6 Enzimas I Mecanismos de catálise

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Enzimas 
Enzima digestiva Quimotripsina e 
detalhe de seu centro ativo com seu 
substrato 
Enzimas – Mecanismo de Catálise 
•As enzimas são proteínas altamente 
especializadas com a função de Catálise 
•As enzimas aumentam as velocidades da 
reações por elas catalisadas sem 
sofrerem modificações; 
•Não alteram a Keq  diminuem o tempo 
para que o mesmo possa ser atingido 
•As Enzimas são proteínas globulares, com 
exceção de pequeno grupo de Ribozimas; 
•Grupos prostéticos: 
•Cofator: íons inorgânicos; 
•Coenzima: molécula orgânica complexa ou metalo-
orgânica; 
 
 HOLOENZIMA: enzima + grupos prostéticos; 
 APOENZIMA ou APOPROTEÍNA: somente parte protéica, 
sem os grupos prostéticos. 
 
•As coenzimas ou cofatores funcionam como 
transportadores transitórios de grupos funcionais 
específicos durante a catálise 
 
•As enzimas podem ser modificadas covalentemente  
fosforilação, glicosilação  Regulação da Atividade 
Enzimática 
Coenzimas 
Cofatores 
Classificação das Enzimas 
As enzimas são classificadas de acordo com a reação que 
catalisam: 
-Ex: “hexoquinase” : ATP- Glicose transferase 
-EC 2.7.1.1 
-2 nome da classe -transferase, 
-7 subclasse – fosfotrasnsferase, 
-1 grupo hidroxila como receptor, 
-1 D-glicose como grupo receptor. 
Nomenclatura oficial: Comissão de Enzimas (EC) 
Como as Enzimas Funcionam? 
 
•As enzimas fornecem um microambiente 
químico específico onde eventos químicos 
desfavoráveis ou improváveis possam ser 
vencidos, tornando-os energeticamente 
favoráveis 
•Sítio ativo local específico de ligação do 
substrato, uma pequena porção do arcabouço 
globular da enzima 
 
Características comuns dos sítios/centros ativos: 
1. O centro ativo é uma fenda 
tridimensional formada por grupamentos 
que vem de diferentes partes da 
sequência de aminoácidos; 
2. O centro ativo ocupa uma parte 
relativamente pequena do volume total 
de uma enzima; 
3. Os centros ativos são microambientes 
especiais  normalmente exclui a água, 
onde alguns grupamentos químicos 
adquirem propriedades especiais; 
4. Os substratos são ligados por 
interações fracas múltiplas; 
5. A especificidade de ligação depende 
de um arranjo precisamente definido 
de átomos no centro ativo  
complementaridade E-S 
 
 
Complementaridade Enzima-Substrato 
Interações intermoleculares orientadas e específicas no “sítio ativo”: 
•Interações iônicas; 
•Interações de hidrogênio; 
•Interações hidrofóbicas 
Enzima 
Diidrofolato 
redutase e seu 
substrato 
NADP+ 
Modelos de interação Enzima/Substrato 
Sítio ativo 
Substrato 
Enzima 
Complexo ES 
Modelo Chave-Fechadura 
Modelos de interação Enzima/Substrato 
Complexo ES 
Enzima 
Substrato 
Modelo Ajuste induzido 
Ajuste induzido na Hexocinase quando da 
ligação da D-glicose 
As enzimas diminuem a energia de ativação das 
reações 
  caminho alternativo com Eativ o que aumenta a velocidade 
da reação  equilíbrio químico é atingido mais rapidamente 
As enzimas aumentam a 
velocidade por produzir um 
complexo ES específico com 
rearranjos das ligações 
covalentes e maximização de 
interações fracas “atalho 
energético” 
Considerações Energéticas sobre as Interações 
no Estado de Transição 
G 
proveniente da 
energia de 
ligação no sítio 
ativo 
Mecanismos de Catálise 
• Os mecanismos de catálise mais comuns: 
– Catálise ácido-básica geral 
– Catálise covalente 
– Catálise por íons metálicos. 
 
Em uma dada atividade enzimática, todos esses 
mecanismos podem estar presentes constituindo em um 
único mecanismo combinado. 
Mecanismos de Catálise: 
•Catálise Ácido-Base Geral: estabilização de 
intermediários instáveis por cadeias laterais R de aa 
aceptores ou doadores de prótons; 
•Catálise Covalente: formação de ligação covalente 
transitória entre Enzima-Substrato. 
 
Sítio Ativo da 
Quimotripsina 
Catálise Ácido-Base Geral 
combinada com a catálise Covalente 
Mecanismo de 
Catálise da 
Quimotripsina 
Especificidades de algumas serino-proteases 
Enzima 
Regenerada 
Mecanismo de catálise da Protease do HIV 
Catálise covalente 
•Catálise por íons metálicos: metais firmemente 
coordenados à enzima ou captados da solução juntamente 
com o sustrato  orientação do substrato e estabilização de 
estados de transição 
Ex: atividade da Anidrase carbônica 
 
Ácido carbônico Íon 
Bicarbonato 
Mecanismo de catálise da Anidrase Carbônica 
Ativação da 
molécula de 
água 
Ligação do 
Díoxido de 
Carbono 
Ataque 
nucleofílico 
pelo 
Hidróxido 
Hidróxido 
Deslocamento 
do 
Bicarbonato 
pela água 
Mecanismos de catálises Especiais 
– As enzimas também podem acoplar transformações de 
energia com alterações químicas em seus substratos  
Ex. ATPsintase  catálise rotacional 
 
Lado P  [H+] intermembranar 
Lado N  [H+] matriz mitocondrial 
Fatores que afetam a Velocidade de Reação: 
•Concentração do Substrato: um dos principais fatores que 
afetam a velocidade da reação “in vitro” 
•Vmax: no. de moléculas de substrato convertidas em 
produto por unidade de tempo; 
•Curva no formato hiperbólico. 
V
e
lo
c
id
a
d
e
 
Concentração de Substrato 
S50 
Efeito da temperatura 
• Aumento da Velocidade por aumento da temperatura; Decréscimo 
da atividade com aumento de temperatura (desnaturação térmica da 
Enzima). 
 
Efeito do pH 
•Influência na ionização de grupos próximos ao sítio ativo; 
• Além disso, cada enzima apresenta uma faixa de pH com atividade ótima, de 
acordo com sua função.Valores extremos de pH podem desnaturar as enzimas 
Enzimas Alostéricas 
• Não seguem a cinética de Michaelis-Menten  
múltiplas subunidades e múltiplos centros ativos; 
• A grande maioria das 
enzimas metábolicas são 
alostéricas e com 
múltiplos substratos; 
• Apresentam cinéticas com 
curvas sigmoidais; 
• Suas atividades podem ser 
alteradas pelos próprios S 
e P, além de outros 
moduladores alostéricos 
Modelos propostos para reações bissubstrato