Bioquímica Básica (3)

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BIOQUÍMICA
Profª Dra. SANDRA MARIA SILVEIRA DENADAI
2008
Unidade III
ENZIMAS
ENZIMAS
‰ Visão Geral
¾ Química orgânica reações exigem condições 
extremas de temperatura e pH para que ocorram. 
¾ Células - temperatura (37º C) e pH próximo da 
neutralidade (7,42) e soluções aquosas diluídas -
presença de catalisadores altamente específicos –
biocatalizadores - enzimas.
¾ Nutrientes são degradados, a energia química é 
conservada e transformada e macromoléculas 
formadas - atuam em seqüência organizada.
CATALISADORES
‰ Visão Geral
¾ Utilizados por mais de 2000 anos - produção do 
vinho, queijo e pão – verificou-se a necessidade de 
adicionar uma pequena quantidade do produto 
anterior para produzir novos.
¾ 1835 - Berzelius reuniu observações de antigos 
químicos e sugeriu um explicação - que alguma força 
externa afetava as reações químicas - força catalítica.
¾ 1894 - Oswald - catalisadores eram substâncias 
que aceleravam a velocidade de reações químicas 
sem serem consumidas no processo.
ENZIMAS
‰ Histórico
¾ 1850 - Pasteur verifica a fermentação;
¾ 1897 - Buchner isola da célula do levedo as 
enzimas da fermentação alcoólica;
¾ 1926 - Summer cristaliza a urease;
¾ Fischer - determina a sua especificidade;
¾ Northrop - determina que eram proteínas (tripsina 
e pepsina).
ENZIMAS
‰ Conceitos
¾ Estado de transição - uma reação química ocorre 
porque uma certa fração das moléculas de A, em 
qualquer instante considerado, possui mais energia 
interna que o restante da população, suficiente para 
levá-las ao topo da colina de energia. 
ENZIMAS
‰ Conceitos
¾ Energia livre de ativação – diferença entre a 
energia dos reagentes e a de um intermediário rico 
em energia, que ocorre durante a formação do 
produto - reações químicas não-catalisadas são 
lentas – grande energia de ativação.
ENZIMAS
‰ Catalisadores
¾ Fatores físicos ou químicos que aceleram uma 
reação termodinamicamente possível, sem serem 
consumidos no processo;
¾ Diminuem a quantidade de energia que a reação 
necessita para atingir o estado ativado/transição;
¾ Provocam distorção ou tensão em ligações 
facilitando a reação. 
¾ Não alteram a Keq e a energia livre final - ∆G;
ENZIMAS
¾ Dispositivos moleculares que aceleram as reações 
químicas que ocorrem em sistemas biológicos -
catalisadores biológicos.
¾ Condições fisiológicas - pH e temperatura -
velocidade das reações não é suficientemente alta 
para as demandas metabólicas das células.
¾ Proteínas globulares (99,9%) - ribozimas (RNAs
catalíticos) - atividade catalítica - RNA ancestral 
biocatalizador dos seres vivos.
ENZIMAS
¾ Elevado poder catalítico e grande especificidade.
¾ Estrutura protéica determina as interações entre a 
enzima (catalisador) e o substrato (reagente).
¾ Substrato – deve se ligar de forma específica à 
enzima facilitando a sua transformação em produto. 
¾ Estrutura do catalisador favorece as interações 
que permitem a ligação do substrato - expondo 
grupos químicos que interagem entre si – complexo 
enzima-substrato - ES.
ENZIMAS
‰ Nomenclatura
¾ Internacional Union of Biochemistry and Molecular 
Biology - IUBMB.
9 nome recomendado - uso diário – indica a ação 
química - sufixo ase – urease, creatina quinase...
9 nome sistemático - identifica a reação que ela 
catalisa.
9 número de classificação - identificação exata. 
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
¾ Classes:
1 - Oxidorredutases: reações de transferência de 
elétrons - reações de oxi-redução - desidrogenases
e oxidases.
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
¾ Classes:
2 - Transferases: reações de transferência de 
grupamentos funcionais como grupos amina, 
fosfato, acil, carboxil... - quinases e transaminases. 
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
¾ Classes:
3 - Hidrolases: reações de hidrólise – transferência 
de grupos funcionais para a água - peptidades. 
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
¾ Classes:
4 - Liases: adição de grupos a duplas ligações ou 
remoção de moléculas de água, amônia e gás 
carbônico formando duplas ligações - dehidratases
e descarboxilases.
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
¾ Classes:
5 - Isomerases: reações de interconversão entre 
isômeros ópticos ou geométricos – transferência de 
grupos intramolecular – epimerases.
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
¾ Classes:
6 - Ligases: reações de formação de novas 
moléculas a partir da ligação entre duas já 
existentes, às custas de energia (ATP) - sintetases.
ENZIMAS
‰ Nomenclatura
CK
ATP + Creatina ADP + Fosfocreatina
¾ Creatina Quinase ou Creatina Fosfoquinase (CK ou 
CPK).
¾ ATP-Creatina Fosfotransferase.
¾ E.C. - 2 . 7 . 3 . 2. 
ƒ 2 - classe - transferases
ƒ 7 - subclasse - fosfotransferase
ƒ 3 – sub-subclasse - fosfotransferase com grupo 
amino como aceptor do fosfato.
ƒ 2 - substância receptora do grupo fosfato - creatina.
ENZIMAS
‰ SÍTIO ATIVO
¾ Local da E onde o S se liga formando o complexo ES 
- onde ocorre a reação catalítica – fenda ou sulco.
¾ Contém aas que interagem com o S:
9 sítio de posicionamento – aas que interagem com 
o S facilitando a ação catalítica.
9 sítio catalítico – aa que participa da ruptura e 
estabelecimento de ligações químicas que resultam 
na formação do produto - P. 
ENZIMAS
¾ Eficiência Catalítica - aumentam a Velocidade de 
Reação Enzimática - VRE em 108 a 1020 vezes, mas 
não alteram a Keq da reação.
¾ Grau de Especificidade:
9 relativa ou de grupo;
9 absoluta;
9 estereoespecificidade – específica para um 
determinado isômero.
Hexoquinase-HK
D-Hexose + ATP D-Hexose 6-fosfato + ADP
Especificidade Relativa ou de Grupo
Glicoquinase – GK
D-Glicose + ATP D-Glicose 6-fosfato + ADP
Especificidade Absoluta
ENZIMAS
¾ Co-fatores – substâncias não protéicas que se 
associam as E - necessárias para atividade catalítica:
9 ativadores metálicos – íons metálicos; 
9 coenzimas – moléculas orgânicas derivadas de 
vitaminas (vitamina C e as do complexo B). 
¾ Enzima + co-fator = holoenzima (ativa) e enzima 
sem o co-fator = apoenzima (inativa).
¾ Co-fator firmemente ligado a enzima - grupo 
prostético – biotina ligada as carboxilases.
Hexoquinase, Glicose 6-fosfatase, 
Piruvato Quinase
Mg++
DinitrogenaseMo++
UreaseNi++
Piruvato QuinaseK+
Anidrase Carbônica, DNA Polimerase
e Álcool Desidrogenase
Zn++
Citocromo OxidaseCu++
Glutationa PeroxidaseSe++
Citocromo Oxidase, Catalase, 
Peroxidase
Fe++ ou Fe+++
EnzimaÍon Metálico
Grupos monocarbônicosTHF
CO2Biotina
Átomos de hidrogênio e 
grupo alquila
5’ desoxiadenosil
cobalamina (Co-B12)
Grupo aminoPiridoxal fosfato
Grupos acilaCo-A
Íon hidreto (H-)NAD+
Átomos de hidrogênioFAD
AldeídosTiamina pirofosfato
Grupos TransferidosCoenzima
ENZIMAS
¾ Mecanismo de Catálise
9 redução da entropia - reduz o movimento -
orienta e aproxima o S;
9 retirada da capa de solvatação do S – aumenta a 
tensão das ligações;
9 ajuste induzido - distorção da ligação 
susceptível, modifica a estrutura da E e do S.
ENZIMAS
‰ Mecanismo de Catálise
¾ Sítio ativo se liga ao substrato por:
9 ligação iônica - aas doam ou aceitam prótons;
9 pontes de hidrogênio;
9 pontes de dissulfeto;
9 covalente;
¾ Tipos de catálise:
9 ácido-base geral
9 covalente
9 íon metálico
ENZIMAS
‰ Fatores que alteram a VRE:
¾ Concentração do substrato – VRE aumenta com o 
aumento da [S], até a saturação da E;
¾ Concentração da enzima - VRE aumenta com o 
aumento da [E], até que todo o S seja consumido;
¾ Temperatura – VRE aumenta com o aumento da 
temperatura até que a E seja desnaturada;
¾ Tempo – VRE é proporcional ao tempo de contato 
da E com o S;
¾ pH – toda E tem um pH ótimocaracterístico -
atividade máxima.
9,6Arginase
7,6Catalase
7,7Tripsina
7,2Glicose 6-fosfatase
1,5Pepsina
pH ÓtimoEnzima
Cinética Enzimática
¾ 1903 – Henri - catálise enzimática ocorria através da 
formação de um complexo ES em equilíbrio com a 
concentração da [E] e do substrato [S].
¾ 1913 – Michaelis-Menten – confirmaram - VRE 
aumenta com o aumento da [S], mas em K[S] a VRE 
permanece constante - saturação da E e o complexo 
intermediário ES, se desdobra em P e E (não é 
consumida ou alterada no processo).
¾ 1925 – Briggs e Haldane – complexo não está em 
equilíbrio com a [S] e [E], pois no estado estacionário a 
[ES] não muda.
Cinética Enzimática
¾ Equação de Michaelis-Menten
9 VRE - número de moléculas de S convertidas em P/ 
unidade de tempo - µmoles de produto/minuto – E com 
um único S.
Ks K
E + S ↔ ES ↔ E∼S ↔ E + P
Ks K
E + S ↔ ES ES ↔ E + P
V = K[ES] ∴Ks = [E] [S]/[ES] ∴V = K[E] [S]/Ks + [S]
V = Vm [S] / Ks + [S]
Onde: - Ks = constante de equilíbrio da reação
- K = constante da VRE
- V = velocidade de reação
- Vm = velocidade máxima
Cinética Enzimática
¾ Equação de Briggs-Haldane
K1 K3
E + S ES P +E
K2
K2 + K3 / K1 = KM
V = Vm [S] / KM + [S]
Cinética Enzimática
‰ Constante de Michaelis – KM
¾ Mede a afinidade da E pelo S e representa a [S] 
necessária para levar a VRE a 50% da Vm - quanto >
o KM < a afinidade da E pelo S.
¾ Quando a concentração do S for alta o KM é 
insignificante.
¾ KM varia de E para E e da mesma E para S 
diferentes - depende do pH, temperatura, força iônica 
do meio e concentração do substrato.
Cinética Enzimática
‰ Cálculo do KM
Quando:
V = Vm / 2 Vm / 2 = Vm [S] / KM + [S]
1 / 2 = [S] / KM + [S] KM + [S] = 2 [S]
KM = 2 [S] - [S]
KM = [S]
KM pequeno V = Vm [S] / [S] V = Vm
Cinética Enzimática
¾ Equação de Lineweaver-Burke – gráfico do 
duplo-recíproco
Inibição da Atividade Enzimática
¾ Inibição Reversível:
9 inibidor (I) e enzima - ligação não covalente;
9 K [S] diminui a formação do complexo EI – I se 
desliga - recuperação da atividade enzimática.
¾ Inibição Irreversível:
9 ligação covalente com grupos específicos - E não 
retorna a sua atividade após diluição do complexo EI;
ƒ efeitos neurotóxicos de certos inseticidas - ligação 
no sítio catalítico da E – acetilcolinesterase;
ƒ iodoacetamida, íons de metais pesados (Ag+, Hg++), 
agentes oxidantes.
Inibição da Atividade Enzimática
‰ Tipos de Inibição
¾ Competitiva - I liga-se reversivelmente ao sítio ativo 
da E competindo com S - Vm - não é alterada, K [S] a 
reverte - KM K - na presença de um inibidor competitivo 
mais S é necessário para se atingir 50% da Vm. 
9 Succinato DH - oxida o succinato fumarato -
malonato - estrutura similar ao S - competidor .
9 Metanol - fígado - álcool DH - formaldeído - lesa 
as células - perda da visão - tratamento da 
intoxicação – etanol por VEV - compete com o 
metanol pelo sítio ativo diminuindo a produção de 
formaldeído - metanol é excretado na urina.
Inibição da Atividade Enzimática
‰ Tipos de Inibição
¾ Competitiva 
9 Aspirina (Acetil Salicilato) inibe a enzima que 
catalisa a síntese de PG e TX, mas não afeta a 
taxa de LT - inibição irreversível.
9 DIFP - diisopropilfluorofosfato (gás dos nervos) -
malathion - liga-se covalentemente à OH da Ser -
tripsina, quimiotripsina, elastase, fosfoglicomutase
e colinesterase.
9 Iodacetamida - liga-se a grupos sulfidrilas (-SH) 
da Cys (GAPDH) ou ao grupo imidazol da His.
Inibição da Atividade Enzimática
‰ Tipos de Inibição
¾ Não competitiva - I e S ligam-se em diferentes 
sítios na E - I pode ligar-se à E livre ou ao complexo 
ES, impedindo assim a reação - Vm - inibição não 
pode ser superada pelo K [S] e KM não é alterado - I 
não interfere com a ligação do S à E.
9 Envenenamento pelo Pb++ - ligação covalente 
com o grupo SH da Cys - ligação irreversível -
ferroquelatase e δ-amino levulinato desidrase.
9 Fluoreto - se liga ao Mg++ - cofator da enolase -
inibe a via glicolítica.
Inibição da Atividade Enzimática
‰ Inibidores enzimáticos como drogas
¾ 5 das 10 drogas mais prescritas nos EUA -
inibidores de E - penicilina e amoxacilina - inibem 1 ou 
+ E da síntese da parede celular bacteriana;
¾ Inibidores suicidas - pouco reativos – ligam-se ao 
sítio ativo da E - 1º passos da reação - convertido em 
um composto muito reativo que se combina 
irreversivelmente com a E - específico para a E - mais 
eficazes e poucos efeitos colaterais – difluormetil
ornitina - inibe a ornitina descarboxilase - tratamento 
da doença do sono africana, inibe a síntese espermina
e espermidina - empacotamento do DNA nos 
tripanosssomos.
Regulação da Atividade Enzimática
‰ Enzimas regulatórias - metabolismo celular várias E 
atuam em seqüência – via metabólica – P da ação da 
1ª E é S para a E seguinte – pelo menos uma E é 
“marcapasso” – determina a velocidade da via –
geralmente é a 1ª E da seqüência.
Regulação da Atividade Enzimática
‰ Enzimas Regulatórias :
¾ Enzimas alostéricas - possuem um sítio ativo e 
um alostérico/regulador - efetores, moduladores ou 
modificadores alostéricos positivos ou negativos -
ligação não covalente - altera a afinidade da E pelo 
S;
9 efetores homotrópicos - S é o efetor;
9 efetores heterotrópicos - P final da reação ou 
da via é o efetor - inibição por feedback.
Regulação da Atividade Enzimática
‰ Enzimas Regulatórias:
¾ Modificação covalente - adição ou remoção de 
um grupo específico - adição de fosfato a Ser, Thr
ou Tyr da E - fosforilação é catalisada pelas 
proteínas quinases e a defosforilação pelas 
fosfoproteínas fosfatases - glicogênio sintetase
fosforilada diminui sua atividade e a glicogênio 
fosforilase aumenta.
Fosforilase b + 2ATP Fosforilase a + 2ADP
Regulação da Atividade Enzimática
‰ Indução e repressão da síntese de enzima.
‰ Zimogênios - precursores inativos das E 
secretados no plasma por certos órgãos – fígado - E 
da coagulação e as digestivas:
pepsina ou H+
pepsinogênio pepsina + 42 aminoácidos
enteroquinase
tripsinogênio tripsina + hexapeptídeo
tripsina +
quimiotripsinogênio A quimiotripsina A + dipeptídeo
quimotripsina
Enzimas com Multisubstratos
¾ Reações com dois substratos - transferência de 
átomo ou grupo funcional:
9 reações de troca simples – os dois S se ligam a 
E de forma ordenada ou ao acaso:
Enzimas com Multisubstratos
¾ Reações com dois substratos 
9 reações de troca dupla ou pingue-pongue – um 
dos S se liga ao sítio ativo da E – um grupo 
funcional é transferido para a E - P se desliga - o 
segundo S se liga e recebe o grupo funcional:
Regulação da Atividade Enzimática
‰ Isozimas ou Isoenzimas
¾ Formas múltiplas de uma mesma E em tecidos 
diferentes, catalisam a mesma reação mas diferem 
em suas propriedades físicas, devido a diferenças na 
seqüência de aminoácidos - CK ou CPK, LDH, TGO.
Lactato + NAD+↔ Piruvato + NADH + H+
¾ Lactato Desidrogenase (LDH) - 2 cadeias 
polipeptídicas M e H - M4 (muscular), H4 (cardíaca), 
M3H, M2H2 e MH3
ENZIMAS
‰ Importância
¾ Saúde - dosagem de enzimas - diagnóstico de 
patologias - deficiente ou aumentada.
¾ Utilizadas na indústria química, no preparo de 
alimentos, na agricultura, no refino de petróleo –
economia mundial.
¾ Aproximadamente 2.000 já são conhecidas.
ENZIMAS NO DIAGNÓSTICO CLÍNICO
¾ Concentração de E - solução ou extrato de tecido – atividade 
catalítica:
9 reação catalisada;
9 processo analítico – dosa o consumo de S ou aparecimento de P;
9 cofatores ou coenzimas que a E requer;
9 KM do S;
9 pH ótimo;
9 faixa de temperatura – 25a 38 ºC.
¾ Atividade enzimática - expressa em unidade de E - quantidade da E 
que catalisa a transformação de 1 µmol de S/minuto, em condições 
definidas. 
¾ Atividade específica – pureza da enzima – nº de unidade/mg de 
proteína.
¾ Turnover – nº de moléculas de S transformada/unidade de tempo/ 
molécula de E - nº de transformação – anidrase carbônica –
36.000.000/minuto/molécula de E – CO2 + H2O H2CO2 – eritrócitos.
ENZIMAS NO DIAGNÓSTICO CLÍNICO
¾ α Amilase
9 pancreatite aguda
9 carcinoma de cabeça do pâncreas
9 úlcera duodenal
9 perfuração de úlcera gástrica
9 hipertireoidismo
9 caxumba
9 insuficiência renal
¾ Aldolase
9 distrofia muscular
9 hepatite aguda
9 pneumonia
9 alcoolismo
ENZIMAS NO DIAGNÓSTICO CLÍNICO
¾ Colinesterase - CHE
9 aumentada – obesidade, alcoolismo
9 diminuída – hepatite, infarto, intoxicação por inseticidas 
organofosforados
¾ Creatina Quinase/Fosfocreatina Quinase – CK/CPK -
infarto e lesão hepática
9CKMM – músculo
9CKBB – cérebro 
9CKMB – coração e útero
¾ Fosfatase ácida – carcinoma de próstata e mamas, fígado, 
baço, rins e eritrócitos.
¾ Fosfatase alcalina – osso, intestino, fígado, icterícia 
obstrutiva, raquitismo, hipertireoidismo.
ENZIMAS NO DIAGNÓSTICO CLÍNICO
¾Gama Glutamil Transferase - γ GT
9 hepatite
9 câncer hepático
9 icterícia obstrutiva
9 infarto
¾ Lactato Desidrogenase – LDH
9 LDH1 – H4 –
9 LDH2 – H3M – anemia hemolítica - cérebro
9 LDH3 - H2M2 – hepatite
9 LDH4 – HM3 - infarto
9 LDH5 – M4 – fígado e músculo
¾ Transaminase Glutâmica Oxalacética/Aspartato Transaminase
– TGO/AST - infarto do miocárdio, hepatite à vírus e pacreatite.
¾ Transaminase Glutâmica Pirúvica/Alanina Transaminase –
TGP/ALT - hepatite (14 dias ) e icterícia obstrutiva – ALT e AST 
DIAGNÓSTICO LABORATORIAL DO INFARTO DO MIOCÁRDIO
OBS.: Observa-se diminuição da O2, acidose, com aumento do lactato.
480630390190150110LDH
V.N. - 80 - 240 U/L
154572503510TGO 
V.N. - 5 - 17 U/L
3818305222CK1
V.N. - 0 - 10 U/L
48 h36 h24 h18 h12 h6 hENZIMAS