Aula - Enzimas

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10/05/2012
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ENZIMAS
Profª. Fernanda C. Esteves de Oliveira
Ciências Moleculares e Celulares
ENZIMAS - CONCEITO
Moléculas com propriedade de acelerar
intensamente determinadas reações
químicas, tanto no sentido da síntese como
no da degradação de moléculas.
(Junqueira & Carneiro, 2005).
� Graças as enzimas, as células executam em
milésimos de segundo, a síntese de moléculas
que, in vitro, sem enzimas, necessitariam de
semanas de trabalho para serem sintetizadas.
� Além da rapidez as sínteses enzimáticas
apresentam alto rendimento, isto é, no final da
reação gera-se apenas o produto desejado ou
alguns produtos, mas todos úteis as células.
ENZIMAS
� Ao contrário, nas sínteses de laboratório, não
enzimáticas, formam-se, além das moléculas
desejadas,numerosos subprodutos originado-se
assim, uma mistura da qual a molécula desejada
deve ser purificada.
� Se isso acontecesse no meio intracelular, haveria
uma concentração de subprodutos indesejáveis
que perturbaria o metabolismo.
ENZIMAS
� Do grego, en, dentro, e zýmee, levedura.
� Maioria - longas cadeias de pequenas moléculas
chamadas aminoácidos (proteínas globulares, de
estrutura terciária);
� Tb podem ser glicoproteínas;
� OBS: Pequeno grupo de moléculas de RNA com
propriedades catalíticas, chamadas de
ribozimasribozimas.
ENZIMAS
(Roberts & Hib, 2006).
� Catalisadores biológicos
substâncias que aceleram as reações químicas sem 
se modificar, o que significa que podem ser 
utilizadas mais de uma vez.
� São altamente eficientes, acelerando a velocidade 
das reações (108 a 1011 + rápida);
ENZIMAS
(Roberts & Hib, 2006).
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� São econômicas, reduzindo a energia de ativação;
ENZIMAS
(Roberts & Hib, 2006).
Diferença entre
a energia livre 
de S e P
Caminho da Reação
Energia de ativação com 
enzima
Energia de ativação sem enzima
SS
PP
ENZIMAS
� Não são consumidas na reação;
� Atuam em pequenas concentrações;
� Atuam em condições fisiológicas de temperatura
e dentro de limites estreitos de pH;
� Possuem alta especificidade.
(Roberts & Hib, 2006).
� São produzidas sob o controle do DNA.
� Por meio delas o DNA controla todo o
metabolismo celular.
ENZIMAS
(Junqueira & Carneiro, 2005).
� Maioria das enzimas não apresentam constância
em suas atividades, podendo facilmente ser
moduladas.
Propriedade importante!!!!! Possibilita as células 
modificar seletivamente a atividade de 
determinadas enzimas, para adequá-las as 
necessidades momentâneas que vão surgindo.
ENZIMAS
(Junqueira & Carneiro, 2005).
� Comissão de Enzima da União Internacional de
Bioquímica adotou a seguinte classificação para
as enzimas (6 categorias):
ENZIMAS - CLASSIFICAÇÃO 
(Junqueira & Carneiro, 2005).
Oxidorredutases:
catalisam reações onde um
composto é reduzido e outro
oxidado ou transferência de
elétrons. Ex: oxidases,
peroxidases.
� Transferases: catalisam transferência de
grupamentos químicos (grupos funcionais como
amina, fosfato, carboxil, etc) de uma molécula
para outra. Ex: Transaminases, transmetilases.
ENZIMAS - CLASSIFICAÇÃO 
(Junqueira & Carneiro, 2005).
Aspartato doa seu grupo
amino, tornando-se o
oxaloacetato um ceto-
ácido.
α-cetoglutarato aceita o
grupo amino, tornando-
se o aa. glutamato.
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ENZIMAS -
CLASSIFICAÇÃO 
� Hidrolases: catalisam o rompimento de
moléculas com a adição de água (reações de
hidrólise de ligações covalentes). Ex: Peptidases,
fosfatases.
(Junqueira & Carneiro, 2005).
ENZIMAS - CLASSIFICAÇÃO 
� Liases: catalisam a remoção de um grupo
químico (água, amônia e gás carbônico),
originando uma dupla ligação no substrato; ou
adição de um grupo a uma dupla ligação que é
assim desfeita. Ex: Descarboxilases,
desaminases.
ENZIMAS - CLASSIFICAÇÃO 
(Junqueira & Carneiro, 2005).
� Isomerases: catalisam rearranjos
intramoleculares que modificam a estrutura
tridimensional do substrato. Ex: racemases,
epimerases.
ENZIMAS - CLASSIFICAÇÃO 
(Junqueira & Carneiro, 2005).
� Ligases: catalisam a união de duas moléculas,
com hidrólise de ATP ou outro composto rico em
energia. Ex: acetil coenzima A sintetase,
carboxilase do piruvato.
ENZIMAS - CLASSIFICAÇÃO 
(Junqueira & Carneiro, 2005).
� O composto que sofre a ação de uma enzima
chama-se substrato.
� A molécula da enzima possui um ou mais sítios
ativos, aos quais o substrato se combina para que
seja exercida a ação enzimática.
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(Junqueira & Carneiro, 2005).
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� Sítio ativo – fissuras ou fendas na superfície de
uma enzima usualmente composta por aas. de
diferentes partes da cadeia polipeptídica que são
aproximados quando do dobramento e
estabelecimento da estrutura terciária da
proteína.
� A forma tridimensional da enzima é importante
para sua atividade, pois os sítios ativos são
regiões cuja conformação tridimensional é
complementar da molécula de substrato.
ENZIMAS
(Junqueira & Carneiro, 2005; Cooper et al., 2007).
ENZIMAS 
Mudança da conformação da enzima induzida pela
ligação com o substrato. O exemplo mostra a
hexoquinase antes e depois de se ligar ao substrato
(glicose). A molécula da enzima consta de dois
domínios, que se aproximam, encaixando o substrato.
� Alta Especificidade.
� Específica - atua exclusivamente sobre um tipo 
de molécula (normalmente ocorre).
� Não-específica – atua sobre vários compostos com 
alguma característica estrutural comum.
ENZIMAS
(Junqueira & Carneiro, 2005).
� Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade
das enzimas originou → ChaveChave--FechaduraFechadura ��������,
que considera que a enzima possui sítio ativo
complementar ao substrato.
ENZIMAS
(Roberts & Hib, 2006).
� Centro ativo complementar em tamanho, forma e
natureza química à molécula do substrato, ou
seja, uma cavidade geometricamente rígida.
ENZIMAS
(Roberts & Hib, 2006).
� Koshland (1958): EncaixeEncaixe InduzidoInduzido,, enzima e o
substrato sofrem conformação para o encaixe. O
substrato é distorcido para conformação exata do
estado de transição.
ENZIMAS
(Roberts & Hib, 2006).
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� Este tipo de encaixe se forma somente após a
ligação.
� Substrato induz mudanças conformacionais na
enzima - resultam em um alinhamento preciso
dos grupos catalíticos e suas ligações com o
substrato.
(Roberts & Hib, 2006).
ENZIMAS
� Na ligação do substrato com o sítio ativo da
enzima participam forças químicas de natureza
não-covalente.
- Ligações iônicas;
- Pontes de hidrogênio;
- Forças de van der Walls.
ENZIMAS
(Roberts & Hib, 2006).
� Não são consumidas na reação.
� Ex: Decomposição do H2O2
ENZIMAS
H2O2 H2O O2+
Catalase
ENZIMAS
� Atuam em pequenas concentrações.
1 molécula de Catalase
decompõe
5 000 000 de moléculas de 
H2O2
pH = 6,8 em 1 min
� A cinética enzimática é a parte da Enzimologia
que estuda a velocidade das reações enzimáticas
bem como os fatores que a influenciam.
� Fatores:
- Concentração do substrato;
- pH;
- Temperatura;
- Presença de inibidores;
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
� As reações enzimáticas são realizadas em duas
etapas:
� 1) Ligação enzima + substrato
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
(Roberts & Hib, 2006).
EE ++ SS ⇔⇔ EESS
K1
K2
Etapa rápida
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� 2) Complexo enzima + substrato se desdobra no 
produto + enzima.
� Os valores de K1, K2, K3 e K4 são constantes de 
velocidade das reações.
� A velocidade da reação depende da [ ] substrato.
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
(Roberts & Hib, 2006).
EESS⇔⇔ E + P
K3
K4
Etapa lenta
v =
Vmax [S]
Km + [S]Km + [S]
[S]
v
Vmax
2
v = Vmax
v = Vmax [S]
Km
Km
11
22
33
1- [S]↓↓↓↓ →→→→ Km>>[S] 
2- [S]↑↑↑↑ →→→→ [S]>>Km
3- v = Vmax
2
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
Hipérbolevo
[S]
Vmax
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
Concentração do Substrato
V
el
oc
id
ad
e 
In
ic
ia
l
Hipérbole
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
↑ temperatura dois efeitos ocorrem:
� a taxa de reação aumenta, como se observa na
maioria das reações químicas;
� a estabilidade da proteína decresce devido a
desativação térmica.
� Enzima → temperatura ótima para que atinja 
sua atividade máxima, é a temperatura máxima 
na qual a enzima possui uma atividade cte. por 
um período de tempo.
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
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ENZIMA TEMPERATURA ÓTIMA (°C)
Pepsina 31,6
Tripsina 25,5
Urease 20,8
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
� Atividade das enzimas, muito sensível a diversos
agentes químicos e físicos, é capaz de ser inibida
de várias maneiras.
� Inibidores- Qualquer substância que reduz a
velocidade de uma reação enzimática.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
(Junqueira & Carneiro, 2005).
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
INIBIDORES
REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS
COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS INCOMPETITIVOS
� Entre os fatores que afetam a atividade
enzimática, chama a atenção a temperatura,
concentração do substrato e presença de
ativadores ou inibidores que alteram a atividade
de atuação das enzimas.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
(Junqueira & Carneiro, 2005).
INIBIDOR IRREVERSÍVEL
� Pode decorrer da desnaturação da enzima ou da 
formação de uma ligação covalente entre ela e a 
molécula.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
(Roberts & Hib, 2006).
INIBIDOR COMPETITIVO
� Quando uma substância resistente à ação
enzimática, porém de molécula muito parecida
com o do substrato da enzima, se fixa nos centros
ativos da molécula enzimática.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
(Junqueira & Carneiro, 2005; Roberts & Hib, 2006).
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� Neste caso o inibidor compete com o substrato
para se localizar no centro ativo, e o grau de
inibição é influenciado pela concentração do
substrato.
� Quanto maior a concentração do substrato,
menor será a probabilidade de o inibidor chocar-
se com moléculas da enzima e ocupar os seus
centros ativos.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
(Junqueira & Carneiro, 2005).
INIBIDOR NÃO-COMPETITIVO
� Não é afetada pela concentração de substrato,
depende exclusivamente da concentração do
inibidor.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
(Junqueira & Carneiro, 2005).
� O exemplo mais comum é representado pela
combinação reversível de metais pesados com os
grupos –SH da molécula enzimática.
Altera a forma tridimensional da molécula 
enzimática e impede sua atividade.
(Junqueira & Carneiro, 2005).
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
INIBIDOR INCOMPETITIVO 
� Se liga reversivelmente, em um sítio próprio, ao 
complexo ES. Km e Vmax da enzima
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
� Muitas cadeias enzimáticas (conjunto de
enzimas trabalhando em cooperação) são
moduladas por auto-regulação, sobretudo pelo
efeito final da cadeia sobre a primeira enzima da
sequência.
� Estas facilitam as reações sucessivas porque
estas ocorrem em uma distância mínima entre si.
ENZIMAS REGULADORAS
(Junqueira & Carneiro, 2005; Roberts & Hib, 2006).
� Ex: L-treonina é transformada em L-isoleucina
por meio de uma cadeia de 5 enzimas. A primeira
enzima desta cadeia é a L-treonina-desaminase,
cuja a atividade é diminuída ou suprimida pela
L-isoleucina.
� Falta de L-isoleucina provoca o funcionamento da
cadeia em toda a intensidade;
� Excesso de L-isoleucina faz a cadeia diminuir de
ritmo, ou mesmo, parar a produção de mais L-
isoleucina.
ENZIMAS REGULADORAS
(Junqueira & Carneiro, 2005).
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� Este processo de auto-regulação promove a
manutenção da concentração deste aa. na célula
dentro de seus limites de normalidade.
Regulação alostérica.
� Regulação alostérica: deriva do fato de que
moléculas regulatórias não se ligam ao sítio
catalítico e sim a sítios distintos na proteína.
ENZIMAS REGULADORAS
(Junqueira & Carneiro, 2005).
� Enzima sensível a este controle (L-treonina-
desaminase)
ENZIMAS REGULADORAS
Enzima reguladora
(Junqueira & Carneiro, 2005; Cooper et al., 2007).
� A substância inibidora (L-isoleucina) é conhecida
como
Efetor ou modulador
� Na regulação alostérica o efetor combina-se com a
enzima em um local diferente do centro ativo e
denominado centro alostérico.
ENZIMAS REGULADORAS
(Junqueira & Carneiro, 2005).
� Em consequência, ocorre uma modificação
tridimensional da molécula enzimática, com
alteração do centro ativo da enzima, cuja a
atividade catalítica é inibida.
Inibição incompetitiva
ENZIMAS REGULADORAS
(Junqueira & Carneiro, 2005).
� Para exercerem sua atividade, muitas enzimas
necessitam de cofatores.
Íon metálico ou molécula orgânica
Se covalente 
Coenzima
Grupo prostético
ENZIMAS E COFATORES
(Junqueira & Carneiro, 2005).
� Alguns cofatores estão ligados de modo
permanente e íntimo a molécula da enzima,
enquanto outros se unem temporariamente,
durante a ação enzimática.
(Junqueira & Carneiro, 2005).
ENZIMAS E COFATORES
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� O complexo formado pela enzima + cofator
Holoenzima
Apoenzima 
(parte protéica e inativa da enzima)
Retirada do co-fator
(Junqueira & Carneiro, 2005).
ENZIMAS E COFATORES
� Algumas enzimas que contêm ou necessitam de
elementos inorgânicos como cofatores.
ENZIMA COFATOR
PEROXIDASE Fe+2 ou Fe+3
CATALASE
CITOCROMO OXIDASE Cu+2
ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn+2
HEXOQUINASE Mg+2
UREASE Ni+2
ENZIMAS E COFATORES
� Moléculas orgânicas de baixo peso molecular que
participam de reações enzimáticas.
� São chamadas de coenzimas pq trabalham
juntamente com as enzimas para aumentar a
velocidade das reações.
COENZIMAS E FUNÇÃO 
BIOLÓGICA
(Cooper et al., 2007).
� Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis.
� Classificam-se em:
- transportadoras de hidrogênio;
- transportadoras de grupos químicos.
� Transportadoras de hidrogênio
COENZIMAS E FUNÇÃO 
BIOLÓGICA
Coenzim a A brevia tura Reação
cata lisada
O rigem
N ico tinam ida aden ina
d inuc leo tíd io
NAD + Oxi-re dução N iac ina o u
V itam ina B 3
N ico tinam ida aden ina
d inuc leo tíd io fo s fa to
NADP + Oxi-re dução N iac ina o u
V itam ina B 3
F lavina ad en ina
d inuc leo tíd io
FAD Oxi-re dução R iboflavina o u
V itam ina B 2
� Transportadoras de grupos químicos.
COENZIMAS E FUNÇÃO 
BIOLÓGICA
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 
 
� A parte ativa de muitas coenzimas contém
vitaminas do grupo B, riboflavina, tiamina,ácido
pantotênico e nicotinamida.
(Junqueira & Carneiro, 2005).
COENZIMAS E FUNÇÃO 
BIOLÓGICA
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� Muitas enzimas são designadas pelo nome do
substrato sobre o qual atuam ou da atividade
que exercem mais o sufixo –Ase.
� Exemplos:
- ácido ribonucléico (substrato) – hidrolisado pela
enzima ribonuclease.
- Amido (substrato) – hidrolisado pela enzima
amilase.
- Lipídeos (substrato) – hidrolisado pela enzima
lipase.
ENZIMAS - NOMENCLATURA 
(Junqueira & Carneiro, 2005; Roberts & Hib, 2006).
� Outras não seguem esta regra.
� Exemplo: Pepsina e tripsina – hidrolisam
proteínas (são proteases).
(Junqueira & Carneiro, 2005).
ENZIMAS - NOMENCLATURA 
CaracterísticaCaracterística EnzimasEnzimas Catalisadores Catalisadores 
QuímicosQuímicos
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estruturacomplexa simples
Sensibilidade à T e pH alta baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica 
(geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) alto moderado
Natureza do processo batelada contínuo
Consumo de energia baixo alto
Formação de subprodutos baixa alta
Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples
Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa
Presença de cofatores sim não
Estabilidade do preparado baixa alta
Energia de Ativação baixa alta
Velocidade de reação alta baixa