Bioquimica 3

Prévia do material em texto

Bioquímica Farmacêutica
Enzimologia
• Praticamente todas as reações no organismo são mediadas por enzimas
• Enzimas são proteínas catalisadoras que aumentam a velocidade das reações, 
sem sofrerem alterações no processo global
• As enzimas comandam todos os eventos metabólicos, de forma seletiva, pois 
comandam especificamente os sues substratos
Introdução à enzimologia
• Cada enzima recebe dois nomes:
• O primeiro é curto e recomendado, conveniente – sufixo 
“ase” + nome do substrato
Ex: glicosidade e uréase, lactato-desidrogenase
• O segundo nome é mais completo e sistemático –
As enzimas são divididas em seis classes principais com 
acréscimo do sufixo “ase” para a descrição completa da 
reação química catalisada + nomes dos substratos
• Ex: lactato:NAD-oxirredutase
Introdução à enzimologia - Nomenclatura
Sítios ativos
• As enzimas são catalisadores proteicos
• Aumentam a velocidade de uma reação química
• Não são consumidas durante a reação que catalisam
• Sítios ativos compreendem uma região específica, em forma de 
fenda ou bolso
• Esses sítios contém cadeias laterais de aminoácidos que 
participam da ligação com o substrato e da catálise
• A formação do complexo enzima-substrato sofre alteração 
conformacional para um encaixe induzido que permite a catálise
• O complexo enzima-substrato é convertido em enzima-produto 
que se dissociam
Introdução à enzimologia - Propriedades
Eficiência catalítica
• As reações catalisadas por enzimas são altamente eficientes
• Ocorrem 103 a 106 vezes mais rapidamente que as reações não catalisadas
• Número de renovação (turnover) ou Kcat é o número de moléculas de 
substrato convertidas em moléculas de produto por uma molécula de enzima 
em um segundo
• Valor de Kcat = 10
2 a 104 s-1
Introdução à enzimologia - Propriedades
Especificidade
• As enzimas são altamente específicas
• Interagem com um ou alguns poucos substratos
• Catalisam apenas um tipo de reação química
Holoenzimas
• Algumas enzimas precisam de outras moléculas além da proteína para sua 
atividade enzimática
• Holoenzima: enzima ativa com seu componente não proteico (cofatores e 
coenzimas) 
Ex de cofatores: íons metálicos Zn2+
Ex de coenzimas (cosubstratos): molécula orgânica pequena que, se retornar ao seu 
estado original após uma reação enzimática, é chamada de grupo prostético - vitaminas 
• Apoenzima: enzima sem seu componente proteico e é inativa
Introdução à enzimologia - Propriedades
Regulação
• A atividade enzimática pode ser regulada, isto é, enzimas podem ser 
ativadas ou inibidas
• A velocidade de formação de produto tem a finalidade de responder 
às necessidades da células
Localização dentro da célula
• Podem estar localizadas em organelas específicas para isolar o 
substrato ou o produto da reação de outras reações competitivas
Introdução à enzimologia - Propriedades
Funcionamento das enzimas
Catálise – aborda as alterações de energia que ocorrem 
durante a reação
Energia livre de ativação – é a diferença de energia dos 
reagentes e aquela de um intermediário de alta energia 
que ocorre durante a formação do produto
A T* B
Velocidade da reação- duas moléculas reagem entre si se 
tiver energia suficiente para superar a barreira de energia 
do estado de transição. 
Rota alternativa da reação - uma enzima permite que 
uma reação ocorra rapidamente nas condições normais da 
célula através de uma rota alternativa com menor energia 
livre de ativação
Sítio ativo – máquina molecular complexa que facilita quimicamente a conversão do 
substrato em produto
Funcionamento das enzimas
Fatores que interferem na eficiência catalítica das enzimas
1) Estabilização do estado de transição: 
✓ O sítio ativo atua como molde molecular flexível, que se liga ao substrato e inicia a 
conversão para o estado de transição. 
✓ Ao estabilizar o estado de transição, a enzima aumenta muito a concentração do 
intermediário reativo, que pode ser convertido em produto
2) Outros mecanismos
✓ O sítio ativo pode fornecer grupos catalíticos que aumentam a probabilidade de o 
estado de transição se formar pois eles podem participar em uma catálise ácido 
básica geral doando ou aceitando prótons ou a formação de complexo covalente 
Ex: histidina e serina, respectivamente
Fatores que afetam a velocidade da reação
• As enzimas podem ser isoladas das células e ter as suas propriedades estudas in vitro
• Diferentes enzimas mostram diferentes respostas às alterações de concentração de 
substrato, temperatura e pH
Funcionamento das enzimas
Concentração do substrato
1) Velocidade máxima: 
• a velocidade de uma reação é o número de moléculas de substrato convertidas em 
produto por unidade de tempo (µmol/min).
• A velocidade de uma reação catalisada aumenta com a concentração do substrato até 
uma velocidade máxima
Funcionamento das enzimas
2) Cinética de Michaelis-Menten
• Representada com gráfico em formato hiperbólico
• Esse é um modelo que explica a maioria das características das 
reações catalisadas por enzimas
• Nesse modelo, a enzima combina-se reversivelmente com o 
substrato que subsequentemente forma o produto, regenerando 
a enzima livre
Temperatura
• A velocidade de reação aumenta com a 
temperatura até um pico. 
• Nessas condições, atinge-se um número 
maior de moléculas com energia suficiente 
para atravessar a barreira da energia de 
ativação e formar produtos da reação
• Porém, uma elevação maior da temperatura 
resulta em redução da velocidade de reação 
devido desnaturação da enzima
Funcionamento das enzimas
pH
• O processo catalítico requer que a enzima e o 
substrato tenham determinados grupos 
químicos em estado ionizado ou não para 
interagirem
• Valores extremos de pH podem levar à 
desnaturação da enzima
• O pH ótimo varia de acordo com a enzima 
Funcionamento das enzimas
Funcionamento das enzimas
Concentração do substrato
• A equação de Michaelis-Menten descreve como a velocidade 
da reação varia com a concentração do substrato
Inibição competitiva
▪ Ocorre quando o inibidor liga-se reversivelmente ao 
mesmo sítio que o substrato ocuparia
▪ O efeito do inibidor competitivo pode ser revertido com o 
aumento da [S] 
▪ Um inibidor competitivo aumenta o Km aparente para 
determinado substrato
Funcionamento das enzimas
Inibição da atividade enzimática
Qualquer substância que é capaz de diminuir a velocidade das reações catalisadas por enzimas 
é chamada de inibidor
▪ Inibidores irreversíveis ligam-se às enzimas por meio de ligações covalentes
▪ Inibidores reversíveis ligam-se às enzimas por meio de ligações não covalentes
Inibição não-competitiva
▪ Acontece quando o inibidor e o substrato ligam-se a sítios 
diferentes na enzima
▪ Essa inibição não pode ser superada pelo aumento da 
concentração do substrato
▪ Não há interferência no valor de km
▪ Exemplo de inibidores não competitivos são os 
organofosforados que resultam na ligação covalente ao 
sítio catalítico da enzima AchE
Funcionamento das enzimas
Inibição da atividade enzimática
Outros exemplos de fármacos inibidores enzimáticos:
Antibióticos β-lactâmicos em enzimas envolvidas na síntese de parede celular bacteriano
Anti-hipertensivos inibidores de ECA 
Funcionamento das enzimas
Regulação das enzimas alostéricas
▪ São reguladas por moléculas moduladoras que se ligam de forma 
não covalente a outro sítio que não o sítio ativo
▪ A presença de um efetor alostérico pode alterar a afinidade da 
enzima pelo substrato ou modificar a atividade catalítica máxima 
da enzima
▪ Efetor positivo é aquele que aumenta a atividade da enzima
▪ Efetor negativo é aquele que diminui a atividade da enzima
Efetores homotrópicos▪ O próprio substrato atua como efetor – efeito homotrópico
Efetores heterotrópicos
O efetor por ser diferente do substrato. Ex: inibição por 
retroalimentação 
Funcionamento das enzimas
Regulação das enzimas por modificação covalente
▪ Frequentemente pela adição ou pela remoção de
grupos fosfato de resíduos específicos de serina,
treonina ou tirosina na enzima
▪ O processo de fosforilação de proteínas é uma das
principais formas de regulação celulares
▪ Esses processos são catalisados pelas proteínas
cinases com fonte de fosfato a partir de ATP
Funcionamento das enzimas
Indução e repressão da síntese de enzimas
▪ Esses mecanismos modificam a atividade das enzimas preexistentes
▪ As células também podem regular a quantidade de enzima presente pela alteração da
velocidade de degradação de moléculas enzimáticas ou pela alteração da velocidade de
síntese de enzimas.
▪ Indução ou repressão de síntese de enzimas leva a alteração do números de sítios ativos