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ENZIMAS UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR CURSO - FARMÁCIA DISCIPLINA - INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA Parte 1 2014.2 Manutenção da Vida Celular As reações químicas nos seres vivos devem ocorrer em velocidades adequadas e de forma específica Enzimas São proteínas, na sua grande maioria, responsáveis pela catálise das reações dos sistemas biológicos Propriedades das enzimas em relação a outros catalisadores • Alto grau de especificidade • Alta eficiência catalítica – muito maior do que os catalisadores sintéticos ou inorgânicos • Atuam em soluções aquosas sob condições suaves de pH e temperatura Características Enzimas Catalisadores QUÍMICOS Especificidade ao substrato alta baixa Natureza da estrutura complexa simples Sensibilidade à T e pH alta baixa Formação de subprodutos baixa alta Atividade catalítica (temperatura ambiente) alta baixa Presença de cofatores sim não Energia de ativação baixa alta Velocidade de reação alta baixa A atividade catalítica da enzima depende da integridade de sua conformação nativa Enzimas Sítio ativo – Região da enzima onde ocorre a reação Enzimas O sítio ativo é específico para o substrato Enzimas Substrato – Molécula que é ligada no sítio ativo e sobre a qual a enzima age. Algumas enzimas requerem outros grupos químicos além de seus resíduos de aminoácidos para a atividade - COFATORES •Íons inorgânicos - Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+ •Coenzimas – molécula orgânica não proteica OBS – As coenzimas podem ser derivadas de vitaminas, nutrientes orgânicos requeridos da dieta Grupo prostético – Coenzima ou íon metálico ligado firmemente, ou mesmo covalentemente, à enzima Holoenzima – Enzima cataliticamente ativa juntamente com sua coenzima ligada e/ou íon metálico. Apoenzima ou apoproteína – parte proteica Classificação das enzimas Componentes da reação enzimática E + S E S E + P Substrato interage com o SÍTIO ATIVO da enzima Componentes da reação enzimática E + S E S E + P E - Enzima S - Substrato(s) ES - Complexo Enzima -Substrato P – Produto(s) O que as enzimas fazem para aumentar a velocidade das reações? Energia de ativação – é a quantidade de energia livre requerida para levar os reagentes ao estado de transição. Como ocorre a interação ENZIMA – SUBSTRATO? Mecanismos ainda não bem definidos. Mas já é entendido que ocorrem ligações entre a enzima e o substrato. Interação ENZIMA - SUBSTRATO •Ligações covalentes transitórias entre substratos e grupos funcionais da enzima (cadeias laterais de aminoácidos, íons metálicos, coenzimas) •Interações não covalentes entre a enzima e o substrato – Grande parte da energia requerida para diminuir a energia de ativação é derivada de interações fracas Interação ENZIMA-SUBSTRATO Cada interação fraca no complexo ES libera uma pequena quantidade de energia livre que confere estabilidade à interação. Energia de Ligação (ΔGB) – •É a energia derivada da interação enzima- substrato. •É a principal fonte de energia livre usada pelas enzimas para diminuir a energia de ativação das reações Caminho da Reação Energia de ativação sem enzima S P Energia de ativação com enzima Diferença entre a energia livre de S e P As enzimas aumentam a velocidade de uma reação sem alterar a constante de equilíbrio ou a variação de energia livre ∆G’o = -RT ln K’eq E + S E S E + P Interação ENZIMA-SUBSTRATO Modelo 1 - Chave e Fechadura Não leva em consideração a flexibilidade conformacional Interação ENZIMA-SUBSTRATO Modelo 2 – Encaixe induzido Interação ENZIMA-SUBSTRATO Modelo 2 – Encaixe induzido Determinar as constantes de afinidade do S e dos inibidores; Conhecer as condições ótimas da catálise; Ajuda a elucidar os mecanismos de reação; Determinar a função de uma determinada enzima em uma rota metabólica. Estudos de Cinética Enzimática Em qualquer instante numa reação enzimática existe a forma E (livre) e a forma ES Enzima saturada → quando toda a enzima estiver na forma ES E + S k1 k-1 ES k2 E + P Etapa rápida Etapa lenta E + S k1 k-1 ES k2 E + P Etapa rápida Etapa lenta •Estado Estacionário V0 formação de ES = V0 quebra de ES (1) •[ Et ] = [ E ] + [ ES ] (2) •V0= k2 [ ES ] (etapa limitante) (3) então Vmax = k2 [ ES ] (4) •Em Vmax, [ Et ] = [ ES ] (5) Essa equação expressa algebricamente o gráfico de velocidade e foi deduzida baseada na hipótese de que a etapa limitante numa reação enzimática é a quebra de ES para formar P e E livre. Constante de Michaelis-Menten Km é igual a concentração do substrato na qual Vo é metade de Vmáx. Km alto – baixa afinidade entre a enzima e o substrato Km baixo – alta afinidade entre a enzima e o substrato ENZIMA SUBSTRATO Km (mM) Catalase H2O2 25 Hexoquinase ATP 0,4 D-Glicose 0,05 D-Frutose 1,5 Quimotripsina Gliciltirosinilglicina 108 N-benzoiltirosinamida 2,5 Equação de Lineweaver-Burk
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