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3/28/18 1 ENZIMAS Karen Müller 2018.1 BIOQUÍMICA REAÇÕES QUÍMICAS TERMODINÂMICA CINÉTICA Viabilidade e reversibilidade das reações com base no conteúdo energético dos reagentes e produtos Velocidade com que as reações acontecem É POSSÍVEL INTERFERIR TEORIA DAS COLISÕES ! Moléculas devem colidir com uma orientação apropriada para adquirir uma quantidade mínima de energia estado de transição 3/28/18 2 REAÇÕES QUÍMICAS energia de ativação = energia necessária para modificar uma molécula para o seu estado de transição = estado reativo Formas de aumentar a velocidade de reação: 1) Aumentar [moléculas] na solução 2) Aumentando o número de choques entre as moléculas 3) Diminuindo a barreira imposta pela ε de ativação Diminuir a energia de ativação = favorece que a reação aconteça REAÇÕES QUÍMICAS 3/28/18 3 Aumentam a velocidade da reação sem interferir nas proporções entre reagentes e produtos Catalisadores: - sofrerão modificação química durante a reação mas retornam ao seu estado original - baixas [catalizadores] aumentam significativamente a velocidade das reações - criam um novo “caminho” para a reação CATALISADORES Catalisadores biológicos ENZIMAS Algumas reações químicas acontecem de forma muito lenta (de maneira expontânea) Nos seres vivos = velocidade aumentada na presença das enzimas ENZIMAS 3/28/18 4 Principais características das ENZIMAS: 1) Aumentam de 106 a 1012 a velocidade das reações 2) Alto grau de especificidade 3) Reduzem a energia de ativação da reação 4) Controle endógeno da atividade enzimática 5) Síntese in vivo, intracelular (a partir do genoma) 6) Não são tóxicas (= reações reversíveis) 7) São ativas em condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do solvente e força iônica ENZIMAS Função Viabilizar o metabolismo celular, “juntando” ou “quebrando” moléculas para dar origem a novos compostos. Síntese de moléculas! enzimas anabólicas Degradação de moléculas ! enzimas catabólicas Estrutura Todas as enzimas são PROTEÍNAS (exceção ribozimas = moléculas de RNA com propriedades catalíticas) ENZIMAS 3/28/18 5 ENZIMAS Nomenclatura indica a função das enzimas, isto é, tipos de reações que elas catalisam. “E.C.” (Enzyme Commission) = número de classificação das enzimas Ex.: Quimotripsina: E.C. 3.4.21.1 3 → Classe = Hidrolase 4 → Sub-Classe = Peptidase 21 → Serino-endopeptidases 1 → quimotripsina Harvey, 5ª ed OBS.: VER AULA EXTRA 2!! COFATOR = íons metálicos inorgânicos (Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+...) COENZIMA = moléculas orgânicas ENZIMAS ATIVAS Algumas dependem somente da sequência proteica na conformação adequada (estrutura 3ª ou 4ª) Outras ! ligação de GRUPO PROSTÉTICO ! holoenzima ATIVIDADE ENZIMÁTICA Íon metálico (COFATOR) ou molécula orgânica (COENZIMA) que se liga covalentemente a uma proteína e é fundamental para sua correta atividade. 3/28/18 6 ATIVIDADE ENZIMÁTICA CATÁLISE ENZIMÁTICA Enzimas possuem SÍTIO ATIVO = locam onde as moléculas reagentes se ligam para dar origem a diferentes produtos A + B C + D E SÍTIO ATIVO = Sítio de ligação do substrato Como as enzimas funcionam ?? 3/28/18 7 MODELO CHAVE FECHADURA Como as enzimas funcionam ?? Como as enzimas funcionam? 3/28/18 8 P R O D U T O S ENZIMA SUBSTRATO COMPLEXO ENZIMA- SUBSTRATO ENZIMA REGENERADA SÍTIO ATIVO Como as enzimas funcionam ?? Unidade de medida das enzimas = atividade enzimática ! o quanto as enzimas estão catalisando as reações Fatores que alteram a velocidade de reações enzimáticas: " pH " temperatura " [enzimas] " [substratos] " presença de inibidores ATIVIDADE ENZIMÁTICA 3/28/18 9 Mudanças de pH = variações no estado de ionização das cadeias laterais dos aa (relação pKa/pH) Consequências da variação do pH são importantes, principalmente quando consideramos os aa do sítio ativo O pH ótimo varia de enzima para enzima Influência do pH ATIVIDADE ENZIMÁTICA Com o aumento da temperatura: # aumento a taxa de reação (por aumento do choque entre as partículas) # diminuo estabilidade da proteína (= desnaturação protéica) Formação do complexo ES protege enzima! Temperatura ótima = temperatura na qual a enzima atinge sua atividade máxima, isto é, temperatura máxima na qual a enzima possui atividade constante por um período de tempo. Influência da temperatura ATIVIDADE ENZIMÁTICA 3/28/18 10 Velocidade de transformação S ! P varia de acordo com a [enzima] quanto maior [enzima] maior a velocidade da reação (até atingir o limite de velocidade da reação) Desvios ocorrem: • Na presença de inibidores na solução • Na presença de substâncias tóxicas • Na presença de um ativador que dissocia o complexo ES [ENZIMA] ATIVIDADE ENZIMÁTICA # a [S] é sempre muito maior do que a [E] em uma reação # [S] varia durante o curso da reação, à medida que S é consumido e convertido em P Considerando [E] constante [S] pequenas → velocidade ↑ linearmente [S] maiores → velocidade ↑ com acréscimos cada vez menores de substrato Vmax = velocidade máxima da reação ! atingida quando E estiver na forma ES e a [E] livre for insignificante E saturada com S ! V não ↑ com ↑ de [S] [SUBSTRATO] ATIVIDADE ENZIMÁTICA 3/28/18 11 E + S ES E + P Etapa rápida Etapa lenta CINÉTICA ENZIMÁTICA As reações catalisadas por enzimas são saturáveis, portanto sua velocidade de catálise não possui uma resposta linear face ao aumento de substrato Se a velocidade inicial da reação é medida sobre uma escala de [substrato], a velocidade de reação aumenta com o aumento da [S] A medida que [S] aumenta, a enzima satura-se e a velocidade atinge um valor máximo (Vmax) Cinética de Michaelis-Mentem CINÉTICA ENZIMÁTICA 3/28/18 12 A KM (= metade da velocidade máxima) indica a afinidade que uma enzima apresenta pelo seu substrato Ex.: Hexoquinase = glicose e frutose como substrato - Glicose: KM é alcançada com [ ] de 0,15 mM - Frutose: KM é alcançada com [ ] de 1,5 mM; Conclusão: a [glicose] necessária para atingir KM (ocupar 50% da enzima) é 10 vezes menor do que a [frutose] (tem mais afinidade!) Cinética de Michaelis-Mentem CINÉTICA ENZIMÁTICA Glicose Frutose CINÉTICA ENZIMÁTICA 3/28/18 13 Quando a formação de P for proporcional à [S] a velocidade da reação é de 1a ORDEM Quando a velocidade da reação independe da [S] a reação é de ORDEM ZERO V [S] v = Vmax v = K x [S] CINÉTICA ENZIMÁTICA Exceção a cinética de Michaelis-Menten: ENZIMAS REGULATÓRIAS - Controlam a etapa limitante em uma cadeia de reações enzimáticas - Tem sua atividade catalítica aumentada ou diminuída em resposta a determinados sinais - moléculas sinalizadoras (pequenos metabólicos ou cofatores) Classes de enzimas reguladoras: Enzimas alostéricas Enzimas reguladas por modificação covalente reversível CINÉTICA ENZIMÁTICA 3/28/18 14 Enzimas alostéricas - Enzimas que possuem ponto de ligação (não-covalente e reversível) com uma molécula reguladora chamada modulador - modulador pode inibir ou ativar as enzimas - sítio ativo ≠ sítio alostérico CINÉTICA ENZIMÁTICA ENZIMAS ALOSTÉRICAS 3/28/18 15 Enzimas reguladas pela modificação covalente reversível Grupos químicos (fosfato, grupos metil, etc) são ligados covalentemente a enzima ! modificação conformacional da enzima ! ativaçãoou inibição da enzima - grupamentos são posteriormente removidos da enzima reguladora por outras enzimas CINÉTICA ENZIMÁTICA Inibidor enzimático: qualquer substância que bloqueia a ação de uma enzima IRREVERSÍVEIS REVERSÍVEIS COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS INIBIDORES INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 3/28/18 16 Inibidor competitivo ! Concorre com o substrato pelo sítio ativo da enzima Inibidor não-competitivo ! se liga em um outro sítio de ligação, que não o sítio ativo Inibição Reversível INIBIÇÃO ENZIMÁTICA Inibição Reversível Competitiva # Alta especificidade – mesmo sítio de ligação substrato X inibidor = estrutura semelhante # Largo emprego terapêutico - FÁRMACOS # Inibição de reações químicas em células eucariotas e procariotas (vírus e bactérias) # Taxa inibição depende: - [substrato] x [inibidor] - Grau de afinidade pelo sítio ativo INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 3/28/18 17 Inibição Reversível Competitiva INIBIÇÃO ENZIMÁTICA Inibição Reversível Competitiva Ex.: Sulfonamidas ! inibição da síntese de tetraidrofolato pelas bactérias Zidovudina (AZT / antiretroviral) ! inibição da enzima DNA polimerase (transcriptase reversa) necessária para a replicação do vírus HIV INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 3/28/18 18 Inibição Reversível Não Competitiva # Baixa especificidade estrutura química completamente distinta do substrato # Ligação normalmente ocorre em grupamentos OH ou SH dos aa constituintes da enzima inibidor INIBIÇÃO ENZIMÁTICA Ex.: Metais pesados (Hg2+, Pb2+, Ag+) reagem com grupos SH = tóxicos 3/28/18 19 INIBIDOR se liga ao grupo funcional do sítio ativo da enzima (que é essencial para sua atividade) ! maior afinidade [substrato] não interfere na ligação enzima x inibidor ! ligação covalente entre a enzima e o inibidor Ligação pode promover a destruição da enzima ! inibidor suicida Ex.: penicilina Inibição Irreversível INIBIÇÃO ENZIMÁTICA Inibição Irreversível Inseticidas organofosforados e carbamatos ! inibição da enzima acetilcolinesterase Fármaco dissulfiram (tratamento do alcoolismo) ! inibição da enzima aldeído desidrogenase INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
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