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Enzimas: Velocidade e Especificidade

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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 
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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 
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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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