INTRODUÇÃO ENZIMAS

Prévia do material em texto

ENZIMAS 
Introdução 
 Enzima: é uma molécula orgânica (proteína ou RNA) que 
catalisa uma reação química especifica 
 Catalisador: toda substancia que aumenta a velocidade de uma 
reação, sem ser consumida durante o processo 
 Todas as enzimas são proteínas, exceto por um pequeno grupo 
de moléculas de RNA que tem ação catalítica 
 Tem um alto grau de especificidade com o substrato 
 Tem poder catalítico muito maior que catalisadores sintéticos 
 As estruturas 1°, 2°, 3° e 4° são essenciais para sua ação 
 Dependem do PH do meio para agir. A pepsina tem PH~2 e a 
glicose-6-fosfatase tem PH~8 
 O ph altera a carga elétrica dos aminoácidos das proteínas e isso 
pode mudar a estrutura da molécula e fazer com que a enzima 
perca sua função 
 
 Algumas enzimas não precisam de nenhum elemento adicional 
para ter ação, outras precisam e esse elemento a mais se chama 
Cofator, que pode ser uma molécula inorgânica, como Fe, Mg, 
Zn, ou orgânica, como as coenzimas 
 Por exemplo, a urease, a qual quebra a uréia precisa de um 
átomo de Níquel (Ni--) para se tornar funcional 
 Coenzimas: são carregadores de grupos funcionais específicos, 
são em grande parte derivadas de vitaminas ou nutrientes 
orgânicos 
 Algumas enzimas precisam tanto de um íon inorgânico como de 
uma coenzima 
 Grupo prostético: é chamado assim as coenzimas ou íons que 
se ligam fortemente a uma enzima 
 Holoenzima: é a enzima completa cataliticamente ativa 
 Apoenzima/Apoproteína: parte proteica da enzima 
Classificação e nomenclatura 
 São nomeadas de acordo com sua atividade e tem o sufixo 
“ase”. Exemplo: uréase, catalisa a hidrolise da uréia 
 Exemplos de cofatores Exemplos de Coenzimas 
ÍON ENZIMAS 
Cu++ Citocromo-oxidase 
K+ Pirtuvato-cinase 
Zn++ Anidrase carbônica 
 
 Existiam muitas enzimas com o mesmo nome e por isso foi 
proposto um sistema de nomenclatura de enzimas 
 Ex.: Glicose-fosfotransferase catalisa a transferência de um 
fósforo do ATP para a glicose, sendo glicose o receptor, fosforo 
o elemento e transferase a transferência 
 As oxiredutases transferem elétrons, as liases quebram duplas 
ligações 
 Transferases transferem grupos, Hidrolases quebram a agua 
 Colisão de moléculas 
 
 Para que as reações ocorram, as moléculas precisam se chocar 
efetivamente (os locais ativos dos produtos precisam se chocar 
no lugar certo) 
Funcionamento 
 CONCEITOS 
 A reação ocorre dentro de um sitio ativo. O contorno do sitio 
ativo tem aa com cadeias laterais que se ligam ao substrato 
fortemente 
 A molécula que se liga no sitio ativo é o substrato e é a 
substancia cuja reação vai ser catalisada 
 O ponto de partida da reação é chamado de estado 
fundamental 
 o equilíbrio da reação entre os reagentes e produtos é a 
diferença entre suas energias 
 quando o delta-G é negativo, a reação é favorecida para o lado 
dos produtos, quando é positivo, a reação é favorecida para o 
lado dos reagentes 
 FUNCIONAMENTO EM UMA ÚNICA ETAPA 
 Primeiro, o substrato deve se ligar ao seu sitio ativo. Os radicais 
dos aminoácidos ao redor do sitio devem ser compatíveis com 
o substrato, por exemplo, se o substrato for uma molécula 
polar, o radical do aa do sitio ativo deve ter caráter polar 
compatível para possibilitar a ocorrência de uma ponte de 
hidrogênio por exemplo. Se o substrato tiver grupos tiol, os 
aminoácidos do sitio podem ser metionina ou cisteina, para 
possibilitar a ocorrência de uma ligação dissulfeto, e assim por 
diante. 
 A enzima pode catalisar tanto a reação direta quanto inversa. 
As reações químicas tendem ao equilíbrio, por isso a conversão 
do substrato em produto pode ser acelerada pela enzima, tanto 
quanto a reação do produto em substrato novamente, isso se 
chama estado de transição. 
 Reagente + enzima = produto ou produto + enzima = reagente 
 Para a reação ocorrer, a barreira energética, chama de energia 
de ativação, entre o reagente e produto precisa ser 
ultrapassada. Essa energia é a responsável por alinhar os grupos 
reagentes, fazer com que eles colidam efetivamente, quebrar a 
ligação inicial entre os reagentes, formar a ligação entre as 
moléculas para formar o produto, etc 
 O topo da curva de energia livre é o ponto em que a formação 
de produtos ou de reagentes novamente tem a mesma 
probabilidade, isto é, a molécula pode continuar a reagir e 
formar o produto desejado, ou pode regredir a sua forma 
original, continuando como reagente e não formando o 
produto (estado de transição) 
 O estado de transição não é a mesma coisa que intermediário 
de reação, que é a ligação do substrato a enzima ou do produto 
a enzima. Ele é um momento molecular transitório em que 
eventos como a quebra de ligações e a formação de ligações 
ocorrem com a mesma probabilidade de seguirem tanto para o 
lado dos produtos como dos reagentes 
 Como já foi dito, as reações tendem a entrar em equilíbrio, por 
isso, tanto a formação de produtos como a volta para a forma 
de reagente acontecem naturalmente, pois o excesso de 
produto no nosso corpo pode ser prejudicial para as células, 
assim como o excesso de reagente, provocando a falta do 
produto que a célula precisa. 
COENZIMA GRUPO 
Coenzima A Acil 
B12 H+ 
 
 FUNCIONAMENTO COM VÁRIAS ETAPAS 
 Quando há varias etapas na reação, pode-se ocorrer a formação 
e consumo de espécies químicas transitórias, denominadas 
intermediários da reação 
 Os complexos transitórios da enzima+substrato e 
produto+enzima podem ser considerados intermediários de 
reação 
 Na teoria, quando uma reação tem várias etapas, a velocidade 
final é determinada pela etapa com maior energia de ativação 
 Na pratica, as varias etapas podem ter energias de ativação 
semelhantes, fazendo com que a velocidade seja determinada 
por todas elas 
 Importância da energia de ativação 
 A barreira da energia de ativação é fundamental para o nosso 
metabolismo, pois sem essa barreira, as macromoléculas 
seriam espontaneamente transformadas em compostos 
menores e mais simples e não teria mais como estocar grandes 
compostos nas células. O glicogênio, por exemplo, libera glicose 
aos poucos, quando a celula precisa de energia. Se não 
houvesse a energia de ativação, não poderia haver glicogênio 
na celula pois ele seria continuamente transformado em glicose 
e assim não teríamos uma reserva de energia 
 
COMO BAIXAR A ENERGIA DE ATIVAÇÃO 
SEM ENZIMA? 
 Elevação da temperatura, pela maior movimentação 
das moléculas 
 Aumento da pressão e menor espaço para 
movimentação das moléculas, facilitando colisão 
 O catalisador em si, que pode ser uma enzima, faz baixar a 
energia de ativação 
 Quanto menor a energia de ativação, mais rápido a reação 
acontece 
 Exemplo de reação 
 Conversão da sacarose e oxigênio em gas carbônico e agua 
 Essa reação requer uma grande energia de ativação, sendo 
naturalmente lenta. Dentro da celula, ela ocorre de maneira 
rápida, dada a ação catalizadora das enzimas, e a energia 
liberada pela quebra das ligações é armazenada e usada para 
outras atividades dentro da celula. 
COMO AS ENZIMAS CONSEGUEM 
DIMINUIR A ENERGIA DE ATIVAÇÃO? 
 Alguns tipos de reações químicas ocorrem entre o substrato e 
os grupos funcionais das enzimas (como cofatores, ions 
metálicos, grupos polares,...) 
 Os grupos funcionais das enzimas podem formar ligações 
transitórias com um substrato e ativá-lo 
 Um grupo funcional da enzima também pode ser transferido 
para o substrato, ativando-o 
 Esse tipo de reação, geralmente, ocorre só no sitio ativo da 
enzima. Esses tipos de reações diminuem a energia de ativação 
por fazerem com que uma reação ocorra em um lugar mais 
“apropriado”(com grupos ligantes como no sitio funcional da 
enzim) Outro meio de acelerar as reações é por meio de interações não 
covalentes entre a enzima e o substrato 
 Algumas interações fracas, como as que acontecem na 
estrutura quaternária das proteínas, ocorre entre o substrato e 
o sitio ativo da enzima 
 Um exemplo é a acetilcolinesterase que se liga em dois lugares 
a acetilcolina. As interações fracas formadas entre o substrato 
e a enzima vao desestabilizar o composto e torna-lo mais 
propenso a se quebrar e assim ele irá formar novos compostos, 
como nesse caso, o acido acético e a colina 
 
ENCAIXE DO SUBSTRATO E ENZIMA 
 O modelo mais aceito atualmente e o encaixe induzido 
 O substrato induz uma mudança conformacional no sitio ativo 
da enzima, quando é ligado a ela e essa transformação é a 
responsável pelo processo catalítico da enzima 
 Ou seja, o substrato tem capacidade de induzir uma mudança 
tridimensional no seu sitio ativo 
 Essas mudanças conformacionais podem ter diferentes 
amplitudes, ela pode ser no sitio ativo em si ou em outras partes 
da enzima 
 O modelo antigo era o de chave-fechadura 
 A enzima é complementar ao seu substrato 
 A enzima poderia reagir somente com o seu substrato, 
nenhuma outra molécula teria acesso a ele 
 Essa teoria de encaixe induzido pode ser aplicado a 
medicamentos, que agem como antagonistas, que podem, ao 
contrário de promover a catálise enzimática, reduzir a 
condutância de um canal iônico por exemplo 
 
COMO AS ENZIMAS USAM A ENERGIA DE 
LIGAÇÃO? 
 A cada ligação fraca estabelecida, um pouco de energia é 
liberado e essa energia se chama energia de ligação 
 A energia de ligação é usada pela enzima e ajuda a estabilizar o 
completo ES, para catalisar, para a especificidade, ... 
 Especificidade 
 Se o sitio ativo de uma enzima tiver grupos funcionais 
organizados otimamente de modo que se forme uma grande 
variedade de interações fracas com determinado substrato, a 
enzima não será capaz de interagir com a mesma intensidade 
com outra molécula 
 Se o substrato tiver um grupo tiol que forme uma ligação 
dissulfeto com um resíduo especifico de cisteína de uma 
enzima, qualquer molécula que não tiver um grupo tiol naquela 
exata posição não poderá substituir aquele substrato 
 Por isso a especificidade depende das interações fracas 
 
