Enzimologia: Proteínas Catalisadoras

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Prof. Wagner de J.P Enzimologia 
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Enzimologia 
Prof. Dr. Wagner de JP 
1.Introdução 
O termo é derivado de "en" = dentro e "zima" = levedura. As enzimas são proteínas bastante grandes e 
complexas que agem como catalisadoras em reações bioquímicas. Algumas transformações regidas via enzimática 
envolvem várias enzimas como a da glicose em água e gás carbônico que leva 25 passos, cada passo com a participação 
de várias enzimas. O calor promove aumento da cinética (atividade) enzimática, mas apenas até certo ponto a partir do 
qual elas se modificam e perdem suas propriedades catalizadoras desnaturando-se. 
Como catalisadores celulares extremamente eficientes, as enzimas possuem a propriedade de acelerar a 
velocidade de uma reação, em média 109 a 1012 vezes, transformando de 100 a 1000 moléculas de substrato em produto 
por minuto de reação. Algumas enzimas são capazes de participar de milhares de reações em um único minuto. Em 
princípio, isso pode continuar indefinidamente, mas na prática a maioria das enzimas perde com o tempo a estabilidade e 
capacidade de catalisar as reações. 
Atuam em concentrações muito baixas e em condições ideais de temperatura e pH, podem ter sua atividade 
regulada pela maquinaria bioquímica celular (enzimas alostéricas). Ao catalizar uma reação as enzimas não participam 
da mesma como reagente ou produto. Depois de a reação se completar, a enzima permanece intacta e disponível para 
iniciar outra reação, de modo que não é consumida no processo (Figura 1). São, portanto, consideradas as unidades 
funcionais do metabolismo celular. Como as proteínas, elas consistem em longas cadeias de aminoácidos unidas por 
ligações peptídicas. São sintetizadas por plantas fungos, bactérias, e organismos microscópicos unicelulares. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Nomenclatura enzimática 
Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática: 
Nome Recomendado � Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com enzimas; Utiliza o sufixo "ase" para 
caracterizar a enzima. Exs: 
- Lipases � atuam nas gorduras decompondo-as em glicerol e ácidos graxos; 
Enzima Substrato 
Produto 
formado 
Enzima intacta 
(regenerada no processo 
de catálise) 
Reação de catálise 
enzima-substrato 
Figura 1 - Depois de a reação se completar, a enzima permanece intacta e disponível para iniciar outra reação, 
de modo que não é consumida no processo 
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- Amilases � decompõem os amidos em açúcares mais simples; 
- Proteases � decompõem as proteínas; 
- Celulases � decompõem a celulose; 
Nome Sistemático � Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP-
Glicose-Fosfo-Transferase. 
Nome Usual � Consagrados pelo uso; Exs: Tripsina, Pepsina, Ptialina. 
 
2.1 Modelo espacial de algumas enzimas do trato gastrointestinal humano 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lisozima ** 
 
Carboxipeptidase A – azul 
Carboxipeptidase B – vermelho 
Inibidor - laranja 
 
Caseinase ou renina 
(bovina) 
 
Carboxipeptidase A bovina 
 
Quimiotripsina bovina 
RNA´se pancreática bovina * 
 
* Fonte: VOET, D.; VOET, J.G.; PRATT, 
C.W. – Fundamentos de Bioquímica. 
Editora, Artmed, 2000. 
 
** Fonte: GARRETT, .H.; GRISHAM, 
C.M. – Biochemstry. Sounders College 
Publhishers, 1995. 
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3. Classificação das Enzimas 
As enzimas podem ser classificadas de acordo com vários critérios. O mais importante foi estabelecido pela 
União Internacional de Bioquímica (IUB), e estabelece 6 classes: 
- Oxidorredutases � São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. 
São as desidrogenases e as oxidases. 
- Transferases � Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, 
acil, carboxil, etc. Como exemplo temos as quinases e as transaminases 
- Hidrolases � Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: As peptidades 
- Liases � Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. As 
dehidratases e as Descarboxilases são bons exemplos 
- Isomerases � Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. As epimerases são 
exemplos. 
- Ligases � Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, sempre às 
custas de energia (ATP). São as sintetases. 
 
4. Cofatores Enzimáticos 
Cofatores são pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que podem ser necessárias para a função de uma 
enzima; Estes cofatores não estão ligados permanentemente à molécula da enzima mas, na ausência deles, a enzima é 
inativa; A fração protéica de uma enzima, na ausência do seu cofator, é chamada de APOENZIMA; 
 
Enzima + Cofator, chamamos de HOLOENZIMA; 
Coenzimas São compostos orgânicos, quase sempre derivados de vitaminas, que atuam em conjunto com as 
enzimas. Podem atuar segundo 3 modelos (Figura 2): 
a) Ligando-se à enzima com afinidade semelhante à do substrato; 
b) Ligando-se covalentemente em local próximo ou no próprio sítio catalítico da apoenzima; 
c) Atuando de maneira intermediária aos dois extremos acima citados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. Especificidade enzimática - O sítio ativo 
As enzimas são muito específicas para os seus substratos, esta especificidade pode ser relativa a apenas um 
substrato ou a vários substratos ao mesmo tempo. Esta especificidade se deve à existência, em uma porção específica da 
enzima de um local denominado SÍTIO DE LIGAÇÃO DO SUBSTRATO. O sítio de ligação do substrato de uma enzima é 
dado por um arranjo tridimensional especial dos aminoácidos de uma determinada região da molécula, geralmente 
complementar à molécula do substrato, e ideal espacial e eletricamente para a ligação do mesmo. 
O sítio de ligação do substrato é capaz de reconhecer inclusive isômeros óticos "D" e "L" de um mesmo 
composto. Este sítio pode conter um segundo sítio, chamado SÍTIO CATALÍTICO ou SÍTIO ATIVO (Figura 3), ou estar 
próximo dele; é neste sítio ativo que ocorre a reação enzimática. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 3 - Os dois domínios que constituem a pepsina (mostrados 
em amarelo e azul) No centro (em vermelho) situa-se o sítio ativo. 
Fonte: Stryer, L. – Bioquímica, Quarta edição. Editora Guanabara 
Koogan, 1996. 
 
Sítio ativo 
Figura 2 - Modelos de atuação das coenzimas. Em “A” cofator liga-se à enzima com afinidade semelhante à do substrato; em “B” 
cofator ligado covalentemente em local próximo ou no próprio sítio catalítico da apoenzima; em “C” cofator atuando de maneira 
intermediária aos dois extremos A e B. 
Enzima 
(apoenzima) 
Região do sítio 
de catálise 
Coenzima 
Coenzima 
Coenzima 
Coenzima 
A C B 
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Alguns modelos procuram explicar a especificidade substrato/enzima (Figura 4): 
a) Modelo Chave/Fechadura � Prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma 
fechadura. 
b) Modelo do Ajuste Induzido � Prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, nas sim moldável à molécula 
do substrato; a enzima se ajustaria à molécula do substrato na sua presença. 
Evidências experimentais sugerem um terceiro modelo que combina o ajuste induzido a uma "torção" da 
molécula do substrato, que o "ativaria" e o prepararia para a sua transformação em produto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Mecanismo geral de catáliseenzimática 
As enzimas aceleram a velocidade de uma reação por diminuir a ENERGIA LIVRE DE ATIVAÇÃO da mesma, 
sem alterar a termodinâmica da reação, ou seja: A energia dos reagentes e produtos da reação enzimática e de sua 
equivalente não enzimática são idênticas. Se as enzimas estivessem ausentes, as reações químicas seriam lentas demais 
para dar suporte à vida. 
 7. Cinética enzimática 
Designa a instância da enzimologia que estuda a velocidade das reações enzimáticas, e os fatores que 
influenciam nesta velocidade. A cinética de uma enzima é estudada avaliando-se a quantidade de produto formado ou a 
quantidade de substrato consumido por unidade de tempo de reação. Uma reação enzimática pode ser expressa pela 
seguinte equação: 
Figura 4 – Dois modelos que descrevem a ligação substrato-enzima. Em “A” modelo chave-fechadura no qual o sítio ativo 
enzimático e o substrato são complementares um ao outro. Em “B” , descreve o modelo de encaixe induzido no qual a enzima 
sofre uma mudança conformacional ao ligar-se ao substrato de modo que o formato do sítio ativo torna-se complementar ao 
formato do substrato somente depois que o substrato se liga à enzima. 
Enzima 
Substrato 
A 
Enzima 
Substrato 
Enzima 
Substrato 
B 
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E + S <==> [ES] ==> E + P 
O complexo enzima/substrato (ES) possui energia de ativação ligeiramente menor que a do substrato isolado, e a 
sua formação leva ao aparecimento do estado de transição "Ts". A formação de "P" a partir de ES é a etapa limitante da 
velocidade da reação. A velocidade de uma reação enzimática depende das concentrações de ENZIMA e de SUBSTRATO. 
7.1 Estudos de Michaelis-Menten 
Michaelis e Menten foram 2 pesquisadoras que propuseram o modelo acima citado como modelo de reação 
enzimática para apenas um substrato. A partir deste modelo, estas pesquisadoras criaram uma equação, que nos permite 
demonstrar como a velocidade de uma reação varia com a variação da concentração do substrato 
Esta equação pode ser expressa graficamente (figura 5), e representa o efeito da concentração de substrato sobre 
a velocidade de reação enzimática 
 
 
 
 
 
 
 
7.2 Fatores externos que influenciam na velocidade de uma reação enzimática 
1. Temperatura � Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação, até se atingir a TEMPERATURA ÓTIMA; 
a partir dela, a atividade volta a diminuir, por desnaturação da molécula. 
2. pH � Idem à temperatura; existe um pH ÓTIMO, onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e, em 
especial do sítio catalítico, é ideal para a catálise. 
8. Inibição Enzimática 
Os inibidores enzimáticos são compostos que podem diminuir a atividade de uma enzima. A inibição enzimática 
pode ser reversível ou irreversível, sendo que existem 2 tipos de inibição enzimática reversíveis (figura 6): 
8.1 Inibição enzimática reversível competitiva � Ocorre quando o inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sítio de 
ligação do substrato. O efeito é revertido aumentando-se a concentração de substrato. Este tipo de inibição depende das 
concentrações de substrato e de inibidor. 
5 15 20 
concentração de 
substrato 
V
el
o
ci
da
de
 
da
 
ca
tá
lis
e 
Figura 5 – a velocidade máxima designa o momento no 
qual ainda que se aumente a concentração de substrato a 
velocidade de catálise enzimática não irá aumentar. 
Portanto, a velocidade de catálise é finita, apresentando um 
limite, expresso pelo platô. 
Velocidade máxima 
de catálise. 
Platô 
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8.2 Inibição enzimática reversível não-competitiva � Ocorre quando o inibidor liga-se reversivelmente à enzima em 
um sítio próprio de ligação, podendo estar ligado à mesma ao mesmo tempo que o substrato. Este tipo de inibição 
depende apenas da concentração do inibidor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8.3 Inibição enzimática irreversível � Na inibição enzimática irreversível (figura 7), há modificação covalente e 
definitiva no sítio de ligação ou no sítio catalítico da enzima, de modo que o inibidor não se desliga do sítio enzimático. 
 
 
 
9. Regulação Enzimática 
Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, 
atuando assim como moduladoras do metabolismo celular. Esta 
modulação é essencial na coordenação dos inúmeros processos 
metabólicos pela célula. Além dos mecanismos já citados de 
modulação de atividade enzimática - por variação da 
concentração do substrato, ou por inibição enzimática, por 
exemplo - existem 2 modelos de regulação enzimática mais 
conhecidos: 
 
 Figura 6 – Tipos de inibição enzimática reversíveis - Em “A”, Inibição enzimática reversível competitiva, nesse caso, o 
inibidor compete com o substrato pelo sitio ativo da enzima ligando-se a ele de forma reversível. O efeito é revertido aumentando-se a 
concentração de substrato. Em “B” Inibição enzimática reversível não-competitiva, ocorre quando o inibidor liga-se reversivelmente à 
enzima em um sítio próprio de ligação (que não o sítio para o substrato). Nessa condição o inibidor pode ligar-se à enzima ao mesmo 
tempo que o substrato. Este tipo de inibição depende apenas da concentração do inibidor. 
A B 
Inibidor ligado a um 
sítio próprio na 
enzima 
Substrato 
Inibidor 
 Figura 7– Inibição enzimática irreversível – Neste caso o inibidor 
promove uma modificação conformacional no sítio enzimático de modo a 
não se desligar mais do mesmo ainda que a concentração de substrato 
aumente. 
 Substrato 
Inibidor 
 Alteração conformacional 
sofrida no sítio enzimático que 
não permite o desligamento do 
inibidor. 
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9.1 Modulação Alostérica � Enzimas alostéricas são aquelas que quando sofrem mudanças sutis em uma 
determinada região podem desencadear alterações drásticas nas propriedades de um sítio ativo distante. A 
regulação alostperica (figura 8) ocorre nas enzimas que possuem um SÍTIO DE MODULAÇÃO, ou ALOSTÉRICO, onde se 
liga de forma não-covalente um modulador alostérico que pode ser positivo (ativa a enzima) ou negativo (inibe a enzima). 
A ligação do modulador induz a modificações conformacionais na estrutura espacial da enzima, modificando a afinidade 
desta para com os seus substratos. Um modelo muito comum de regulação alostérica é a inibição por "FEED-BACK", onde 
o próprio produto da reação atua como modulador da enzima que a catalisa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sítio 
alostérico 
modulador 
alostérico Enzima 
Ligação não-covalente do 
modulador ao sítio de 
modulação, ou alostérico. 
A ligação do modulador 
induz a modificações 
conformacionais na 
estrutura espacial da 
enzima, modificando a 
afinidade desta para com os 
seus substratos. 
Produtos gerados podem 
inibir ou estimular a 
primeira ou outras enzimas 
da cadeia alostérica de 
regulação. 
V
ia
 
de
 
“
fe
ed
ba
ck
”
 
o
u
 
re
tr
o
al
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o
 
n
eg
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iv
a.
 
Figura 8 - Diversos sistemas enzimáticos são auto-regulados pelo efeito do produto final da cadeia sobre a primeira enzima da seqüência. Em 
“A” modelo esquemático da regulação alostérica, o produto final interfere estimulando ou inibindo as demais enzimas da cadeia. Em “B” 
exemplo de regulação alostérica onde o aminoácido L treonina é transformado em L-isoleucina por meio de uma cadeia de cinco enzimas. 
 
 
A B 
COO- 
C
C
CH3
H3NH
H OH
ENZIMA 1 – (α-cetobutirato) 
ENZIMA 2 – (α-acetodiidroxibutirato) 
ENZIMA 5 
CH3 
CH2
C
C
COO-
CH3H
H NH2
 
V
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de
 
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o
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n
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a.
 
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9.2 Modulação Covalente � Ocorre quando há modificação covalente da molécula da enzima, com conversão entre 
formas ativa/inativa. O processo ocorre principalmente por adição/remoção de grupamentos fosfato de resíduos 
específicos de serina. 
10. Enzimologia na clínica médica 
As enzimas podem ser utilizadas nas análises clínicas de 2 formas principais: 
1. Como reagentes altamente específicos e sensíveis em reações calorimétricas quantitativas 
2. Como indicadoras de lesão celular e tissular. O extravasamento de enzimas do meio intra para o meio extracelular 
leva a um aumento da atividade destas no sangue; Esta atividade pode ser mensurada e fornece importante informação 
diagnóstica e de evolução de um quadro clínico. 
3. A distribuição órgão-específica de algumas destas enzimas permite a localização da lesão com bastante precisão. 
4. Exemplos de doenças que podem ser diagnosticadas e acompanhadas enzimaticamente são: O infarto agudo do 
miocárdio, as hepatites, pancreatite, as colestases, doenças ósseas, etc. 
 
 
11. Referências Bibliográficas Básicas 
 
ALBERTS, B.; BRAY, D.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WATSON, J.D. – Biologia Molecular da Célula. Artes Médicas, 
1997. 
 
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LEHNINGER, A.L.; NELSON, L.D.; COX, M.M. – Princípios de Bioquímica. Ed. Sarvier, 2000. 
 
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STRYER, L. – BIOQUÍMICA. 4º ed, Guanabara Koogan, 1996. 
 
TRINDADE, D.F; OLIVEIRA, F.P.; BISPO, J.G. – Química Experimental. Ed. Ícone, 1989. 
 
VOET, D.; VOET, J.G.; PRATT, C.W. – Fundamentos de Bioquímica. Editora, Artmed, 2000. 
 
Referencias Bibliográficas de Aprofundamento 
 
BAYNES, J.; DOMINICKZAC, M.H. – Bioquímica Médica. Editora Manole, 2000. 
 
DELVIN, M.T. – Textbook of biochemstry with clinical correlactions, fourth edition, 1997. 
 
GARRETT, .H.; GRISHAM, C.M. – Biochemstry. Sounders College Publhishers, 1995. 
 
ROSTROSKI, R, Jr. – Bioquímica. Guanabara Koogan, 1997. 
 
SACKHEIM, G.I; LEHMAN, D.D. – Química e Bioquímica para Ciências Biomédicas. 8º edição, editora, Manole, 2001. 
 
VIEIRA, E.C.; MARES-GUIA,M.; GAZZINELLI, G. – Bioquímica Celular e Biologia Molecular, Atheneu, 1998.