ENZIMAS E INIBIDORES ENZIMÁTICOS

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ENZIMAS 
BIOQUÍMICA 
 
PROF. TANIA MOUÇO 
 
SUMÁRIO DA AULA 
 Introdução 
 
 Marcos históricos 
 
 Conceitos 
 
 Características Gerais 
 
 Classificação e Nomenclatura 
 
 Fatores que Influenciam a Atividade Enzimática 
 
 Inibidores enzimáticos 
 
 Aplicações das enzimas – uso industrial e na medicina 
 
INTRODUÇÃO 
Definição 
 Catalisadores biológicos 
 Longas cadeias de pequenas moléculas chamadas 
aminoácidos 
 
 Função 
 Proteínas especializadas na catálise de reações biológicas 
 
 Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de 
RNA com propriedades catalíticas, chamadas de 
RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS 
(globulares, de estrutura terciária). 
 
MARCOS HISTÓRICOS 
 Catálise biológica  início séc. XIX 
 digestão da carne: estômago 
 digestão do amido: saliva 
 Eduard Buchner (1897) 
 O açúcar podia ser fermentado até álcool por extratos de 
levedo (Louis Pasteur catalisada por “fermentos” = enzimas) 
 James Sumner (1926) 
 Isolou e cristalizou a urease (cristais eram de proteínas) 
 Postulou que “todas as enzimas são proteínas” 
Década de 50 – séc. XX 
 75 enzimas  isoladas e cristalizadas; 
 Ficou evidenciado caráter protéico. 
 
 
 
Características Gerais 
Apresentam alto grau de especificidade 
São produtos naturais biológicos 
São altamente eficientes, acelerando a 
velocidade das reações (108 a 1011) 
Reduzem a energia de ativação 
Necessitam de condições favoráveis de pH, 
temperatura, polaridade do solvente e força 
iônica. 
 
ESTRUTURAS 
RNA 
Estrutura 
Enzimática 
Ribozimas 
Apoenzima ou 
Apoproteína 
Holoenzima 
Cofator 
Coenzima 
Proteína 
íon inorgânico 
• molécula orgânica 
ENZIMAS – COFATORES 
 
 
 
 Enzimas que contêm ou necessitam de cofatores 
ENZIMA COFATOR 
PEROXIDASE Fe+2 ou Fe+3 
 
CATALASE 
CITOCROMO OXIDASE Cu+2 
ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn+2 
HEXOCINASE Mg+2 
UREASE Ni+2 
8 
ENZIMAS – COENZIMAS 
 
 
 
Coenzima Abreviatura Reação
catalisada
Origem
Nicotinamida adenina
dinucleotídio
NAD+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Nicotinamida adenina
dinucleotídio fosfato
NADP+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Flavina adenina
dinucleotídio
FAD Oxi-redução Riboflavina ou
Vitamina B2
 Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis 
 Classificam-se em: 
 - transportadoras de hidrogênio 
 - transportadoras de grupos químicos 
 Transportadoras de hidrogênio 
ENZIMAS – COENZIMAS 
Coenzima Abrev. Reação catalisada Origem 
Coenzima A CoA-SH Transferência de 
grupo acil 
Pantotenato ou 
Vitamina B5 
Biotina Transferência de 
CO2 
Biotina ou 
Vitamina H 
Piridoxal fosfato PyF Transferência de 
grupo amino 
Piridoxina ou 
Vitamina B6 
Metilcobalamina Transferência de 
unidades de carbono 
Cobalamina ou 
Vitamina B12 
Tetrahidrofolato THF Transferência de 
unidades de carbono 
Ácido fólico 
Tiamina 
pirofosfato 
TPP Transferência de 
grupo aldeído 
Tiamina ou 
Vitamina B1 
 
 Transportadoras de grupos químicos 
CO-ENZIMAS: 
Niacina – B3 e NAD 
Nicotinamida 
Ácido Nicotínico 
Riboflavina - B2 e FAD 
Coenzima: Tiamina (B1) e Tiamina 
Pirofosfato 
Piridoxina – B6 e coenzimas 
Piridoxal Fosfato 
Piridoxamina 
Piridoxina 
Piridoxal 
ISOENZIMAS OU ISOZIMAS 
Diferem na sequência de aminoácidos, mas 
catalisam a mesma reação bioquímica 
 
Costumam mostrar diferentes parâmetros 
cinéticos (i.e. diferentes valores de KM), ou 
propriedades de regulação diferentes. 
 
Exemplos: creatina cinase total e frações –CK 
total e CK-BB, CK-MB CK-MM 
ENZIMAS –NOMENCLATURA 
 Século XIX 
 Adição do sufixo ”ASE” ao nome do substrato: 
 gorduras (lipo - grego) – LIPASE 
amido (amylon - grego) – AMILASE 
 
 Nomes arbitrários 
 Tripsina e pepsina – proteases 
 
Nome sistemático (IUBMB – União Internacional de 
Bioquímica e Biologia Molecular) – 1955 
 Cada enzima  código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de 
reação catalisada: 
 1° dígito - classe 
 2° dígito – subclasse 
 3° dígito - sub-subclasse 
 4° dígito - indica o substrato 
 
 
EXEMPLO 
ADP + D-Glicose-6-fosfato ATP + D-Glicose 
IUB - ATP:glicose fosfotransferase 
E.C. 2.7.1.1 
2 - classe - Transferase 
7 - subclasse - Fosfotransferases 
1 - sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila como 
receptor 
1 - indica ser a D-glicose o receptor do grupo fosfato 
Nome trivial: Hexocinase 
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS 
1. Oxido-redutases 
2. Transferases 
3. Hidrolases 
4. Liases 
5. Isomerases 
6. Ligases 
 
1. Oxido-redutases: reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons – 
Desidrogenases e Oxidases 
 1.1.atuando em CH-OH 
 1.2.atuando em C=O 
 1.3.atuando em C=O- 
 1.4.atuando em CH-NH2 
 1.5.atuando em CH-NH- 
 1.6.atuando em NADH, NADPH 
2.Transferases (transferem grupos funcionais como amina, fosfato, acil, carboxil – 
Quinases e Transaminases) 
 2.1.grupos com um carbono 
 2.2.grupos aldeído ou cetona 
 2.3.grupos acil 
 2.4.grupos glicosil 
 2.7.grupos fosfatos 
 2.8.grupos contendo enxôfre 
Ex.: ATP + creatina ADP + fosfocreatina (EC 2.7.3.2) 
3.Hidrolases (reações de hidrólise de ligação covalente - Peptidases) 
 3.1.ésteres 
 3.2.ligações glicosídicas 
 3.4.ligações peptídicas 
 3.5.outras ligações C-N 
 3.6.anidridos ácidos 
Ex.: Pepsina, amilase... 
4.Liases (catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de 
água, amônia e gás carbônico – Desidratases, Aldolases e Descarboxilases). 
Reações de Hidólise ou oxidação 
 4.1. =C=C= 
 4.2. =C=O 
 4.3. =C=N- 
5.Isomerases (reações de interconversão entre isômeros óticos ou geométricos - 
Epimerases) 
 5.1.racemases 
6.Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação 
entre duas pré-existentes, sempre às custas de energia - Sintetases) 
 6.1. C-O 
 6.2. C-S 
 6.3. C-N 
 6.4. C-C 
21 
ENZIMAS – Catalisadores 
COMPONENTES DA REAÇÃO 
 
 
 
E + S E S P + E 
Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO 
da enzima 
SUBSTRATO - Sítio Ativo 
Condições da Reação Energia livre de Ativação 
KJ/mol Kcal/mol 
Velocidade 
Relativa 
Sem catalisador 
 
 
 
Enzima Catalase 
 75,2 18,0 
 
 
 
 23,0 5,5 
 1 
 
 
 
 6,51 x 108 
Aceleram reações químicas 
 
 
 Ex: Decomposição do H2O2 
H2O2 H2O O2 + 
Catalase 
ENZIMAS COMO CATALISADORES 
ENZIMAS – CATALISADORES 
 
 
 
 
Atuam em pequenas concentrações 
EXEMPLO 
1 molécula de Catalase 
 decompõe mais de 
5 000 000 de moléculas de 
H2O2 Em pH = 6,8 em 1 min 
ENZIMAS – CATALISADORES 
Número de renovação = n° de moléculas de substrato 
convertidas em produto por uma única molécula de 
enzima em uma dada unidade de tempo. 
ATIVIDADE ENZIMÁTICA: 1 U “uma unidade (U) de atividade 
é a quantidade de enzima que catalisa a transformação de 1 
micro mol de substrato ou a formação de 1 micro mol de 
produto por minuto”. 
 (U = micro moles produto/minuto ) 
 
– Atividade específica = U/mg de proteína 
26 
ENZIMAS – CATALISADORES 
 
 
 
 
Não alteram o estado de equilíbrio 
•Abaixam a energia de ativação; 
•Keq não é afetado pela enzima. 
 
Diferença entre 
a energia livre 
de S e P 
Caminho da Reação 
Energia de ativação com enzima 
Energia de ativação semenzima 
S 
P 
ENERGIA DAS REAÇÕES QUÍMICAS 
Mecanismo da Reação 
Mecanismos de Catálise: 
modelo chave fechadura 
Mecanismos de Catálise: 
modelo Ajuste Induzido 
ENZIMAS – 
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
 
 
 
 Victor Henri (1903): E + S  ES 
 
 
1913 
Leonor Michaelis -Enzimologista 
Maud Menten - Pediatra 
E + S 
K1 
K-1 
ES 
Kp 
E + P 
ENZIMAS – 
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
 
 
 
 Cinética Enzimática 
 
 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. 
ENZIMAS – 
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
 
 v = 
Vmax [S] 
Km + [S] 
[S] 
v 
Vmax 
2 
v = Vmax 
v = Vmax [S] 
Km 
Km 
1 
2 
3 
1- [S]  Km>>[S] 
2- [S]  [S]>>Km 
 3 - v = Vmax 
 2 
Equação Michaelis-Menten 
Relação numérica: V0 é 
metade de Vmáx; 
 
 
 
 
km = “afinidade” pelo 
substrato; 
 Km  afinidade 
máxVV 
2
1
0
 Vmáx é proporcional à [E]. 
35 
ENZIMAS – CINÉTICA ENZIMÁTICA 
 Afinidade da enzima ao substrato. 
 Km depende: 
 aspectos específicos do mecanismo de reação; 
 n° de passos da reação; 
 velocidades relativas dos passos individuais. 
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 
Enzimas – 
ordem da reação 
 
 
 
Quando a formação de P for 
proporcional à [S] 
 a velocidade da reação é de 
1a ORDEM 
Quando a velocidade da 
reação independe da [S] a 
reação é de ORDEM ZERO 
V 
[S] 
 [S]  [S] <<Km 
v = Vmax 
v = Vmax [S] 
Km 
v = K[S] 
[S]  [S]>>Km 
Conclusões sobre a cinética da 
Equação 
1) O Km corresponde à concentração de substrato na qual a 
velocidade de reação é metade da velocidade máxima (Vmax) 
 
2) Km elevado ou baixo X afinidade 
 
3) Ordem da Reação: Ordem ZERO e 1ª ordem 
 
Gráfico de Leneweaver-Burke 
 Ou curva duplo-recíproca 
 Descreve a velocidade da reação versus 
concentração de substrato com a velocidade 
máxima podendo ser determinada 
39 
ENZIMAS – 
MÉTODOS GRÁFICOS 
maxV
1
[S]maxV
mK
v
1

 Gráfico dos Recíprocos de Lineweaver-Burk 
 1 
 [S] 
 1 
 v 
 -1 
 Km 
 1 
 Vmax 
 Km 
 Vmax 
 Inclinação = 
FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DA 
REAÇÃO ENZIMÁTICA 
• CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO 
 
• CONCENTRAÇÃO DA ENZIMA 
 
• TEMPERATURA 
 
• pH 
 
• PRESENÇA DE INIBIDORES 
Velocidade x Conc. Substrato 
Concentração de substrato 
V
e
lo
c
id
a
d
e
 
Velocidade x Conc. Enzimas 
Velocidade x pH e Temperatura 
ENZIMA pH ÓTIMO 
Pepsina 1,5 
Tripsina 7,7 
Catalase 7,6 
Arginase 9,7 
Fumarase 7,8 
ENZIMA TEMPERATURA ÓTIMA 
(°C) 
Pepsina 31,6 
Tripsina 25,5 
Urease 20,8 
INIBIDORES ENZIMÁTICOS E SUA 
APLICAÇÃO NA MEDICINA 
 
INIBIDORES ENZIMÁTICOS 
 Substância que é capaz de interferir, de maneira específica, 
retardando ou reduzindo o processo ou a especificidade biológica da 
reação 
 INIBIDORES 
 
 
 REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS 
 
 
COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS 
46 
ENZIMAS – INIBIÇÃO COMPETITIVA 
 Inibidor competitivo concorre com o S pelo sitio ativo da E livre. 
 I  análogo não metabolizável, derivado de um S verdadeiro, S 
substituto da E ou um P da reação. 
 [substrato] necessária para obter a 
mesma [ES] 
afinidade da enzima pelo 
substrato 
 I compostos com estrutura 
molecular lembra S 
Km aparente 
da enzima 
Inibição Competitiva 
• Ki é a constante para a 
formação do complexo-
inibidor (conhecida como 
constante de inibição) 
 
• Pode expressar o grau de 
interação entre um 
respectivo inibidor 
enzimático e a enzima 
inibida 
48 
ENZIMAS – INIBIÇÃO COMPETITIVA 
1- sem inibidor 
2- com inibidor na concentração [I1] 
3- com inibidor na concentração [I2] > [I1] 
ENZIMAS – INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA 
 Inibidor não-competitivo se liga reversivelmente, aleatória e 
independentemente em um sítio que lhe é próprio. 
 
I não tem semelhança estrutural 
com o S 
 
 [substrato] não diminui a 
inibição 
 
Km da enzima NÃO se altera 
 
 Vmax na presença do inibidor 
Inibição Não Competitiva 
• O inibidor se liga tanto à 
enzima livre, quanto ao 
complexo ES formado. 
 
• Apresenta um 
comportamento de 
remoção da enzima ativa da 
solução, o que resulta na 
diminuição da velocidade 
da reação, devido à 
quantidade de enzima livre. 
51 
ENZIMAS – INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA 
1- sem inibidor 
2- com inibidor na concentração [I1] 
3- com inibidor na concentração [I2] > [I1] 
52 
ENZIMAS – INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL 
 I se combina com um grupo funcional na molécula da E, que é 
essencial para sua atividade. 
 Podem promover a destruição do grupo funcional da Enzima 
 Forma-se uma ligação COVALENTE entre o I e a E. 
 Vmax   parte da E é completamente removida do sistema e Km 
permanece a mesma. 
K2 
E + P E + S ES 
K1 
EI 
+ 
I 
53 
ENZIMAS REGULATÓRIAS 
 Não obedecem a cinética de Michaelis-Menten. 
 Controlam a etapa limitante em uma cadeia de reações 
enzimáticas. 
 Tem sua atividade catalítica aumentada ou diminuída em 
resposta a determinados sinais, moléculas sinalizadoras (pequenos 
metabólicos ou cofatores). 
 Classes de enzimas reguladoras: 
 Enzimas alostéricas; 
 Enzimas reguladas pela modificação covalente reversível. 
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ENZIMAS REGULATÓRIAS 
 Enzimas alostéricas 
Funcionam através da ligação não-covalente e reversível de um 
metabólito regulador chamado modulador; 
Moduladores podem ser inibidores ou ativadores; 
São maiores e mais complexas, possuem duas ou mais cadeias 
polipeptídicas. 
 
 Enzimas reguladas pela modificação covalente reversível 
Grupos químicos são ligados covalentemente e removidos da enzima 
reguladora por enzimas ≠, podem ser: fosfato, adenosina 
monofosfato, grupos metil, etc. 
 
APLICAÇÃO DAS ENZIMAS 
 Aplicações médicas 
 
 Aplicações analíticas 
 Kits para titulações e imunoensaios. 
 Biossensores: 
 Imobilização de colinesterase e anticorpos sobre 
cristal piezoelétrico utilizadas na detecção de 
pesticidas organofosforados; 
 Reatores para análise cromatográfica 
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ENZIMAS – APLICAÇÕES 
ENZIMA FONTE APLICAÇÃO 
Papaína mamão Ajuda na digestão, Médica, 
bebidas, carnes 
Bromelina abacaxi Ajuda na digestão, Médica, 
bebidas, carnes 
Diastase malte Panificação, xarope 
Pepsina mucosa gástrica 
suíno 
Amaciamento de carne 
Lipase Candida rugosa Tratamento de efluentes 
 Permitem às indústrias usarem processos mais econômicos, 
diminuindo o consumo de energia e recursos; mais confiáveis e que 
poluem menos. 
 São eficientes; 
 Muito específicas; 
 Permite produção segura e ambientalmente amigável. 
Origem vegetal 
Origem animal 
Origem microbiana