Enzimas: Catalisadores Biológicos

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ENZIMAS
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INTRODUÇÃO
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ENZIMAS 
Definição:
Catalisadores biológicos
Longas cadeias de aminoácidos
Função:
Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou juntando-as para formar novos compostos
Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS
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ENZIMAS 
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Importância da catálise:
Sem a catálise, a maioria das reações químicas nos sistemas biológicos seria muito lenta para fornecer produtos na proporção adequada para sustentar a vida
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ENZIMAS – ESTRUTURA
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ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS
 Apresentam alto grau de especificidade
 São produtos naturais biológicos
 São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações químicas em sistemas biológicos
 Não são tóxicas
 Atuam em condições favoráveis de pH, temperatura
 Estão quase sempre dentro da célula, e compartimentalizadas
 Consideradas as unidades funcionais do metabolismo celular
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ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS
São fundamentais para processos bioquímicos celulares tais como:
degradação das moléculas em nutrientes
transformação e conservação da energia química
- síntese de macromoléculas biológicas a partir de moléculas precursoras simples
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ENZIMAS 
 Exemplos de doenças que podem ser diagnosticadas e acompanhadas enzimaticamente são:
• Infarto Agudo do Miocárdio (Creatina quinase, Lactato desidrogenase)
• Hepatite (Transaminases: ALT, AST)
• Pancreatite (Amilase, Lipase)
• Câncer de próstata (Fosfatase ácida prostática)
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Outras formas de classificar
Enzimas intracelulares
atuam no interior da célula
sintetizam o material celular
realizam reações catabólicas que suprem as necessidades energéticas da célula
Enzimas extracelulares
atuam fora da célula
executando as alterações necessárias à entrada dos nutrientes para o interior das células
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Outras formas de classificar
Enzimas habituais ou constitutivas
Enzimas indutivas
As células sempre as sintetizam
As células só as sintetizam quando estão na presença do substrato da enzima
Isoenzimas
Enzimas que têm a mesma função, ou seja, catalisam uma mesma reação, porém apresentam estruturas diferentes
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ENZIMAS – COFATOR
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 Cofatores – pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que podem ser necessárias para a função de uma enzima
 ligados à molécula de enzima, mas na ausência a enzima é inativa
 A catálise ativa enzima-cofator é denominada holoenzima
 quando o cofator é removido, se mantém a proteína, a qual é catabolicamente inativa e é denominada apoenzima
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ENZIMAS 
 
A molécula que a enzima atua é o substrato, que se transforma em produto
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ENZIMAS – 
COMPONENTES DA REAÇÃO
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Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO
da enzima
Equação geral de uma reação enzimática
representa o estado de transição da enzima com o substrato e com o produto
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Mecanismo de Ação
 A reação enzimática ocorre em duas etapas:
 2 modelos:
Modelo chave-fechadura
Modelo do ajuste induzido
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Formas rígidas
E e S se deformam, para otimizar o encaixe
Emil Fisher, na década de 1950, propôs o modelo chave-fechadura para explicar o reconhecimento (especificidade) do substrato pela enzima. Nesse modelo, o sítio ativo da enzima é pré-formado e tem a forma complementar à molécula do Substrato, de modo que outras moléculas não teriam acesso a ela
Na década de 1970, Daniel Kosland propôs o modelo de encaixe induzido, no qual o contato com a molécula do substrato induz mudanças conformacionais na enzima, que otimizam as interações com os resíduos do sítio ativo. Esse é o modelo aceito hoje em dia
Modelo Chave-Fechadura
Modelo de encaixe induzido
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 As enzimas aceleram a velocidade das reações por diminuir sua energia de ativação 
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A combinação do substrato com a enzima cria uma nova via de reação que tem um estado de transição de menor energia do que na ausência do substrato
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Fatores que Influenciam a Ação Enzimática
pH
Temperatura
Concentração da Enzima
Concentração do Substrato
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pH
O pH ótimo de uma enzima reflete variações no estado de ionização de resíduos de aminoácidos do sítio ativo
 A enzima está pelo menos parcialmente desnaturada em pHs afastados do pH ótimo
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Temperatura
Temperatura
 T   velocidade de reação
 Enzima  temperatura ótima para que atinja sua atividade máxima
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Concentração da Enzima
A velocidade máxima da reação é uma função da quantidade de enzima disponível (existindo substrato em excesso)
Figura: Efeito da [ ] da enzima sobre a velocidade inicial (V0) com de substrato em excesso
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A quantidade de reagente é suficiente grande para saturar todos os sítios catalíticos enzimas
Concentração do substrato
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Inibição enzimática
Incluem fármacos, antibióticos, preservativos de alimentos e venenos
Inibidores
Substâncias que reduzem a atividade de uma enzima de forma a influenciar a ligação do substrato
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Inibidores
São importantes por várias razões:
- Atuam como reguladores das vias metabólicas
- Muitas terapias por fármacos são baseadas na inibição enzimática. Ex.: Muitos antibióticos ou fármacos reduzem ou eliminam as atividades de certas enzimas. O tratamento da AIDS inclui inibidores das proteases, que inativam a enzima necessária para produzir novos vírus
- as propriedades tóxicas de muitos inibidores possibilita também o seu emprego no combate contra insetos (inseticidas);
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Inibição enzimática
Classificação:
Irreversível
Reversível
Competitiva
Não Competitiva
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Inibição Irreversível
 os inibidores irreversíveis reagem quimicamente com as enzimas, levando a uma inativação praticamente definitiva
 Podem destruir grupos funcionais que são essenciais para a atividade enzimática
 A enzima não retoma a sua atividade normal
 Ex.: Alguns pesticidas inibem o sítio ativo da acetilcolinesterase (enzima importante na transmissão dos impulsos nervosos), o que impede a hidrólise da acetilcolina na sinapse, resultando no homem, paralisia dos músculos respiratórios e edema pulmonar
Penicilina - liga-se especificamente as enzimas da via de síntese da parede bacteriana, tornando-as susceptíveis à lise
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Inibição Reversível Competitiva 
Uma substância que compete diretamente com o substrato pelo sitio de ligação de uma enzima
 Inibidor normalmente é semelhante ao substrato, de modo que se liga especificamente ao sitio ativo, mas difere do substrato por não poder reagir com ele
 O inibidor liga-se a enzima formando o complexo EI cataliticamente inativo
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Inibição Reversível Não Competitiva 
O inibidor não competitivo pode ser uma molécula que não se assemelha com o substrato, mas apresenta uma grande afinidade com a enzima
 Não bloqueia a ligação do substrato, mas provoca uma modificação na conformação da enzima que evita a formação do produto
Esta ligação pode distorcer a enzima tornando o processo catalítico ineficiente
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Comparação das enzimas com catalisadores químicos
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