Aula 02 Aminoácidos, peptídeos, proteínas e enzimas

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Prof.: Hércules Freitas
freitashr@biof.ufrj.br
Rio de Janeiro, 2018
Aminoácidos, peptídeos,
proteínas e enzimas
Instituto Brasileiro de Medicina de Reabilitação – IBMR
Disciplina: Bioquímica dos alimentos
Os aminoácidos
• Os aminoácidos 
presentes nas 
proteínas são 
isômeros L
– A biologia é canhota
• Glicina não
tem isomeria
óptica
Carbon
o alfa
Grupo R apolar e alifáticos
• Aminoácidos apolares e hidrofóbicos
• Ligações de Van der Waals
• Ala, Val, Leu, Iso
– Interações hidrofóbicas
• Gly; menor aminoácido
• Met
– Possui átomo de enxofre
• Pro
– Iminoácido (cadeia fechada), menor flexibilidade estrutural
Grupo R aromáticos
• Aminoácidos hidrofóbicos
• Tirosina pode formar pontes de hidrogênio 
com a água
• Modificações pós-
traducionais
– Fosforilação do OH
da tirosina
• Fenilalanina
– Mais apolar
Grupos R polares, não carregados
• Solubilidade intermediária em água
• Serina e treonina
– Grupos hidroxil
• Asparagina e glutamina
– Grupo amida
• Cisteína
– Grupo sulfidril
– Ligações dissulfeto
Grupos R carregados
• Aminoácidos básicos
– Carga positiva
– Lisina, segundo grupo amino
– Arginina, grupo guanidina
– Histidina, grupo aromático 
imidazol
• Aminoácidos ácidos
– Carga negativa
– Possuem segundo grupo
ácido carboxílico
Aminoácidos incomuns
• Modificações pós-traducionais
– 4-hidroxiprolina
– 5-hidroxilisina
– 6-N-metil-lisina
– Gama-carboxiglutamato
– Fosforilação de resíduos
• Selenocisteína
– Selênio ao invés de enxofre na Cys
– É adicionado durante a tradução por
mecanismo específico e regulado
Aminoácidos são ionizáveis
• Substâncias 
anfóteras: possuem 
natureza dual
• Podem funcionar 
assim como ácidos ou 
bases
– Doam ou recebem 
prótons
Titulação de um aminoácido
• pKa: tendência de um 
grupo fornecer um próton 
ao meio
• Aminoácidos podem 
perder até 2 prótons para 
o meio
• Conclusão: a função das 
proteínas depende do pH 
ao qual estão submetidas
Curvas de titulação predizem a carga 
elétrica dos aminoácidos
• Alguns aminoácidos podem ter átomos ionizáveis 
também em sua cadeia lateral
Peptídeos e proteínas
Polipeptídeo
>Insulina [Homo sapiens] 
MALWMRLLPLLALLALWGPDPAAAFVN
QHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKT
RREAEDLQVGQVELGGGPGAGSLQPLA
LEGSLQKRGIVEQCCTSICSLYQLENY
CN
Peptídeos também são ionizáveis
• Ou seja, possuem 
curva de titulação 
característica
• Funcionam em 
faixas de pH ótimas
Número de resíduos por proteína
Uso de aminoácidos
• Varia bastante entre as 
proteínas
• Não permite predizer 
com precisão o 
comportamento 
molecular da molécula
Estrutura tridimensional de proteínas
Níveis estruturais das proteínas
A conformação espacial das proteínas
• As proteínas não são traços rígidos 
porque suas ligações químicas 
podem realizar rotação
– A maioria das ligações químicas 
não são planares
• Cada proteína tem uma estrutura 
específica que depende de
– sua estrutura primária
– interações químicas resultantes 
entre as cadeias laterais dos 
aminoácidos
– modificações pós-traducionais
– condições do meio em que elas 
estão inseridas
Temas importantes
1. A conformação tridimensional 
(3D) depende da seqüência de 
aminoácidos
2. A função depende da estrutura
3. Cada proteína existe em um ou 
em pequeno número de formas 
estruturalmente estáveis
4. As principais forças para a 
estabilização de estruturas são 
forças não-covalentes
5. Existem padrões estruturais 
comuns que ajudam a organizar 
o entendimento apolipoprotein A-I (PDB code 1AV1)
Estrutura formada apenas por alfas-hélices
Conformação nativa
• Proteína dobrada em conformação 
funcional
• Dobramento espacial se dá principalmente 
por interações fracas – principalmente 
hidrofóbicas
– Ligações de H e iônicas são otimizadas em 
estruturas termodinamente mais favoráveis
• Estabilidade estrutural
– Tendência a manter a conformação nativa
– Ligações dissulfeto são incomuns, mas 
estabilizam proteínas de organismos 
termófilos
• Camada de solvatação: formada pela água 
envolvendo uma molécula hidrofóbica
Estrutura de uma treptavidina, 
proteína modificada a partir da 
estreptavidina humana que funciona 
biotecnologicamente para ligar outras 
moléculas, como a biotina. Formada 
apenas por folhas beta e loops (2Y3E)
Estruturas secundárias
• Descreve o arranjo
espacial dos átomos na 
cadeia principal
• Tipos
– Hélices α
– Conformações β
– Voltas β
– Indefinida (loops, coils, 
turns)
Alfa-hélices
• O arranjo mais simples que as proteínas podem assumir é 
um arranjo helicoidal
• Esqueleto polipeptídico fica 
enrolado em torno de um eixo 
imaginário
– Cada volta contém 3,6 resíduos 
• Grupos R se voltam para fora
do eixo
• Em média, 25% dos aminoácidos de qualquer proteína estão em 
hélices α
All-alpha proteins
Estabilidade da alfa hélice
• A hélice é comum porque 
nesse modelo as posições das 
ligações de hidrogênio estão 
otimizadas
– Entre um H ligado ao NH2 e um 
O do COOH
– Cada ligação peptídica participa 
de ligação de hidrogênio, 
conferindo estabilidade
• Para isso, todos os 
aminoácidos precisam ter o 
mesmo tipo de isomeria óptica 
Tendência dos aas em formar hélices
• O grupo lateral interfere na 
capacidade do aminoácido em formar 
hélices
– Volume e forma de Asp, Ser, Thr e Cys
desestabilizam se estiverem muito 
próximos
– Pro e Gly dificultam a formação de 
hélices
• Relações com o vizinho também são 
importantes
• Componentes amino e carbonil
formam dipolo elétrico
Conformação β (beta)
• Esqueleto estendido em 
forma de zigue-zague
• Folhas β paralelas e anti-
paralelas.
• Quando as folhas são 
próximas, os grupos R 
devem ser pequenos
– Teias e queratinas... Gly e Ala
Estruturas em folhas Beta
• Beta-propeller Beta-barril
Estruturas terciárias e quaternárias de 
proteínas
Estrutura terciária (3D)
• Arranjo tridimensional total de 
todos os átomos de uma proteína
• Alcance mais longo e dimensão 
total, quando comparado com 2D
• Segmentos distantes na estrutura 
1D podem ser atraídos por 
interações fracas
• Algumas proteínas são formadas 
por mais de um complexo 
polipeptídico (quaternária)
• Proteínas fibrosas e globulares
Proteínas fibrosas
• Queratina, colágeno, fibroína
– Proteínas estruturais: força e 
elasticidade
• Insolúveis em água: aa’s
hidrofóbicos (Ala, Val, Leu, Ile, Met e Phe)
• Alfa queratina: cabelo, pelo, 
unhas, garras, penas, chifres, 
cascos e parte externa da pele
• Pontes dissulfeto estabilizam e 
dão mais resistências às cadeias
Colágeno
• Tecidos conectivos: 
tendões, cartilagens
– Garante resistência
• Hélice específica 
• Existem mais de 30 
variantes do colágeno 
dependendo do tecido e 
da função
Fibroínas de seda
• Folhas beta
• Rica em A e G
– Alto 
empacotamento
• Ligações de H 
entre as cadeias B
• Não é elástica, 
mas é flexível
Proteínas globulares
• Diversidade estrutural reflete diversidade funcional
– Dobramento gera estrutura compacta
• Têm partes em hélices-a e partes em folhas-B
• Motivos estruturais
– Padrão identificável
– Envolve elementos 2D
e conexões entre eles
Classificação estrutural das proteínas
Classificação estrutural das proteínas
Estrutura quaternária
• Dímeros, homodímeros, 
heterodímeros
• Trímero, tetrâmero
• Oligômero, multímero
Desnaturação de proteínas
• Condições diferentes das celulares levam as 
proteínas à desnaturação
• Perda da estrutura leva também à perda da 
função• Calor, pHs extremos, temperatura (?), 
solventes orgânicos, detergentes
Renaturação de proteínas
• A sequência terciária é 
determinada pela 
sequência primária, certo?
• As proteínas 
desnaturadas, portanto, 
podem voltar aos estados 
nativos através de 
renaturação, quando o 
estímulo é retirado
Enovelamento protéico
• Lento e gradual
• Algumas proteínas se 
dobram
de forma assistida 
pelas
proteínas chaperonas
Vaca louca
• A doença de Creutzfeldt-
Jakob, é causada por uma 
falha no enovelamento de 
proteínas
• Mecanismo não muito 
entendido, mas parece que as 
proteínas em forma priônica
transformam as outras 
também em proteínas com 
esse formato
As estruturas primárias das 
proteínas são conhecidas
• Para todos os genomas 
sequenciados, conhece-se a 
estrutura primária de todas as 
proteínas para este organismo
• As pontes dissulfeto podem se 
formar entre diferentes cadeias 
protéicas
– E principalmente dentro da 
mesma
Proteínas com outros grupos químicos
• Adicionados pós-traducionalmente
Conclusões
• Diferentes características químicas das cadeias laterais dos 
aminoácidos definem características de peptídeos e proteínas
• Os resíduos de aminoácidos são ligados às centenas
ou milhares para formar peptídeos e proteínas
• As proteínas podem ser modificadas pós-traducionalmente
• As sequências das proteínas são excelentes marcadores da 
evolução da vida na terra
Slides elaborados por Francisco Prosdocimi (Prof. 
Adjunto/IBqM/UFRJ)
Função proteica
Hormônios proteicos
• Hormônios que são proteínas
– Prolactina
– Hormônio de crescimento (GH, HGH)
– Hormônio adenocorticotrófico (ACTH)
– Vasopressina
– Ocitocina
– Insulina
– Somatostatina, etc.
• Todos esses hormônios viajam no sangue e precisam ser reconhecidos e 
incorporados em células específicas que são identificadas e reconhecidas 
através de receptores proteicos ligados às membranas celular
Cascatas de regulação
• Proteínas viajam no sangue 
até encontrar receptor de 
membrana
• Interações proteína-
proteína e proteína-ligante 
regulam o metabolismo 
celular
• Acionadas por proteínas de 
membrana
• Reconhecem modificações 
no meio externo e 
modificam o ambiente 
intracelular em resposta
A estrutura dinâmica das proteínas
• Ligação reversível a outras 
moléculas: ligantes
– Permite resposta rápida a 
modificações ambientais e 
condições metabólicas
• Sítio de ligação: interage com o 
ligante
– Complementar em tamanho, 
forma, carga e afinidade à água
• A estrutura definida da proteína 
é como uma foto, na realidade a 
proteína opera de forma 
dinâmica
O Ligante e o encaixe induzido
• O sítio de ligação discrimina entre 
diferentes moléculas, ou seja, a 
interação é específica
• Uma proteína pode ter sítio de ligação 
para diversas moléculas
• Proteínas são flexíveis
• Mudanças conformacionais (alostéricas) 
são essenciais para a função proteica
• Encaixe induzido: adaptação estrutural 
da proteína que se liga firmemente a ele
Teoria do caos e estrutura de proteínas
• Novas teorias dizem que o modelo 
chave-e-fechadura está refutado
• A proteína fica em um estado de 
movimentação dinâmica 
razoavelmente caótico 
– É o substrato que induz a mudança 
conformacional na proteína.
• Complementaridade interativa: é 
como se a chave moldasse a 
fechadura ao encontrar com ela – ou 
vice-versa
Modificações conformacionais
• Em uma proteína contendo várias subunidades, uma 
mudança conformacional em uma delas normalmente
afeta a conformação das demais.
• As ligações com os ligantes podem 
ser reguladas por meio de 
interações específicas (fosforilação, 
glicosilação, etc.) ou por ligação 
a outros ligantes.
• Nas enzimas, os ligantes são 
chamados substratos e o sítio 
de ligação é chamado sítio 
catalítico ou sítio ativo.
Proteínas de ligação ao O2
• A mioglobina e a hemoglobina
são provavelmente as proteínas 
mais estudadas do mundo
– Primeiras a terem estrutura 3D 
conhecida
– Reação reversível de ligação ao O2
• Por que uma proteína?
– O2 é pouco solúvel em solução 
aquosa (sangue)
Como ligar e transportar O2
• O problema: nenhuma cadeia lateral de 
aminoácido é adaptada a ligar uma 
molécula de oxigênio
– Sabe-se que metais de transição (Ferro e 
cobre) ligam-se bem ao O2, mas... 
– Ferro livre gera espécies reativas de 
oxigênio
• Grupo prostético: composto associado 
permanentemente a uma proteína e que 
contribui para sua função
• O grupo heme: anel de protoporfirina, 
seis ligações
A mioglobina
• 154 aa; 16700 Kda
• Encontrada no tecido
muscular de mamíferos
– Em focas e baleias guarda
O2 para mergulhos longos
• Globina (prot. globular)
– 8 α-hélices – 78% dos resíduos
• Ligações proteína-ligantes são 
descritas por expressões de 
equilíbrio
>gi|44955888|ref|NP_976312.1| 
myoglobin [Homo sapiens] 
MGLSDGEWQLVLNVWGKVEADIPGHGQEVLIR
LFKGHPETLEKFDKFKHLKSEDEMKASEDLKK
HGATVLTALGGILKKKGHHEAEIKPLAQSHAT
KHKIPVKYLEFISECIIQVLQSKHPGDFGADA
QGAMNKALELFR KDMASNYKELGFQG
P + L PL
Hemoglobina
• Proteína tetramérica
quase esférica com 4 
grupos heme
– 2 cadeias alfa
– 2 cadeias beta
• <50% de similaridade 
na cadeia primária!!
– Estrutura 3D muito 
similar
Eritrócitos
• Eritrócitos são células altamente 
especializadas em transportar O2
– Perderam núcleo, mitocôndia, 
retículo
– Vivem 120 dias
– 34% de seu peso total é de 
hemoglobina
• Hemoglobina está 96% saturada no 
sangue arterial e 64% no sangue 
venoso
• o CO tem mais afinidade à 
hemoglobina do que o O2
Anemia falciforme
• A mutação homozigota (aa) de um 
único nucleotídeo que codifica 
para a cadeia B da hemoglobina faz 
com que a forma da hemácia seja 
modificada
– Não há cura, transporte ineficiente 
de O2
• Por outro lado, o heterozigoto (Aa) 
possui maior resistência à malária 
já que o Plasmodium não consegue 
infectar tão bem as hemácias 
falciformes
Citoesqueleto
• Rede de filamentos proteicos que 
se prolongam no citoplasma
• Rede estrutural da célula
– Define formato e organização geral 
do citoplasma
• Responsável pelos movimentos 
celulares
– Transporte interno de organelas
– Transporte de cromossomos na 
mitose
• Estrutura dinâmica
– Organizado e desorganizado 
(divisão celular)
Composição do 
citoesqueleto
• Formados por três tipos principais 
de filamentos arranjados em 
conjunto e associados a organelas e 
à membrana por proteínas 
acessórias
– Filamentos de Actina
– Filamentos intermediários
– Microtúbulos
• Funções
– Motilidade celular, transporte de 
organelas, divisão celular e outros 
tipos de transporte celular
FA FI MT
Filamentos do citoesqueleto
• Cada tipo de filamento do 
citoesqueleto é um polímero
construído a partir de subunidades 
menores (monômeros)
• Podem difundir-se rapidamente 
pelo citoplasma
• Proteínas acessórias associam-se 
ao citoesqueleto
• Os polímeros do citoesqueleto são 
mantidos por ligações fracas (não 
covalentes)
Actina
• Proteína globular, principal proteína do 
citoesqueleto
– 20% das proteínas totais de uma célula
– Leveduras: um gene; Mamíferos: 6 genes
• Uma das proteínas mais conservadas sendo
90% idêntica desde os fungos até os
mamíferos
• Quando polimerizada forma filamentos do 
citoesqueleto
• Participa da contração muscular, mobilidade
celular, divisão celular, citocinese, 
movimentação de vesículas e organelas, 
sinalização celular, estabilização e 
manutenção das junções celulares, formato
celular
• Interage com as membranas celulares
Filamentos de Actina
• Microfilamentos formam feixes ou 
redes tridimensionais compropriedades de géis semi-sólidos 
• O arranjo e a organização dos 
filamentos, as ligações entre feixes e 
redes e estruturas celulares são 
regulados pela ligação com uma 
variedade de proteínas de associação 
com a actina
• Os filamentos são particularmente 
abundantes junto à membrana 
plasmática
– Suporte mecânico e forma celular
– Movimento da superfície celular
Projeções de membrana
• Microvilosidades intestinais
• Estruturas de resposta a estímulo
– Formadas por formação e retração de feixes de actina
• Pseudópodos
• Microespículas
Resumo: filamentos de actina
• A: Microvilosidades
• B: feixes contráteis citoplasmáticos
• C: Protrusões em forma de lâmina e em forma de dedo
• D: Anel contrátil durante a divisão celular
Actina, miosina e o movimento celular
• Filamentos de actina estão 
associados a proteínas miosinas, 
responsável por movimentos 
celulares
• A miosina é motor molecular
– Converte ATP em energia mecânica
– Gera força e movimento
• Responsável pela contração 
muscular, divisão celular, 
movimentações celulares
Miosinas
• Reconhecidas originalmente como 
ATPases presentes em músculos lisos e 
estriados
• Conservadas na cabeça (liga actina e 
hidrolisa ATP), mas variáveis na cauda 
(interação com moléculas)
• Genoma humano possui 
aproximadamente 40 genes diferentes 
para miosinas
• Forma define a velocidade
com a qual se deslocam 
nos feixes de actina
Contração muscular
• Especialização das células musculares
• Músculo como modelo para o estudo 
do movimento em nível celular e 
molecular
• Músculos
– Estriado esquelético: movimentos 
voluntários
– Estriado cardíaco: bombeia sangue do 
coração
– Liso: movimentos involuntários do 
estômago, intestino, útero e vasos 
sanguíneos
Músculo esquelético
• São feixes de fibras musculares
• Citoplasma composto de miofibrilas
– Filamento espessos de miosina 
– Filamentos finos de actina
• Sarcômeros
– Cadeia de unidades contráteis
Sarcômeros
• Proteínas titinas
– Ligam miosina da linha M
até o disco Z
• Modelo do filamento 
deslizante (1954)
– Contração do sarcômero
– Aproximação dos discos Z
– Banda A não sofre alteração
– Bandas I e H desaparecem
– Deslizamento dos filamentos de 
actina
Linha M
O modelo do filamento deslizante
• As cabeças globulares da 
miosina ligam-se à actina
– Ligação entre filamentos finos e 
espessos
• A miosina movimenta seus 
domínios globulares sobre os 
filamentos de actina em direção 
ao terminal positivo
Miosinas não-convencionais
• Não formam filamentos
• Envolvidas em outros tipos de movimentos celulares
– Transporte de vesículas e organelas
– Fagocitose, emissão de pseudópodos
• Caudas se ligam a organelas
• Movimentação sob o 
esqueleto de actina
Microtúbulos
• Cilindros ocos de 25nm de 
diâmetro
• Estruturas dinâmicas em 
constante processo de 
organização e desorganização
• Definem a forma da célula
• Promovem locomoção, 
transporte intracelular de 
organelas e separação dos 
cromossomos durante a mitose
Tubulina
• Proteína globular
• Arranjos das formas 
alfa e beta formam os
microtúbulos
Microtúbulos, drogas e câncer
• Drogas que se ligam à 
tubulina, como a colchicina e 
a colcemida inibem a 
polimerização de 
microtúbulos
• Inibem assim a divisão 
celular (mitose)
• Outras drogas que se ligam 
aos microtúbulos são 
também utilizadas no 
tratamento de câncer, como 
vincristina e vimblastina
Centríolo, centrossomo e 
organização dos microtúbulos
• Microtúbulos se estendem a 
partir de um centro 
organizador de microtúbulos
– O centrossomose localiza 
junto ao núcleo
• Durante a mitose os 
centrossomos formam os 
fusos mitóticos, responsáveis 
pela separação dos 
cromossomos nas células 
filhas
Cílios e Flagelos
• Projeções de membrana 
formadas por microtúbulos e 
responsáveis pelo movimento de 
células eucarióticas
• Flagelos de bactérias são 
proteicos (não tubulina)
• Estrutura em
axonema 
(9+2)
Proteínas e imunologia
• A maioria das interações proteína-ligante não envolve 
grupo prostético
• Discriminação efetiva do ligante é na forma de sítio de 
ligação proteína-proteína
• Resposta imunológica
– A distinção molecular entre “próprio” e “não-próprio”
– Teoria de rede
– O sistema homeostático bioquímico é altamente sensível 
e desenvolvido através das reações entre ligantes e 
proteínas
Sistemas imunológicos
• Imunidade celular
– Células hospedeiras infectadas por vírus, 
parasitas e tecidos estranhos
– Linfócitos T
• Parasitas possuem receptores de células T
• Células T auxiliares produzem proteínas 
sinalizadoras (citocinas)
• Imunidade humoral
– Infecções bacterianas e virais, proteínas 
estranhas
– Anticorpos ou imunoglobulinas (Ig)
– 20% das proteínas do sangue são Igs
produzidas pelos linfócitos B
Proteínas imunológicas
• Proteínas de reconhecimento 
altamente específicas (humanos 
têm 108 anticorpos com 
especificidades diferentes)
• Antígeno: molécula que induz 
resposta imunológica
– Epítopo: determinante antigênico, 
região da molécula reconhecida
• Imunoglobulinas (ig’s): formadas 
por 4 cadeias polipeptídicas, 
sendo 2 pesadas e 2 leves
Imunoglobulinas
• Ligação específica entre 
antígeno e anticorpo
• Imunoglobulinas podem ser 
encontradas em monômeros, 
dímeros, trímeros, multímeros
• Marcação do patógeno para 
engolfamento por macrófagos
Conclusões
• As proteínas têm inúmeras funções celulares
• A estrutura da proteína é altamente relevante para que ela tenha uma função 
celular
• O contato proteína-proteína regula muitas funções intra e intercelulares 
(receptores de membrana)
• As proteínas mudam de conformação quando encaixadas a um ligante
– A ligação reversível da proteína ao ligante é importante na regulação do metabolismo
– Sítios de ligação podem ligar diferentes moléculas, algumas com mais afinidade do que o 
ligante desejado
• Proteínas interagem para a formação do citoesqueleto e contração muscular, 
gastando energia química
• Polimerização e despolimerização de complexos poliméricos acontecem em todo o 
instante nas células
• Proteínas podem ligar moléculas indiretamente -- através de grupos prostéticos
• Há um controle dos ligantes mais comuns dentro de um organismo e a presença 
de novas moléculas desconhecidas aciona o sistema imune
Enzimas
A vida e a energia para a vida
• Duas condições fundamentais:
1. Autorreplicação
2. Metabolismo
• Catálise enzimática
• A queima de açúcares é a principal forma 
segundo a qual retiramos energia do 
meio ambiente para vivermos
• Um saco de açúcar pode permanecer 
anos na prateleira do supermercado
– A prateleira não tem enzimas!
• Nos animais, a glicose libera sua energia 
química em segundos
– Reações catalíticas promovem a oxidação 
da glicose ao quebrar ligações químicas que 
armazenam energia
Participam das vias bioquímicas
• Enzimas realizam o controle preciso do metabolismo 
celular
• O metabolismo energético 
é um dos principais 
temas de estudo 
da bioquímica
• Permitem resposta 
e adaptação a um
meio em mudança 
O que são as enzimas?
• Proteínas notáveis, altamente especializadas
– Alto grau de especificidade com substratos
• Poder catalítico extraordinário
– Muito maior do que catalisadores sintéticos
• Aceleram reações químicas
– Em condições suaves de temperatura e pH
• São o centro e o objeto de estudo principal da 
bioquímica
– Atuando de forma organizada catalisam 
centenas de reações que degradam as 
moléculas dos nutrientes e conservam suas 
energias
• Doenças ocorrem quando elas não funcionam 
bem
• Como os cientistasdescobriram as enzimas?
LOUIS PASTEUR
✓ 1835: Berzelius, conceito de catálise
✓ 1885: fermentação do açúcar por lêvedos, 
gerando álcool
✓ 1896: Edward Buchner consegue fermentar o açúcar num 
extrato de lêvedo sem vida!
✓ Fermentos, portanto, catalisavam reações químicas (açúcar a 
álcool) – biocatalisadores
✓ Enzima vem do grego εν ζυμη, cuja tradução é “no lêvedo”
Louis Pasteur
1822-1895
Um pouco de história...
EMIL FISCHER
✓ Sacarase
✓ Quebra da sacarose em glicose e frutose
✓ Produziu diversos análogos de sacarose para
testar se a enzima funcionava
✓ Determinadas mutações tornavam os análogos
resistentes à sacarase
✓ Modelo de ação enzimática
chave-e-fechadura
Hermann Emil Fischer
1852 - 1919
Enzimas são proteínas?
✓ Qual a natureza das enzimas?
✓ O químico orgânico alemão Richard 
Willstätter (1872–1942) – ganhador do 
Nobel pela estrutura da clorofila –
conseguiu separar o componente enzimático de um 
preparado biológico e não encontrou nenhuma proteína!
✓ 1926 (EUA) – J Summer cristaliza a urease e 
conclui: enzimas são proteínas!
✓ Willstater criticou os resultados…
James Batcheller Sumner
1887-1955
SIM! 
Mas como funcionam?
✓ Kunitz e Northrop 
✓ Eletroforese e centrifugação: enzimas
estão na fração proteica!
✓ Mesmo em quantidades proteicas
indetectáveis pelos métodos, as 
enzimas continuavam tendo atividades
✓ Como as milhares de reações catalíticas
eram possíveis a uma proteína?
John Howard Northrop
1891-1987
Finalmente, Sanger
✓ 1952 
✓ Publica a primeira estrutura primária
de uma proteína: a Insulina, com 51
aminoácidos.
✓ O trabalho mostrava também que a 
estrutura das proteínas poderia ser
descrita pela sua sequência de aminoácidos, do N ao C 
terminal.
✓ A sequência, entretanto, não ajudava a prever a 
função da proteína.
Frederick Sanger
13 August 1918
CONCLUSÃO: HISTÓRIA DA BIOQUÍMICA
✓ As enzimas realizam reações catalíticas e transformam moléculas 
umas nas outras
✓ Os organismos biológicos são ricos em enzimas e as enzimas 
funcionam também fora dos organismos biológicos → 
biotecnologia!
✓ As enzimas são proteínas formadas por polímeros de 
aminoácidos
✓ A multiplicidade de função se dá pela interação tridimensional 
formada (modelo chave-fechadura) por interações 
não-covalentes a partir de uma série de 
aminoácidos ligados covalentemente 
(ligação peptídica)
>gi|386828|gb|AAA59172.1| insulin [Homo sapiens] 
MALWMRLLPLLALLALWGPDPAAAFVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKTR
REAEDLQVGQVELGGGPGAGSLQPLALEGSLQKRGIVEQCCTSICSLYQLENYCN
• Componente químico 
adicional necessário para a 
função
– Cofator: íons inorgânicos
– Coenzima: moléculas 
orgânicas complexas
– Se liga muito firmemente: 
grupo prostético
• Enzima completa: holoenzima
– Parte proteica: apoenzima ou 
apoproteína
Enzimas
Nomenclatura das enzimas
• Normalmente se adiciona o sufixo ase ao nome do 
substrato ou à atividade realizada
– Urease – hidrolisa a uréia
– DNA-polimerase – polimeriza DNA
– Pepsina – pepsis vem do grego (digestão)
• Sistema de classificação
enzimático – EC number
– Quatro números: 2.7.1.1
• 2: transferase
• 7: fosfotransferase
• 1: transfere P para grupo OH-
• 1: tem D-glicose com aceptor
Reação enzimática
• Reação se dá em fases: 
• Enzima aumenta a velocidade das reações
• Os catalisadores aumentam a velocidade das 
reações por que diminuem a energia de ativação
Reações com 2 ou mais substratos
• Velocidade das reações 
químicas depende também da 
faixa de pH
– Maior velocidade está 
normalmente associada ao pH do 
ambiente onde a enzima atua
Inibição reversível
• Inibição competitiva
– Inibidor compete pela ligação ao sítio 
ativo
• A ligação do inibidor altera os 
parâmetros cinéticos, tornando a 
reação mais lenta
• Os inibidores irreversíveis ligam-se 
covalentemente ou destroem 
grupos funcionais da enzima
– Podem ser usados como drogas
Exemplos de reações enzimáticas
A quimotripsina
• Catalisa a hidrólise de ligações peptídicas 
adjacentes a aminoácidos aromáticos 
(Trp, Phe, Tyr)
• Forma intermediário acil-enzima 
covalente após clivagem
A hexocinase
• Sofre um ajuste induzido quando ligada ao substrato
• Fosforila um resíduo de glicose
• Primeiro passo da via glicolítica
A lisozima
• Agente antibacteriano 
natural encontrado nas 
lágrimas e clara de ovo
– Peptideoglicano da 
parede de bactérias é seu 
substrato
• Constituinte da parede 
microbiana que protege da 
lise osmótica
– Enzima rompe ligação 
glicosídica
• Monômero com 129 aa’s
• Mecanismo específico 
de ação enzimática ainda 
é controverso
“mesmo uma infinidade de experimentos não pode 
provar que algo esteja certo, mas um único 
experimento pode provar que está errado”. 
Albert 
Einstein
Enzimas regulatórias
• Possui atividade catalítica aumentada 
ou diminuída em resposta a certos 
sinais
– Ajustes na velocidade da via 
metabólica permite que as células se 
adaptem a condições em variação
• Tipos mais comuns
– Enzimas alostéricas (ligações 
reversíveis a compostos)
– Modificações covalentes
– Ativadas por remoção de segmentos 
peptídicos (irreversível)
• Subunidade regulatória é 
normalmente diferente da subunidade 
catalítica
Enzimas alostéricas
• Homotrópicas: o ativador é o próprio substrato 
(hemoglobina)
• Heterotrópicas: outro ativador
• Enzimas alostéricas
– Mais de um sítio regulatório
• Cada um específico para um regulador
• Aspartato-transcarbamoilase
– 12 cadeias polipeptídicas
– Azul: catalíticas
– Vermelho/Amarelo: regulatórias
Enzimas alostéricas são 
reguladoras
• ... de vias bioquímicas
• Normalmente são o primeiro passo da 
via
– “economiza” a execução das outras 
reações
– Único passo de regulação da via
• Inibição por retroalimentação: São 
inibidas pelo produto do último passo
• Inibição alostérica heterotrópica
Regulação por modificações 
covalentes 
• 500 tipos diferentes Modificações pós-
traducionais covalentes já foram descritos
• Proteínas inteiras podem ser adicionados 
como a ubiquitina
– Ubiquitinilação marca proteína para degradação
• Mudanças substanciais afetam de forma 
significativa a função da enzima
• Fosforilação é a mudança mais comum
– Podem haver vários sítios fosforiláveis
Proteínas cinases e fosfatases
• Cinases: adicionam grupo fosforil
a resíduos de Ser, Thr ou Tyr
– Básicas: fosforilam resíduos 
de vizinhança básica
– Preferências por resíduos 
próximos a Pro
• Atómos de O2 do grupo fosforil
podem fazer pontes de H com 
outras regiões da proteína
– Reestabiliza a proteína 
estruturalmente
• Atuam em cascatas de 
sinalização celular
Fosforilações múltiplas
• São possíveis e 
permitem controle 
requintado da 
regulação
• Glicogênio sintase
– Catalisa a união de 
glicoses para formar 
glicogênio
– Fosforila em vários 
sítios (ver figura)
Proteólise de precursores
• Proteases não podem ser 
produzidas em estado ativo
– Do contrário destruiriam as 
proteínas celulares...
• Zimogênios são precursores 
das proteinases
– Só funcionam depois da 
ativação por proteínas 
– Ativação irreversível
• Mecanismo de produção de 
pró-proteínas ou pró-
enzimas
Conclusões
• A atividade das vias metabólicas é regulada pelo 
controle da atividade de certas enzimas
• O conhecimento do mecanismo de ação das 
enzimas permite desenvolver medicamentos que 
inibam essa ação
• A inibição de uma enzima pode ser reversível, 
competitiva
• As enzimas são catalisadores eficazes, 
aumentando a velocidade de ocorrência de uma 
reação
Slides elaborados por Francisco Prosdocimi (Prof. Adjunto/IBqM/UFRJ)