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JULIANA RIBEIRO MARIOTTO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTÁGIO DE DOCÊNCIA 
Enzimas 
 
 
 
 
 
JULHO 2006
ENZIMAS 
1 Conceito 
Enzimas são catalisadores biológicos, formados por longas cadeias de moléculas 
pequenas, chamadas de aminoácidos. São, portanto, um tipo de proteína com atividade 
catalítica, sendo encontradas na natureza em todos os seres vivos. Sua função é viabilizar a 
atividade das células, quebrando moléculas ou juntando-as para formar novos compostos. A 
singularidade desses compostos decorre do elevado grau de especificidade ao substrato em 
condições moderadas, sob as quais atuam. Algumas enzimas são específicas para determinado 
tipo de ligação química, como por exemplo, a capacidade da α-amilase de romper unicamente 
as ligações α-1,4 das moléculas de amido. Outras são específicas para um tipo particular de 
isômeros ópticos, como a oxidação da β-D-glicose pela glicose oxidase. 
“Toda a enzima é uma proteína, mas nem toda proteína é uma enzima”. 
2 Características das Enzimas 
• São produtos naturais biológicos; 
• Apresentam um alto grau de especificidade; 
• Reações baratas e seguras; 
• Possuem mecanismo de “turnover”, desempenhando a mesma função consecutivamente, 
sem serem consumidas no processo; 
• São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações de 108 a 1011 vezes; 
• São econômicas, reduzindo a energia de ativação necessária para a reação catalisada; 
• Não são tóxicas. 
3 Proteínas 
Exceto um grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas (ribozimas), 
todas as enzimas são proteínas. A atividade catalítica depende da sua conformação protéica 
nativa, sendo esta perdida quando a enzima é desnaturada ou dissociada em subunidades. 
Os componentes das enzimas, os aminoácidos, apresentam um átomo de carbono 
ligado a uma carboxila, a um grupo amino e a um átomo de hidrogênio. O quarto substituinte 
é uma cadeia (grupo R) específica para cada aminoácido (Figura 1). 
 
Figura 1. Representação esquemática do aminoácido. 
 
Para serem ativas, algumas enzimas requerem apenas seus resíduos de aminoácidos. 
Outras requerem componentes químicos adicionais chamados cofatores. Um cofator pode ser 
um ou mais íons inorgânicos, tais como Fe2+, Mg2+, Mn2+ ou Zn2+, ou uma molécula orgânica 
complexa, chamada coenzimas. Algumas enzimas requerem ambos, coenzima e íon metálico 
para exibirem sua atividade. Uma coenzima, ou íon metálico, que está covalentemente ligada 
à parte protéica da enzima é chamada grupo prostético. Uma enzima completa, 
cataliticamente ativa, unida à sua coenzima e/ou íons metálicos, é chamada de holoenzima. A 
parte exclusivamente protéica desta enzima é chamada de apoenzima ou apoproteína. 
3.1 Coenzimas 
São aceptores de átomos ou grupos funcionais retirados do substrato em uma dada 
reação e como doadores destes mesmos grupos ao participarem de uma outra reação e, por 
isto, diz-se que as coenzimas são transportadoras de determinados grupos (Tabela 1). O fato 
de as coenzimas estarem sendo constantemente recicladas permite que suas concentrações 
celulares possam ser bastante reduzidas, muito menores do que as concentrações do substrato. 
Tabela 1. Coenzimas e grupos aos quais se ligam/desligam em diferentes reações. 
Coenzima Grupo transportado 
Adenosina trifosfato (ATP) Fosfato 
Biotina CO2 
Coenzima A Acila 
Flavina adenina dinucleotídeo (FAD) Hidrogênio 
Tetraidrofolato Carbono 
Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) Hidreto 
Tiamina pirofosfato (TPP) Aldeído 
 
Em alguns casos, a coenzima encontra-se covalentemente ligada à molécula 
enzimática, constituindo um grupo prostético da proteína; em outros casos, a coenzima é uma 
molécula “livre”, reunindo-se à enzima apenas no momento da catálise. 
Algumas coenzimas são integralmente sintetizadas pelas células; outras apresentam 
em sua molécula um componente orgânico que não pode ser sintetizado pelos animais 
superiores. Esse componente, ou um precursor imediato, deve então ser obtido através da 
dieta, constituindo uma vitamina. As vitaminas são compostos orgânicos indispensáveis ao 
crescimento e funções normais dos animais superiores. Estas são classicamente divididas em 
hidrossolúveis e lipossolúveis, sendo as vitaminas hidrossolúveis aquelas que possuem função 
de coenzima ou fazem parte de moléculas de coenzimas. 
4 Estruturas das enzimas 
4.1 Estrutura primária 
Na molécula protéica, os aminoácidos estão ligados uns aos outros através da ligação 
peptídica (Figura 2), estabelecida entre o grupo α-carboxila de um aminoácido e o grupo α-
amino do aminoácido subseqüente, formando uma longa cadeia. Grupos carboxila e grupos 
amino do radical R jamais participam da ligação peptídica. 
O que caracteriza cada enzima é o número de aminoácidos componentes de sua cadeia 
e a ordem em que eles se encontram, ou seja, a sua estrutura primária. Assim, apesar de 
constituídas por apenas 20 aminoácidos diferentes, as possibilidades de estruturas diversas 
para as proteínas são muito grandes. A estrutura primária é responsável pelas estruturas de 
ordem superior que a proteína exibe em sua forma celular, ou nativa. 
 
Figura 2. Esquema da formação da ligação peptídica. 
 
4.2 Estrutura secundária 
Dois tipos diferentes de organização regular, chamadas estruturas secundárias, são 
encontradas nas enzimas. A cadeia peptídica pode ter segmentos organizados em α-hélice, 
sendo formada e estabilizada por pontes de hidrogênio estabelecidas entre o átomo de 
nitrogênio e o átomo de oxigênio (Figura 3). 
Cada ligação peptídica oferece os elementos para a formação da ponte de hidrogênio: 
um átomo de hidrogênio covalentemente ligado ao nitrogênio e o oxigênio, preso ao carbono 
por uma dupla ligação. A ligação por ponte de hidrogênio é estabelecida entre os átomos 
constituintes de uma ligação peptídica qualquer e os átomos da quarta ligação peptídica 
subseqüente, que a volta da hélice aproximou da primeira. Cada ponte de hidrogênio é uma 
ligação fraca, mas o grande número dessas interações confere muita estabilidade à estrutura 
que mantêm. (Figura 4). 
 
Figura 3. Ponte de hidrogênio, formada com os elementos da ligação peptídica. 
 
 
Figura 4. Esquema da α-hélice, estabilizada por pontes de hidrogênio. 
A folha β-pregueada é formada por um arranjo paralelo de dois ou mais segmentos de 
cadeias peptídicas, mantidas por pontes de hidrogênio formadas pelos mesmos elementos que 
constituem as pontes de hidrogênio da α-hélice (Figura 5). Nesse caso a ponte de hidrogênio 
une dois segmentos distintos da cadeia protéica. 
 
Figura 5. Esquema da folha β-pregueada, estabilizada por pontes de hidrogênio. 
 
As enzimas apresentam, em sua conformação espacial, as duas estruturas secundárias; 
parte da cadeia está organizada em α-hélice e parte em folha β-pregueada. Aparecem também 
regiões de conformação irregular, conectando os segmentos com arranjo definido (Figura 6). 
 
Figura 6. Estrutura da lisozima, indicando segmentos em α-hélice, segmentos em folha β-pregueada e 
regiões sem estrutura regular. 
 
4.3 Estrutura terciária 
Esta estrutura descreve a conformação tridimensional que a molécula protéica assume 
em solução, explicando o dobramento da cadeia peptídica com os enrolamentos, dobras e 
voltas que a compõem e que a levam a uma forma geral globular. As ligações químicas que 
estabelecem e mantêm a estrutura terciária são formadas sempre entre os grupos R dos 
aminoácidos. Estes grupos R podem ser divididos em dois tipos: apolares (hidrofóbicos) e 
polares. Como a água é um solvente polar, os grupos R apolares tendem a aproximar-se uns 
dos outros, excluindo a água, situando-se no interior da molécula, enquanto os grupos polares 
voltam-separa a superfície. Essa localização dos grupos R constitui uma força poderosa de 
dobramento da cadeia polipeptídica. 
Outras forças devem ser consideradas. Grupos R com carga elétrica positiva fazem 
ligações eletrostáticas com grupos R com carga negativa. Outras forças importantes são as 
pontes de hidrogênio, formadas entre grupos R. Ao contrário das pontes de hidrogênio da 
estrutura secundária, estas não apresentam qualquer padrão regular, pois a localização dos 
grupos R, capazes de oferecer os elementos para a formação da ponte de hidrogênio, estão 
distribuídos irregularmente ao longo da cadeia peptídica segundo a estrutura primária da 
enzima. 
As interações responsáveis pela estrutura tridimensional das enzimas são todas forças 
fracas. Mas pode ser encontrada também uma ligação covalente fazendo parte das ligações 
que mantêm a estrutura terciária: são as pontes dissulfeto, ou pontes S-S, formadas pela 
oxidação de dois grupos –SH, cada um dos quais presente na cadeia lateral de um resíduo de 
cisteína, o único aminoácido a apresentar –SH no grupo R. Designa-se resíduo de aminoácido 
à fração da molécula de aminoácido efetivamente inserida na cadeia protéica. A Figura 7 
mostra as principais ligações da estrutura terciária. 
Obs: A forma espacial da enzima, responsável pela sua função, é resultado indireto de sua 
estrutura primária. 
 
 
Figura 7. Esquema das principais ligações responsáveis pela estrutura terciária das enzimas. (a) 
interação hidrofóbica; (b) ponte dissulfeto; (c) ligação eletrostática; (d) ponte de hidrogênio; (e) região 
sem estrutura definida. 
 
4.4 Estrutura quaternária 
Estrutura quaternária é a organização presente nas proteínas compostas de uma cadeia 
polipeptídica e descreve quantos e quais monômeros compõem a molécula e como estes 
monômeros estão associados. As forças que mantêm unidos os monômeros são as mesmas 
que mantêm a estrutura terciária: interações hidrofóbicas, pontes de hidrogênio e ligações 
salinas, formadas, entre grupos R de aminoácidos pertencentes a cadeias polipeptídicas 
diferentes (Figura 8). A exceção são as pontes dissulfeto, ausentes na estrutura quaternária. 
 
Figura 8. Estrutura quaternária da hemoglobina (proteína não-enzimática), composta por quatro 
cadeias polipeptídicas, iguais duas a duas. 
5 Classificação e nomenclatura das enzimas 
A Comissão de Enzimas (CE) da União Internacional de Bioquímica (IUB) coloca 
todas as enzimas em seis grandes classes (Tabela 2), cada uma delas comportando subclasses 
conforme o tipo de reação catalisada. A cada enzima é assinalado um número classificatório 
de quatro dígitos de um nome sistemático: 
• Primeiro número designa a qual das seis classes a enzima pertence; 
• Segundo número indica o tipo de ligação que a enzima atua; 
• Terceiro número é uma subclassificação do tipo de ligação; 
• Quarto número é apenas um número de série. 
 
Tabela 2. Principais classes das enzimas. 
Nº Classe da enzima Tipo de reação catalisada Atuação 
1 Oxidorredutases Reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons 
CH-OH 
C=O 
C=O- 
CH-NH2 
CH-NH- 
NADH, NADPH 
2 Transferases Transferem grupos funcionais entre moléculas 
Grupos com um carbono 
Grupos aldeído ou cetona 
Grupos acil 
Grupos glicosil 
Grupos fosfatos 
Grupos contendo enxofre 
3 Hidrolases Reações de Hidrólise 
Ésteres 
Ligações glicosídicas 
Ligaçõespeptídicas 
Outras ligações C-N 
Anidridos ácidos 
4 Liases 
Catalisam a quebra de ligações 
covalentes e a remoção de 
moléculas de água, amônia e gás 
carbônico 
=C=C= 
=C=O 
=C=N- 
5 Isomerases 
Transferência de grupos dentro da 
mesma molécula para formar 
isômeros 
racemases 
6 Ligases 
Catalisam reações de formação de 
novas moléculas a partir da ligação 
entre duas pré-existentes, sempre 
às custas de energia 
C-O 
C-S 
C-N 
C-C 
Exemplo: ATP + D-glicose ADP + D-glicose-6-fosfato 
O nome sistemático formal da enzima que catalisa a reação é ATP:glicose 
fosfotransferase, indicando que ela catalisa a transferência de um grupo fosfato do ATP para a 
glicose. O seu número na classificação enzimática é 2.7.1.1; o primeiro dígito (2) denota o 
nome da classe (transferase); o segundo dígito (7) a subclasse (fosfotransferase); o terceiro 
dígito (1), fosfotransferases que trabalham com um grupo hidroxila como receptor; e o quarto 
dígito (1), indica ser a D-glicose o receptor do grupo fosfato. Quando o nome sistemático de 
uma enzima é muito longo ou de uso difícil, um nome trivial pode ser usado, no exemplo este 
nome é hexoquinase. 
6 Ação catalítica 
O primeiro ponto a considerar é a grande diferença de tamanho entre a enzima e seus 
substratos. Um exemplo numérico: a enzima uréase, que catalisa a reação de hidrólise da uréia 
tem peso molecular aproximado de 500.000 dáltons, enquanto a uréia tem peso molecular de 
60 e a água de 18. O investimento energético para a síntese de uma molécula protéica tão 
grande justifica-se pela obtenção de uma estrutura muito precisa, com reentrâncias de forma 
apropriada e com grupos químicos localizados em posições exatas para servir à catalise. Para 
que esta seja exercida, os reagentes, chamados de substratos, devem ligar-se à molécula da 
enzima em uma região específica, chamada sítio ativo. O sítio ativo é uma cavidade com 
forma definida, aberta na superfície da molécula globular da enzima, constituída por grupos R 
de aminoácidos. Essa forma do sítio ativo confere especificidade à catalise enzimática: para 
ser reconhecida como substrato uma molécula deve ter a forma adequada para acomodar-se 
no sítio ativo e os grupos químicos capazes de estabelecer ligações com os grupos R ali 
presentes (Figura 9). 
 
Figura 9. Esquema da ligação do substrato no sítio ativo. 
6.1 Modelos enzima e substrato 
Emil Fischer propôs, em 1894, que as enzimas se ajustavam como o modelo “chave e 
fechadura”, isto é, eram estruturalmente complementares em tamanho, forma e natureza 
química a seus substratos (Figura 10). 
 
Figura 10. Modelo chave-fechadura. 
 
Uma enzima completamente complementar a seu substrato seria pouco eficiente. A 
aproximação e a ligação do substrato à enzima altera o balanço de forças responsáveis pela 
manutenção da estrutura tridimensional da enzima, amoldando sua forma à forma do substrato 
e fazendo-a adquirir uma nova conformação, ideal para a catálise (Koshland, 1958, modelo do 
encaixe induzido). A conformação dos substratos também é tensionada e distorcida, 
aproximando-se da conformação do estado de transição (Figura 11). É esse conjunto de 
mecanismos que torna a catálise enzimática tão eficiente. 
 
Figura 11. Esquema do modelo de encaixe induzido. 
7 Velocidade das reações 
Uma reação enzimática simples pode ser escrita assim: 
E + S ES EP E + P 
E, S e P representam a enzima, o substrato e o produto. ES e EP são complexos da 
molécula da enzima com o substrato e com o produto, respectivamente. 
A função de um catalisador é aumentar a velocidade de uma reação, não afetando o 
equilíbrio da reação. Qualquer reação pode ser descrita por um diagrama de coordenadas da 
reação (Figura 12), sendo esta uma representação gráfica do curso energético da reação. A 
energia nos sistemas biológicos é descrita em termos da energia livre G. Em sua forma normal 
estável ou nível basal, qualquer molécula (S ou P) contém uma quantidade característica de 
energia livre. 
 
Figura 12. Diagrama de coordenadas da reação. 
 
O equilíbrio entre S e P reflete a diferença em energia livre dos seus estados basais. 
No exemplo da Figura 12, a energia livre do estado basal de P é menor que aquela de S, assim 
∆G0’para a reação é negativa, e o equilíbrio favorece P. 
Um equilíbrio favorável não significa que a conversão S P seja rápida. Existe 
uma barreira energética entre S e P que representa as transformações necessárias para que a 
reação ocorra em uma direção ou outra (“colina” de energia na Figura 12). Para sofrer a 
reação, as moléculas precisam superar esta barreira e, portanto, precisam ser elevadas a um 
nível superior de energia. No topo da colina da energia está um ponto no qual a queda para o 
estado de S ou P é igualmente provável (caminho morro abaixo), sendo este ponto chamado 
de estado de transição. A diferença entre os níveis de energia do estado basal e o estado de 
transição é chamada de energia de ativação (∆G++). A energia de ativação pode ser diminuída 
pela adição de um catalisador, que aumenta a velocidade das reações pela diminuição das 
energias de ativação. 
8 Medida da atividade enzimática 
A dosagem de enzimas é sempre feita através da medida de sua atividade, que é 
avaliada pela velocidade da reação que a enzima catalisa. Para efetuar essas dosagens, uma 
amostra da solução contendo a enzima é incubada com concentrações altas de substrato (para 
garantir a velocidade máxima e impedir que pequenas variações na concentração do substrato 
possam afetar as medidas). A velocidade da reação é medida e expressa em Unidades 
Internacionais. Uma Unidade Internacional (U) é a quantidade de enzima capaz de formar 1 
µmol de produto por minuto em condições ótimas de medida (pH, temperatura, etc.), 
especificadas para cada caso.