Aula 12 Cinética enzimática

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Cinética enzimática 
Enzimas 
 Catalisadores celulares extremamente poderosos 
 Aceleram a velocidade de uma reação sem participar dela como 
reagente ou produto 
 Constituídas por longas cadeias de aminoácidos* 
 Proteínas especializadas na catálise de reações biológicas 
 Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo 
celular são catalisadas por enzimas 
 
*Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades 
catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS 
(globulares) 
Classificação das enzimas 
 As enzimas podem ser classificadas de acordo com o tipo 
de reação catalisada 
 
1. Oxidorredutases 
2. Transferases 
3. Hidrolases 
4. Liases 
5. Isomerases 
6. Ligases 
 
 
As enzimas alteram a velocidade da reação, não o equilíbrio 
 E: enzima 
 S: substrato 
 P: produto 
 ES: complexos transitórios da enzima com o substrato 
 EP: complexos transitórios da enzima com o produto 
 
Como as enzimas aumentam a velocidade de reação? 
Coordenada da reação 
Estado de transição: ponto 
a partir do qual o estado 
S ou o estado P tem a 
mesma probabilidade de 
ocorrer 
 
 Energia de ativação, 
ΔG‡: diferença entre os 
níveis energéticos do 
estado basal e do estado 
de transição 
REAÇÃO CATALISADA POR ENZIMAS 
 
Fatores que alteram a velocidade de reações enzimáticas 
 
 
 pH 
 temperatura 
 concentração de substrato 
 concentração de enzima 
 presença de inibidores 
 
CINÉTICA 
ENZIMÁTICA 
Cinética enzimática 
ESTUDO DOS FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES 
ENZIMÁTICAS 
 
 Os efeitos de uma enzima sobre a taxa de reação, e não apenas a 
rapidez de uma enzima em termos de velocidade 
 
 Funcionamento de uma enzima e como ela interage com outras 
moléculas simplesmente medindo a rapidez que ela catalisa uma 
reação em diferentes condições 
Cinética enzimática 
ESTUDO DOS FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES 
ENZIMÁTICAS 
 
 fatores decorrentes da natureza proteica das enzimas 
- pH 
- temperatura 
 
 fatores decorrentes da formação do complexo ES 
- concentração do substrato 
- afinidade da enzima pelo substrato 
- concentração da enzima 
 
 presença de inibidores 
 
 
Cinética enzimática: efeito do pH 
 Todas as enzimas necessitam possuir um pH para seu funcionamento 
 
 A atividade catalítica das enzimas está relacionada à ionização de 
aminoácidos no sítio ativo 
 
 As cadeias laterais dos aminoácidos do sítio ativo podem funcionar 
como ácidos ou bases fracas em funções críticas que dependem da 
manutenção de certo estado de ionização 
 
 E em outras partes da proteína as cadeias laterais ionizáveis podem 
ter uma participação essencial nas interações que mantêm a 
estrutura proteica 
 
 
 
Cinética enzimática: efeito do pH 
 
 Mudanças drásticas no pH promovem a desnaturação de 
muitas enzimas 
 
 
 pH ótimo – valor no qual a atividade da enzima é máxima 
 
 
Cinética enzimática: efeito do pH 
 
• Pepsina, enzima proteolítica produzida no estômago – pH ótimo aprox. 2 
• Quimotripsina digere as proteínas no intestino delgado - pH ótimo aprox. 8 
 
Cinética enzimática: efeito do pH 
 Apesar de algumas enzimas tolerarem grandes mudanças no 
pH, a maioria delas são ativas somente em intervalos muitos 
estreitos 
 
 
 Por essa razão, os organismos vivos empregam tampões que 
regulam o pH 
 
Cinética enzimática: efeito da temperatura 
 As reações químicas são afetadas pela temperatura 
 
 Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação 
 
 A velocidade aumenta porque mais moléculas adquirem energia 
suficiente para atingir o estado de transição 
 
 Em reações catalisadas por enzimas, a velocidade é acelerada pelo 
aumento da temperatura até atingir uma temperatura ótima na 
qual a enzima opera com a máxima eficiência 
 
Cinética enzimática: efeito da temperatura 
 Temperatura ideal = máxima velocidade com o 
mínimo de desnaturação 
 
 
Cinética enzimática: efeito da concentração 
de substrato 
 
 
 Mantidas fixas as condições de: 
- temperatura ótima 
- pH ótimo 
- [enzima] 
 
Influência da concentração de substrato sobre a atividade 
enzimática 
1 . Baixa concentração de substrato 
 
 
 
 
 
 
 
 
Formação do produto é PROPORCIONAL 
 à concentração de substrato 
 
Influência da concentração de substrato sobre a atividade 
enzimática 
2 . 3/4 de saturação do centro ativo da enzima 
 
 
 
 
 
 
 
Formação do produto é PROPORCIONAL 
 à concentração de substrato 
 
Influência da concentração de substrato sobre a atividade 
enzimática 
3 . 100 % de saturação do centro ativo da enzima 
 
 
 
 
 
 
 
Formação do produto é PROPORCIONAL 
 à concentração de substrato 
 
Influência da concentração de substrato sobre a atividade 
enzimática 
4 . [Substrato] em excesso - SATURANTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Variação da velocidade da reação em função da 
concentração de substrato 
Km = Constante de Michaelis-Mente 
 
Variação da velocidade da reação em função da 
concentração de substrato 
 
 Vo = velocidade inicial da reação 
número de moléculas de substrato convertida em produto por 
unidade de tempo (μM/min) 
 
 Vmáx = velocidade máxima 
sítios ativos das enzimas saturados com substrato (complexo ES) 
 
 Km = constante de Michaelis-Menten 
 concentração para a qual a velocidade da reação enzimática é a 
metade de Vmáx. 
 
Cinética enzimática 
 A chave para o entendimento do comportamento cinético de uma 
enzima se baseia na formação do complexo ES 
 
 
 
 
 
 
 
 E a partir disso que vamos conseguir calcular a velocidade inicial 
de uma enzima 
 
Com a concentração baixa do 
substrato temos a enzima 
livre em maior quantidade 
 
Se nós vamos aumentando a 
concentração do substrato a enzima 
vai complexando com o substrato 
para formar o complexo ES 
 
 
CINÉTICA ENZIMÁTICA MICHAELIANA 
reação enzimática em 2 etapas 
 E + S ES E+P 
k1 
K-1 
k2 
 
CINÉTICA ENZIMÁTICA MICHAELIANA 
 
Estabilidade do complexo ES pode ser 
expressa pela relação entre as velocidades 
de dissociação e de formação do complexo 
Específico para 
cada enzima 
 E + S ES E+P 
k1 
K-1 
k2 
 
CINÉTICA ENZIMÁTICA MICHAELIANA 
Michaelis e Menten expressaram matematicamente 
a velocidade da reação pela fórmula: 
 Algumas vezes o termo Km é usado como indicador da afinidade da 
enzima pelo seu substrato 
 O significado verdadeiro do Km depende de aspectos específicos 
do mecanismo da reação, como o número e as velocidades 
relativas das várias etapas 
 Enzimas diferem muito no Km - depende do substrato e das 
condições experimentais: Temperatura, sais, pH, 
 
CINÉTICA ENZIMÁTICA MICHAELIANA 
 
 
CINÉTICA ENZIMÁTICA MICHAELIANA 
 
 
CINÉTICA ENZIMÁTICA MICHAELIANA 
 
 
CINÉTICA ENZIMÁTICA MICHAELIANA 
 
Afinidade entre a enzima e o substrato 
 
 
Cinética enzimática: concentração de enzimas 
Mantidas fixas as condições de: 
 temperatura ótima 
 pH ótimo 
 [substrato] em excesso 
 
Cinética enzimática: concentração de enzimas 
 Comparação entre duas concentrações de ENZIMAS 
Atividade enzimática 
 Dosagem de enzimas é sempre realizada através da medida de sua 
ATIVIDADEque é avaliada pela velocidade da reação 
 
 A velocidade da reação é medida e a atividade enzimática é 
expressa em UNIDADES INTERNACIONAIS (U) 
 
 1 U é a quantidade de enzima capaz de formar 1 μmol de produto 
por minuto em condições ótimas de pH e temperatura 
 
 Em Análises Clínicas a dosagem de enzimas no plasma é expressa 
em U/mL ou U/L 
 
Atividade enzimática 
 Dosagens de enzimas no plasma revela condições patológicas 
Atividade enzimática 
 
 Enzimas cujas alterações plasmáticas determinam condições 
patológicas 
Atividade enzimática 
 Para estudar a eficiência da catálise enzimática, define-se a constante 
catalítica Kcat 
 
 
 
 A constante catalítica mede, para uma certa concentração de enzima, 
a eficiência máxima, obtida em condições de Vmáx (quando toda 
enzima está na forma ES) 
 
 Kcat: número de renovação da enzima (equivale ao n° máximo de 
moléculas de S que um centro ativo converte em P por segundo) 
 
Et = enzima total = enzima livre + enzima ligada a S 
Atividade enzimática 
 É possível associar eficiência catalítica e afinidade pelo substrato 
Kcat / Km = eficiência catalítica / afinidade pelo substrato 
 
 
Cinética enzimática: inibidores 
 As enzimas podem ser Inibidas 
 
 
 Moléculas específicas podem interagir com a enzima 
inibindo-a 
 
 
 Inibidor: substância que provoca diminuição da velocidade de 
reação ou a interrupção 
 
Cinética enzimática: inibidores 
 Por exemplo, a aspirina (acetilsalicilato) inibe a enzima que catalisa 
a primeira etapa da síntese das prostaglandinas: 
- compostos envolvidos em vários processos, inclusive em alguns 
que produzem dor. 
 
 O estudo dos inibidores enzimáticos também fornece rica 
informação sobre os mecanismos enzimáticos e tem ajudado a 
desvendar algumas vias metabólicas 
 
 Duas classes de inibidores de enzimas: reversíveis e irreversíveis. 
 
Cinética enzimática: inibidores 
 Inibidor irreversível: quando bloqueia parcial ou totalmente 
a enzima 
 
 
 Inibidor reversível: quando reagem reversívelmente com a 
enzima 
 
 
 O inibidor, pode ser um substrato ou um produto 
Cinética enzimática: inibidores 
INIBIÇÃO REVERSÍVEL COMPETITIVA 
 Inibidor tem semelhança estrutural com o substrato 
 O inibidor se liga no sítio ativo da enzima 
 Aumento da [substrato] diminui a inibição 
 se combinam com a enzima formando um complexo EI, mas que 
não leva à catálise 
 Mesmo ligações desse tipo que sejam transitórias 
 reduzem a eficiência da enzima 
INIBIÇÃO REVERSÍVEL COMPETITIVA 
 
 
 Km aparente da enzima AUMENTA 
 
 Em uma [S] elevada a VELOCIDADE da reação atinge a 
Vmáx 
 
Cinética enzimática: inibidores 
INIBIÇÃO REVERSÍVEL INCOMPETITIVA 
 Inibidor não tem semelhança estrutural com o substrato 
 NÃO se liga no sítio ativo da enzima 
 Aumento da [S] não diminui a inibição 
INIBIÇÃO REVERSÍVEL INCOMPETITIVA 
 
 
 Km da enzima NÃO se altera 
 A VELOCIDADE máxima DIMINUI na presença do inibidor 
 
Cinética enzimática: inibidores 
INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL 
 
 Ligam-se covalentemente com ou destroem um grupo funcional 
da enzima essencial à atividade da enzima 
 
 Ou então formam uma associação não covalente estável 
 
 Os inibidores irreversíveis constituem-se em outra ferramenta 
útil para estudar mecanismos de reação