita como:
E+S-> ES -> EP -> E+P, onde E, S, P, ES, EP significam enzima, substrato, produto, complexo formado entre a enzima e o substrato, e complexo formado entre a enzima e o produto, respectivamente.
	O um momento molecular transitório, no qual eventos como a quebra de ligação, a formação de ligação ou o desenvolvimento de carga ocorrem com a mesma probabilidade de seguirem tanto para formar novamente substrato como para formarem produto, é denominado estado de transição e é o topo da curva de energia. A diferença entre os níveis energéticos do estado basal e do estado de transição é a energia de ativação, quanto maior for, mais lenta será a velocidade de reação. 
As enzimas aumentam a velocidade da reação por diminuírem a energia de ativação. Porém, não são gastas no processo e o ponto de equilíbrio não é afetado. Essa diminuição da energia de ativação ocorre através de ligações covalente transitórias entre grupos funcionais catalíticos da enzima com o substrato, ativando-o para reação, ou um grupo sendo transitoriamente transferido do substrato para a enzima.
Além disso, boa parte da energia necessária para diminuir a energia de ativação vem de interações fracas entre substrato e enzima. O complexo ES é estabilizado pelas mesmas forças que estabilizam a estrutura das proteínas, a formação de interações fracas que liberam uma pequena quantidade de energia livre. Essa energia é denominada energia de ligação e é a principal fonte de energia livre usada pelas enzimas para a diminuição da energia de ativação das reações, isto é, ela compensa parcialmente a energia necessária para atingir o topo da curva de energia. 
Explique os gráficos abaixo em função da variação de energia livre e da afinidade da enzima pelos substratos.
No primeiro gráfico é observado a ausência de enzima, assim a reação ocorrerá sozinha e de forma lenta, já que a maioria das moléculas biológicas é muito estável nas condições internas das células e muito processos químicos corriqueiros, necessários para que as reações ocorram, são desfavoráveis ou improváveis. 
O topo da curva é o estado de transição, na qual a probabilidade para formar novamente substrato como para formar produto é a mesma. A diferença entre os níveis energéticos do estado basal (ponto de partida da reação) e do estado de transição é a energia de ativação. Quanto maior ela for, mais lenta será a velocidade da reação.
A energia livre do estado fundamental de P é menor do que a de S, então a variação de energia livre é negativa (substrato perdeu energia: reação exotérmica) e o equilíbrio favorece P.
No segundo gráfico, observa-se que a enzima aumentou a energia de ativação ao invés de diminuir. Isso mostra que se a enzima fosse complementar ao substrato, ele não conseguiria reagir para alcançar o estado de transição, ou seja, a enzima estabilizaria o substrato. Consequentemente, a energia de ativação catalisada seria maior que a não catalisada e a reação demoraria mais ainda para ocorrer, o que não é de acordo com a função das proteínas de catalisar reações. Conclui-se então que o modelo chave-fechadura não é o correto para exemplificar a relação da enzima com o substrato.
Já no terceiro gráfico, a enzima é complementar ao estado de transição, ou seja, as interações ótimas entre enzima e substrato só ocorrem no estado de transição. A energia necessária para atingir o topo da curva de energia é compensada parcialmente pela energia livre liberada durante a formação dessas interações. A soma da energia de ativação desfavorável e a energia de ligação resulta em uma redução líquida da energia de ativação. 
Além disso, o complexo ES é uma etapa intermediária da reação e, por isso, ocupa o vale no diagrama de coordenada da reação. Quando uma reação possui várias etapas, a velocidade final é determinada pela etapa com maior energia de ativação, denominada etapa limitante da velocidade. 
Descreva os tipos de inibição enzimática e detalhe as diferenças entre elas.
Inibidores enzimáticos são moléculas que interferem com a catálise, diminuindo ou interrompendo as reações enzimáticas. Podem ser reversíveis ou irreversíveis.
Os primeiros podem ser divididos em:
Inibidor competitivo é aquele que compete com o substrato pelo sítio ativo da enzima. Ele possui uma estrutura similar ao substrato e liga-se a enzima, formando um complexo EI que não é catalisado. Conforme o inibidor ocupa o sítio ativo, ele impede que o substrato se ligue à enzima, e mesmo que essas reações sejam transitórias, reduzem a eficiência da enzima. Para a competição ficar a favor do substrato é necessário a adição do mesmo, diminuindo a probabilidade do inibidor se ligar ao sítio ativo e apresentando vmáx normal. Contudo, como o inibidor diminui a afinidade da enzima pelo substrato, o km deste é aumentado.
Inibidor não-competitivo liga-se em um sítio diferente do sítio ativo da enzima, mas só se o complexo ES estiver formado. Ou seja, aparentemente, o substrato, ao se ligar à enzima, faz uma mudança conformacional, que permite o inibidor se ligar também. Com isso, mesmo aumentando a concentração de substrato, a enzima não conseguirá atingir a velocidade máxima. Contudo, a afinidade da enzima pelo substrato e o km não mudam.
Na inibição mista pode ocorrer a interação do inibidor com a enzima e depois com o substrato, ou com o complexo enzima substrato. Nas duas formas haverá inibição e diminuição da velocidade máxima. Além disso, o km também sofre alterações. 
Já na inibição irreversível, os inibidores se ligam covalentemente com um grupo funcional da enzima que é essencial para sua atividade, ou o destroem, ou formam uma associação covalente estável. Um grupo especial desse tipo de inibição é denominado inativadores suicidas, eles não são reativos até se ligarem ao sítio ativo da enzima. A partir daí, sofre as primeiras etapas de uma reação enzimáticas, mas ao invés de se tornar um produto, forma uma composto muito reativo, combinado irreversivelmente com a enzima.