Unidade 3 Enzimas

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Prof. Dr. ÍGOR PRADO DE BARROS LIMA
DISCIPLINA: BIOQUÍMICA HUMANA
Campina Grande, 2017
Unidade III – Enzimas
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
 Introdução às enzimas.
 Propriedades das enzimas.
 Classificação das enzimas.
 Modelos de interação enzima-substrato.
 Inibições enzimáticas e cinética enzimática.
 Fatores que interferem na velocidade enzimática.
 Definição de Km e velocidade máxima (Vmáx).
 Mecanismos de controle da atividade enzimática.
INTRODUÇÃO ÀS ENZIMAS
 A vida depende de catalisadores poderosos e específicos: ENZIMAS.
 Praticamente todas as reações bioquímicas são catalisadas por 
enzimas.
E + S = P
INTRODUÇÃO ÀS ENZIMAS
 As ENZIMAS são as proteínas mais notáveis e mais altamente 
especializadas.
 Apresentam alto grau de especificidade para os seus substratos, 
aceleram as reações químicas, sem sofrerem alterações no processo 
global e atuam em soluções aquosas sob condições suaves de 
temperatura e pH.
 Catalisam cada uma das reações das centenas de etapas que 
degradam as moléculas nutrientes, que conservam e transformam 
energia química e que constroem as macromoléculas biológicas a 
partir de precursores elementares.
INTRODUÇÃO ÀS ENZIMAS
 IMPORTÂNCIA das enzimas em algumas doenças, especialmente 
em doenças genéticas, onde pode haver deficiência ou mesmo 
ausência total de uma ou mais enzimas.
 Outras doenças podem ser causadas pela atividade excessiva de 
determinada enzima.
 Enzimas como marcadores sanguíneos na determinação das 
atividades enzimáticas no plasma sanguíneo, nas hemácias ou em 
amostras de tecidos é importante como marcadores de certas 
enfermidades. Ex. transaminases hepáticas.
 Muitos medicamentos agem por interação com enzimas.
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS
 As enzimas são catalisadores protéicos que aumentam a velocidade 
de uma reação química e não são consumidas durante a reação que 
catalisam. 
 As enzimas apresentam uma região
específica formando uma fenda ou bolso,
que é chamada de sítio ativo.
SÍTIOS ATIVOS
 O contorno da superfície do sítio ativo é delimitado por resíduos de
aminoácidos com grupos nas cadeias laterais que ligam o substrato e
que catalisam a sua transformação química.
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PROPRIEDADES DAS ENZIMAS
SÍTIOS ATIVOS
 O sítio ativo liga o substrato formando um complexo enzima-substrato
(ES). O complexo ES é convertido em enzima-produto, o qual
subsequentemente se dissocia em enzima e produto.
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS
EFICIÊNCIA CATALÍTICA
 As reações catalisadas por enzimas são altamente eficientes,
ocorrendo cerca de 105 a 1017 vezes mais rapidamente do que as
reações não-catalisadas.
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS
ESPECIFICIDADE
 As enzimas são altamente específicas, interagindo com um ou alguns
poucos substratos e catalisando apenas um tipo de reação.
 Distinguem facilmente substratos com estruturas muito semelhantes.
 Modelo de interação enzima-substrato: Modelo chave-fechadura.
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS
COFATORES
 Algumas enzimas se associam a um cofator não-protéico, que é
necessário para a atividade enzimática.
 Os cofatores comumente encontrados incluem:
 Íons inorgânicos, tais como Mg2+, Zn2+ ou Fe2+, e moléculas
orgânicas, conhecidas como Coenzimas, que agem como
carreadores transitórios de grupos funcionais específicos.
 O conjunto enzima + coenzima = Holoenzima.
 A Apoenzima é a porção protéica da Holoenzima.
 Grupo prostético = Coenzima firmemente ligada à enzima.
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS
COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM
 As enzimas fornecem uma rota de reação 
alternativa, energeticamente favorável com 
menor energia livre de ativação, diferente 
da reação não-catalisada.
 A catálise não afeta o equilíbrio da reação.
 A energia livre de ativação é a diferença 
entre a energia dos reagentes e aquela de 
um intermediário de alta energia, que 
ocorre durante a formação do produto.
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS
COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM
 Velocidade da reação:
 Na ausência de uma enzima, somente uma 
pequena proporção de moléculas pode possuir 
energia suficiente para atingir o estado de 
transição.
 A velocidade da reação é determinada pelo nº de 
moléculas energizadas.
 Quanto menor a energia livre de ativação, mais moléculas têm
energia suficiente para superar o estado de transição, e mais rápida é
a velocidade da reação.
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PROPRIEDADES DAS ENZIMAS
COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM
NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
Existem 3 métodos para NOMENCLATURA ENZIMÁTICA:
 Nome Recomendado – mais curto e utilizado no dia a dia de quem
trabalha com enzimas; sufixo "ase" adicionado ao nome do substrato
da reação. ex. glicosidase, urease, sacarase.
 Nome Sistemático – mais complexo, nos dá informações precisas
sobre a função metabólica da enzima, descrição da ação realizada.
ex. lactato-desidrogenase, adenilato-ciclase.
 Nome trivial original – consagrados pelo uso, o qual não tem
associação com a reação enzimática. ex. tripsina, pepsina, ptialina.
NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
 As enzimas são classificadas segundo as reações que catalisam.
FATORES QUE INTERFEREM NA VELOCIDADE ENZIMÁTICA
CONCENTRAÇÃO DO SUSTRATO
 VELOCIDADE MÁXIMA
 A velocidade de uma reação corresponde ao número de moléculas
do substrato convertidas em produto por unidade de tempo.
 A velocidade de uma reação catalisada 
por enzima aumenta conforme a 
concentração do substrato, até uma 
velocidade máxima.
FATORES QUE INTERFEREM NA VELOCIDADE ENZIMÁTICA
CONCENTRAÇÃO DO SUSTRATO
 VELOCIDADE MÁXIMA
 Platô na velocidade de reação em altas concentrações do substrato
em função da saturação pelo substrato de todos os sítios de ligação
disponíveis nas enzimas.
 Formato hiperbólico da curva na 
cinética enzimática.
FATORES QUE INTERFEREM NA VELOCIDADE ENZIMÁTICA
TEMPERATURA
 A velocidade de reação aumenta com a temperatura, até um pico de 
velocidade ser atingido.
 Esse aumento está relacionado com o aumento no nº de moléculas 
com energia suficiente para atravessar a barreira de energia e formar 
os produtos da reação.
 Limite de temperatura – uma elevação 
maior da temperatura resulta em redução 
da velocidade de reação, como resultado 
da desnaturação da enzima, induzida 
pela temperatura. Ativação 
térmica
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FATORES QUE INTERFEREM NA VELOCIDADE ENZIMÁTICA
pH
 As enzimas têm um pH (ou uma faixa de pH) ótimo no qual a 
atividade catalítica é máxima.
 A atividade decresce em pH maior ou menor.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Modelo de reação enzimática
 A enzima combina-se reversivelmente com o substrato, formando um 
complexo ES que, subsequentemente, degrada-se em produto, 
regenerando a enzima livre.
Equação de Michaelis-Menten
 Descreve como a velocidade da reação varia com a concentração do 
substrato.
Onde:
V0 = velocidade inicial da reação.
Vmax = velocidade máxima.
Km = constante de Michaelis.
[S] = concentração do substrato.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Conclusões importantes sobre a cinética de Michaelis-Menten
 A constante de Michaelis-Menten (Km) reflete 
a afinidade da enzima pelo substrato.
 Km baixo – mostra uma alta afinidade da 
enzima pelo substrato, pois uma baixa 
concentração do substrato é necessária para 
atingir a metade da saturação de uma enzima.
 Km alto – baixa afinidade da enzima pelo 
substrato. É necessária uma alta concentração 
de substrato para atingir a metade da 
saturação da enzima.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
 INIBIDORES ENZIMÁTICOS são moléculas que interferem com a 
catálise, diminuindo ou interrompendo as reações enzimáticas.
 Existem duas amplas classes de inibidores enzimáticos: reversíveis e 
irreversíveis.
INIBIDOR REVERSÍVEL
 Um tipo muito comum de inibição reversível é denominado 
competitivo.
 Um inibidor competitivo compete com o substrato pelo sítioativo da 
enzima. A medida que o inibidor ocupa o sítio ativo, ele impede que o 
substrato se ligue à enzima.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
INIBIDOR REVERSÍVEL – COMPETITIVO 
 Muitos inibidores competitivos têm estrutura similar à estrutura do 
substrato e se combinam com a enzima formando um complexo 
enzima-inibidor, mas que não leva à catálise.
 Mesmo ligações desse 
tipo que sejam 
transitórias reduzem a 
eficiência da enzima.
 Estatinas como exemplo 
de inibidor competitivo.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
INIBIDOR REVERSÍVEL – COMPETITIVO 
 Efeito sobre a Vmax – o efeito de um inibidor competitivo é revertido 
pelo aumento da [S].
Km é aumentada na presença de 
um inibidor competitivo
 Efeito sobre o Km – um 
inibidor competitivo aumenta 
o Km para um substrato. Na 
presença de um inibidor 
competitivo mais substrato é 
necessário para atingir 
metade da Vmax.
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INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
INIBIDOR REVERSÍVEL – NÃO-COMPETITIVO 
 O inibidor liga-se a um sítio 
distinto do sítio ativo do 
substrato e, ao contrário do 
inibidor competitivo, liga-se 
apenas ao complexo ES.
Não-competitiva
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
 Efeito sobre a Vmax – a inibição não-competitiva não pode ser 
superada pelo aumento da concentração do substrato. Diminuem a 
Vmax da reação.
Km não é alterada na presença de um 
inibidor não-competitivo
 Efeito sobre o Km – não 
interferem na ligação do 
substrato com a enzima, 
mostrando o mesmo Km na 
presença de um inibidor não-
competitivo.
INIBIDOR REVERSÍVEL – NÃO-COMPETITIVO 
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
INIBIDOR REVERSÍVEL – MISTO 
 Com o inibidor misto há 
ligação a um sítio 
distinto do sítio ativo, ao 
qual o substrato se liga.
 O inibidor pode ligar-se 
tanto à enzima quanto 
ao ES.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
INIBIDOR IRREVERSÍVEL 
 Ligam-se covalentemente com ou destroem um grupo funcional da 
enzima que é essencial à atividade da mesma ou então formam uma 
associação não covalente estável.
REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
 A regulação da velocidade das reações enzimáticas é essencial 
para o organismo coordenar seus numerosos processos metabólicos.
 Um aumento na [S] é refletido no aumento da velocidade da reação, 
em seguida levando a concentração do substrato ao valor normal, no 
mecanismo de regulação.
 Algumas enzimas com funções reguladoras especializadas 
respondem a efetores alostéricos ou a modificações covalentes.
REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
 As enzimas alostéricas são reguladas por moléculas chamadas 
efetores ou moduladores, os quais ligam-se de forma não-covalente a 
outro sítio que não o sítio catalítico.
 A presença do efetor alostérico pode alterar a afinidade da enzima 
pelo seu substrato ou modificar a atividade catalítica máxima da 
enzima ou ambos.
Efetores
Negativos – inibem a atividade enzimática
Positivos – aumentam a atividade enzimática
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REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
 Quando o substrato em si atua como efetor, o efeito é dito 
homotrópico.
 Um substrato alostérico funciona, mais frequentemente, como efetor 
positivo.
 A presença do substrato em um sítio da enzima aumenta as 
propriedades catalíticas de outros sítios de ligação ao substrato, isto 
é, seus sítios exibem cooperatividade.
EFETOR HOMOTRÓPICO
REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
 O efetor pode ser diferente do substrato, em cujo caso o efeito é dito 
heterotrópico.
 Exemplo – inibição por retroalimentação.
 Se a concentração de E aumenta, a enzima inicial da rota é inibida.
EFETOR HETEROTRÓPICO
REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
 Muitas enzimas podem ser reguladas por modificação covalente, 
mais frequentemente pela adição ou pela remoção de grupos fosfato 
na enzima.
MODIFICAÇÃO COVALENTE
 FOSFORILAÇÃO e DESFOSFORILAÇÃO -
As reações de fosforilação e desfosforilação 
são catalisadas por proteína-cinases, as quais 
utilizam ATP como doador de fosfato.
REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
 As células podem regular a quantidade de enzimas presentes, 
alterando a velocidade de síntese dessas enzimas.
 O aumento ou a diminuição da síntese enzimática leva a uma 
alteração na população total de sítios ativos.
INDUÇÃO E REPRESSÃO DA SÍNTESE DE ENZIMAS
ENZIMAS PLASMÁTICAS NA AVALIAÇÃO CLÍNICA
 Além do papel central das enzimas na bioquímica, a atividade das 
enzimas no sangue fornece informações importantes para o 
diagnóstico de doenças.
Bibliografia complementar
CAPÍTULO 6 - NELSON, D.L.; COX, M.M. Princípios de Bioquímica de 
Lehninger. 6ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2014, 1298 p. 
CAPÍTULO 5 - CHAMPE, P.C.; HARVEY, R.A.; FERRIER, D.R. Bioquímica 
Ilustrada. 3ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2006. 544 p.
CAPÍTULO 5 - CAMPBELL, M.K. Bioquímica. 3ª ed. Porto Alegre: Artes 
Médicas Sul, 2000.