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Enzimas Bioquímica Medicina Veterinária Profa Darlene Cabral ENZIMAS São proteínas de grandes dimensões que têm como função acelerar as reações químicas, sem alterar a constante de equilíbrio dessa reação. Enzimas – Proteínas Globulares Proteínas Ribozimas RNAs Simples Conjugadas Holoenzima Apoenzima Estrutura Enzimática DCabral Pode ser: • Íon inorgânico • Molécula orgânica Se covalente Cofator Apoenzima Coenzima Grupo prostético Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS. Praticamente todas as reações bioquímicas orgânicas são catalizadas por enzimas; Com exceção de poucos RNA catalíticos, todas as enzimas são proteínas; Muitas necessitam de coenzimas ou cofatores não proteicos para exercerem a atividade catalítica; As enzimas são classificadas segundo o tipo de reação que catalisam e muitas têm nomes comuns. Enzimas – Proteínas Globulares A estrutura tridimensional da enzima permite a ligação do centro ativo com o substrato Vantagens de serem proteicas: Células sintetizam enzimas conforme a necessidade; Grande variedade - uma enzima para cada reação; Apresenta níveis de organização e podem ser desnaturadas quando necessário. Profª Darlene Cabral E + S E S P + E Substrato se liga ao SÍTIO ATIVO da enzima: ESTADO DE TRANSIÇÃO Como a enzima trabalha? Enzima Substrato Enzima Produto As enzimas alteram a velocidade da reação, não o equilíbrio: S (Estado fundamental) P (Estado fundamental) EA - Energia de Ativação S – Substrato P – Produto DG - Variação de Energia livre E + S E S P + E ES (Estado de Transição) Enzimas = Biocatalizadores Unidades funcionais e reguladoras do metabolismo celular. São sintetizadas através de informação genética. Catalisadores de reações nos sistemas biológicos Grande eficiência catalítica Alto grau de especificidade por seus substratos. DCabral Atividade enzimática: Em soluções aquosas Em pH e temperaturas fisiológicas Características estruturais e funcionais Profª Darlene Cabral Sítio (ou centro) ativo Região de uma enzima onde ocorrerá uma reação química. O sítio de ligação apresenta especificidade para o seu substrato que é capaz de reconhecer inclusive isômeros óticos "D" e "L" de um mesmo composto. No sítio catalítico ou sítio ativo ocorre a reação enzimática. Sítio (ou centro) alostérico O sítio alostérico, presente na região da molécula de algumas enzimas, não está nem no sítio ativo nem no sítio de ligação do substrato, mas quando se liga à pequenas moléculas causa mudança no sítio de ligação do substrato ou na atividade que ocorre no sítio ativo, estimulando ou inibindo a atividade enzimática. Características estruturais e funcionais a) Sítio ativo – liga-se ao substrato Possui aminoácidos auxiliares e de contato. Pode possuir componentes não proteicos: Cofatores Profª Darlene Cabral Hemoglobina Sítio Ativo de uma enzima É a região da enzima onde se liga ao substrato Interações magnéticas complementares ao substrato no estado de transição Observações: 2- sítios ativos são fendas ou frestas; 3- o substrato é ligado a enzima por muitas atrações fracas; 4- o grau de especificidade de ligação depende do arranjo precisamente definido de átomos do sítio ativo. 1- sítio ativo ocupa uma pequena parte do volume da enzima; Contém os radicais de aminoácidos que participam diretamente na geração e quebra de ligações Mecanismos de ação enzimática Catálise geral acidobásica Reação mais comum na bioquímica por transferência de prótons . Catalisadores que utilizam apenas íons H+ (H3O +) ou OH–. Catálise covalente Formação de ligação covalente transitória entre a enzima (ou cofator) e o substrato. Portanto, há sempre a necessidade de uma reação adicional que permita a regeneração da enzima. Catálise por íons metálicos Metais, tanto ligados firmemente à enzima (ou cofator) quanto tomados da solução juntamente com o substrato (ex: Fe+2, Fe+3, Cu+2, Mg+2, Ca+2) 1/3 das enzimas conhecidas necessita de um ou mais íons metálicos para a atividade catalítica. Aminoácidos na catálise ácidobásica geral : Enzimas alostéricas são enzimas que contêm uma região separada daquela em que se liga o substrato, na qual pequenas moléculas regulatórias (efetores) podem ligar-se e modificar a atividade catalítica destas enzimas através de modificações no centro ativo. Efetor alostérico positivo: aumenta a atividade catalítica Efetor alostérico negativo: diminui a atividade catalítica. Altera o centro ativo e não se liga ao substrato b) Sítio alostérico b) Sítio alostérico Liga-se ao modulador Profª Darlene Cabral b) Sítio alostérico Profª Darlene Cabral Enzimas alostéricas são regulatórias do metabolismo Substratos Complexo ES (Enzima-Substrato) Ligação Sítio Ativo Chave-fechadura Incaixe induzido Encaixe induzido + torção Liberação do Produto + Enzima inalterada Profª Darlene Cabral Ligação da Enzima ao Substrato 2 modelos propostos: • Chave-Fechadura • Encaixe Induzido Profª Darlene Cabral Ligação da Enzima ao Substrato Modelo chave-fechadura Modelo encaixe induzido Profª Darlene Cabral Ligação da Enzima ao Substrato Modelo Chave-Fechadura Emil Fischer (1894): Enzimas que exibem uma elevada especificidade. A forma complementar, carga e características hidrofílicas/hidrofóbicas, são responsáveis por esta especificidade. Ex: • Enzimas envolvidas na cópia e expressão do genoma: DNA polimerase; RNA polimerase; aminoacil-tRNA sintase; ... Profª Darlene Cabral Ligação da Enzima ao Substrato Modelo Encaixe Induzido Koshland (1958): Sítio de ligação moldável à molécula do substrato. Enzima e substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição. Explica a especificidade relativa de algumas enzimas • A enzima atua em um conjunto de substratos química e estruturalmente relacionados. • Enzimas que produzem metabólitos secundários são descritos como promíscuos, visto que podem atuar num largo espectro de diferentes substratos. Profª Darlene Cabral Ligação da Enzima ao Substrato Ajuste induzido na hexoquinase. As porções finais da hexoquinase em formato de U (a) aproximam-se uma em direção à outra em uma mudança conformacional induzida pela ligação da D-glicose (b) Ligação da Enzima ao Substrato Modelo Encaixe Induzido Profª Darlene Cabral Enzimas alostéricas Encaixe induzido Inibidor não-competitivo Chave - fechadura Ligação da Enzima ao Substrato Profª Darlene Cabral Mecanismo das reações enzimáticas DCabral Não alteram o estado de equilíbrio •Abaixam a energia de ativação; •Keq não é afetado pela enzima. Não apresenta efeito termodinâmico global •G não é afetada pela enzima. Diferença entre a energia livre de S e P Caminho da Reação Energia de ativação com enzima Energia de ativação sem enzima S PEnergia de ativação A energia de ativação corresponde a uma determinada quantidade de energia que os substratos necessitam receber para atingir um nível energético de instabilidade que desencadeie sua conversão em produto. De uma forma geral, esta energia advém do meio reacional e está relacionada à afinidade existente entre os substratos, além da direção energética da reação. Logo, para que uma reação ocorra, é necessário que o substrato receba energia elevando seu estado de excitação molecular até um ponto em que possibilite sua conversão em produto. Profª Darlene Cabral Enzimas Aceleram as reações reduzindo a energia de ativação Não são consumidos na reação Atuam em pequenas concentrações Não alteram o equilíbrio das reações DCabral Enzimas - Nomenclatura Sistema Oficial IUB - União Internacional de Bioquímica Cada enzima: Nº de código E.C.- Enzime Comission – 4 dígitos Classifica TODAS as enzimas em 6 Classes No de código com 4 dígitos que caracterizam o tipo de reação 1o dígito - classe 2o dígito - subclasse 3o dígito - sub-subclasse 4o dígito - indica o substrato Profª Darlene Cabral Enzimas - Nomenclatura Nome usual CPK – Creatinofosfotransferase ou Creatinoquinase (CK) Nome sistemático EC 2.7.3.2 EC – Enzyme Commyssion 2 – Classe transferases 7 – Sub classe das fosfotranferases 3 – Sub Sub Classe das fosfotransferases 2 – Série – nº de enzima dentro da sub sub classe Sufixo + ase Enzima Abreviatura Substrato + ase Lipase Amilase Creatinoquinase Glicose-6-fosfatase LPS AMS CK ou CPK G-6-P Profª Darlene Cabral 34 Enzimas - Nomenclatura ADP + D-Glicose-6-fosfato ATP + D-Glicose glicose fosfotransferase Sistemático: E.C. 2.7.1.1 2 - classe - Transferase 7 - subclasse - Fosfotransferases 1 - sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila como receptor 1 - indica ser a D-glicose o receptor do grupo fosfato Nome usual: Hexoquinase Profª Darlene Cabral 1. Oxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons) 1.1.atuando em CH-OH 1.2.atuando em C=O 1.3.atuando em C=O- 1.4.atuando em CH-NH2 1.5.atuando em CH-NH- 1.6.atuando em NADH, NADPH 2.Transferases (transferem grupos funcionais entre moléculas) 2.1.grupos com um carbono 2.2.grupos aldeído ou cetona 2.3.grupos acil 2.4.grupos glicosil 2.7.grupos fosfatos 2.8.grupos contendo enxofre 3.Hidrolases (reações de hidrólise) 3.1.ésteres 3.2.ligações glicosídicas 3.4.ligações peptídicas 3.5.outras ligações C-N 3.6.anidridos ácidos Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas. Ex.: Transaminases (AST, ALT); Hexoquinase; -Glutamiltransferase (GGT) Ex.: ALP – Fosfatase Alcalina CHE – Colinesterase Peptidases, Quimotripsina; Lactase Ex.: LDH – Desidrogenase Lática 4.Liases (catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico) 4.1. =C=C= 4.2. =C=O 4.3. =C=N- 5.Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros) 5.1.racemases 6.Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-existentes, sempre às custas de energia) 6.1. C-O 6.2. C-S 6.3. C-N 6.4. C-C Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas. Ex.: Aldolase; fumarase Decarboxilases Ex.: Trifosfato Isomerase Ex.: Sintetases Piruvato Carboxilase Isoenzimas São diferentes formas moleculares de uma enzima catalisando a mesma reação na célula. Ex.: Desidrogenase Lática – LDH LD1 – HHHH Miocárdio, rim, eritrócitos LD2 – HHHM Rim, Cérebro, Miocárdio, eritrócitos LD3 – HHMM Pâncreas, pulmão LD4 – HMMM Pulmão, fígado LD5 – MMMM Fígado, e músculo esquelético DCabral Isoenzimas Profª Darlene Cabral CK Ex.: Creatinoquinase (CK) ou creatinofosfotransferase (CPK) CK1 (CK-BB) Cérebro CK2 (CK-MB) Coração e pequena quantidade no músculo esquelético CK3 (CK-MM) Músculo esquelético e pequena quantidade no cardíaco CREATINA FOSFOCREATINA CK + Pi Cofatores enzimáticos Conceito Tipos Profª Darlene Cabral Cofatores enzimáticos Porção proteica APOENZIMA Cofator HOLOENZIMA Íon Coenzima Grupamento Prostético (se covalente) Moléculas orgânicas ou inorgânicas que condicionam a atividade das enzimas Profª Darlene Cabral Algumas enzimas não requerem outros grupos químicos além de seus resíduos de aminoácidos para a atividade. Ex: Amilase Outras, requerem componente químico – Cofator: 1 - Inorgânicos: Fe2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Cu2+, Ca2+, ... 2 - Complexo orgânico: Coenzimas são compostos orgânicos, quase sempre derivados de vitaminas, atuam em conjunto com as enzimas. Molécula metalorgânica – coenzima Ex: CoA, NAD, FAD... Ligada à enzima GRUPO PROSTÉTICO Profª Darlene Cabral Cofatores enzimáticos ENZIMA COFATOR PEROXIDASE Fe+2 ou Fe+3 CITOCROMO OXIDASE Cu+2 ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn+2 HEXOQUINASE Mg+2 UREASE Ni+2 Elementos inorgânicos como cofatores enzimáticos Profª Darlene Cabral , Superóxido dismutase mitocondrial carboxip eptidase A e B Cofatores enzimáticos Profª Darlene Cabral Cofatores enzimáticos Mg+2 como Ativador Hexoquinase - transferência do fosfato do ATP para a glicose Profª Darlene Cabral Cofatores enzimáticos Coenzimas - Cofatores orgânicos Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis Classificam-se em: I. Transportadoras de hidrogênio II.Transportadoras de grupos químicos Profª Darlene Cabral Cofatores enzimáticos Classificação das Coenzimas I - Coenzimas Transferidoras de Hidrogênios Profª Darlene Cabral Cofatores enzimáticos COENZIMA Reação catalisada Origem Nucleotídeos da Flavina Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD) Flavina Mononucleotídeo (FMN) Transferência de elétrons Riboflavina (vit. B2) Nucleotídeos da Nicotinamida Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo (NAD) Transferência de hidreto Derivado da Niacina (vit. B3) Coenzima Q (Ubiquinona) Transferência de elétrons (cadeia de transporte de é) Produção de ATP Benzoquinona Ácido Lipóico Transf. de elétrons e acil. Cofator essencial de quatro enzimas mitocondriais complexas. Sintetizado naturalmente no organismo VER TIETZ CAP. 26 VITAMINAS II - Coenzimas Transferidoras de Grupos Químicos Profª Darlene Cabral Cofatores enzimáticos COENZIMA Reação catalisada Origem / Clínica déficit Coenzima A (CoA-SH) Transferência de grupo acil Metabolismogeral Ác. Pantotênico (vit. B5) Fadiga, transt. do sono Biotina Transferência de CO2 (carboxila) - Metab. aás Derivado da Biotina (vit. H) Fadiga, dermatites Piridoxal Fosfato (PyF) Transferência de grupo amino derivado da piridoxina ou vit. B6 / Depressão, anemia Metilcobalamina Transferência de unidades de C (metil) Cobalamina ou vit. B12 / Anemia perniciosa; megal. Tetrahidrofolato (THF) Transferência de unidades de C Ác. Fólico / Anemia megalobl.; Má formação fetal Tiamina Pirofosfato (TPP) Transf. de grupo aldeído Tiamina / Beriberi Ácido ascórbico Coenzima de algumas peptidases / Síntese de colágeno Vitamina C Escorbuto Cinética enzimática Atividade enzimática Aumentam a velocidade das reações (↓ entropia); Não alteraram a natureza das reações; Diminuem energia de ativação (EA). As enzimas aceleram a velocidade de uma reação por diminuir a energia livre de ativação da mesma, sem alterar a termodinâmica da reação (G), ou seja: A energia dos reagentes e produtos da reação enzimática e de sua equivalente não enzimática são idênticas. Profª Darlene Cabral Profª Darlene Cabral Enzimas Componentes da Reação Enzimática E + S E S E + P E - Enzima S - Substrato(s) ES - Complexo Enzima -Substrato P – Produto(s) Profª Darlene Cabral Via Metabólica Substrato inicial Profª Darlene Cabral É uma série de reações químicas onde uma reação fornece o substrato da reação seguinte sendo a reação seguinte dependente da anterior e em cada via deve haver no mínimo uma reação irreversível, se não houver essa etapa irreversível a via é considerada um ciclo fútil onde só há dissipação de energia. Via Metabólica Atividade enzimática Poder catalítico Capacidade de converter substrato em produto em unidade de tempo QUIMIOTRIPSINA - 1,9 x 102 moles/s ANIDRASE CARBÔNICA - 1 x 106 moles/s NÚMERO DE RENOVAÇÃO (TURNOVER NUMBER) N° de moléculas de substrato convertidas em produto por uma única molécula de enzima em uma dada unidade de tempo. Profª Darlene Cabral Atividade enzimática Poder catalítico Poder catalítico nº de renovação Velocidade máxima da reação Profª Darlene Cabral Fatores que alteram a atividade de uma enzima Fatores decorrentes da formação do complexo ES concentração do substrato concentração da enzima afinidade da enzima pelo substrato Fatores decorrentes da natureza proteica das enzimas pH Temperatura Presença de inibidores Cofator E + S ES E + P Profª Darlene Cabral [S] - Fator chave que afeta a velocidade da reação mas modifica-se durante o curso da reação à medida que o substrato é convertido em produto. O complexo ES é a chave para entender esse comportamento. A concentração do SUBSTRATO [S] influi na velocidade das reações catalisadas por enzimas Influência da concentração de SUBSTRATO sobre a atividade enzimática (velocidade) A partir de C, a enzima encontra-se saturada e a velocidade máxima de 3 moles/mim não se altera diante do aumento da concentração de substrato . Formação do produto é PROPORCIONAL à concentração de substrato, mantidas fixas as condições de temperatura e pH ótimos. Em baixas concentrações de substrato a velocidade de reação é de primeira ordem – isto é, é proporcional a concentração de substrato Em altas concentrações de substrato, a velocidade da reação é de ordem zero – isto é, é constante e independente da concentração de substrato [S] Influência da concentração de SUBSTRATO sobre a atividade enzimática Profª Darlene Cabral Mantidas fixas as condições de temperatura e pH ótimos. Representaram uma reação enzimática em 2 etapas E + S K1 K2 ES K3 K4 E +P K= constante de velocidade= [produto] [substrato] Km - mede a afinidade da enzima pelo substrato Profª Darlene Cabral Leonor Michaelis Maud Menten Médicos Enzimologistas - 1913 Vo = Vmax [S] Km + [S] [S] (mM) V o ( V e lo c id a d e i n ic ia l – μ M /m in ) Vmax 2 Vo = Vmax Vo = Vmax [S] Km Km 1 2 3 1- [S] Km>>[S] 2- [S] [S]>>Km 3- Vo = Vmax 2 Profª Darlene Cabral E + S Rápida ES Lenta E +P A Km mostra a afinidade que a enzima tem pelo seu substrato (ES) Quanto maior a Km, menor a afinidade (predominam as formas E e S livres) – menor a velocidade da reação; Quanto menor a Km, maior a afinidade (predomina a forma ES) – maior a velocidade. A Km é característica para cada enzima. Profª Darlene Cabral Enzimas Michaelianas (1) Enzimas Alostéricas (2) Diferentes curvas de variação de atividade MODULADORES: inibidores, ativadores ou os dois tipos. Profª Darlene Cabral Profª Darlene Cabral Nem todas as enzimas seguem uma cinética de Michaelis-Menten. Enzimas alostéricas são enzimas regulatórias Sofrem mudanças conformacionais em resposta à ligação de moduladores (positivos/negativos). Apresentam cinética sigmoidal - possuem modulação alostérica cooperativa das suas subunidades. Consiste num dos mecanismos reguladores das vias metabólicas nas células. Enzima Michaeliana Enzima alostérica http://www.ebah.com.br/content/ABAAAek90AK/enzimas-regulatorias Enzimas alostéricas - o sítio de ligação com o substrato e o(s) sítio(s) de ligação com o modulador (regulador) estão em subunidades diferentes - as subunidades catalítica (C) e regulatória (R). Alteração conformacional torna a subunidade catalítica ativa é capaz de se ligar ao substrato (S) com alta afinidade. Quando o modulador positivo (M) dissocia-se da subunidade regulatória, a enzima reverte ao seu estado inativo ou menos ativo. Enzimas alostéricas submetem-se a mudanças conformacionais em resposta à ligação com um modulador (ativadores e inibidores) Aspartato transcarbamoilase - enzima regulatória que atua na síntese nucleotídea Influência da concentração de ENZIMA sobre a atividade enzimática Concentração de enzima Quanto maior a concentração, mais enzimas estão disponíveis para catalisar a reação – maior será a velocidade da reação. Profª Darlene Cabral Influência do pH do meio sobre a atividade enzimática • Mantidas fixas as condições de • concentração de substrato • concentração de enzima • temperatura pH ótimo pH Profª Darlene Cabral a) fosfatase ácida resíduo de aa envolvido na catálise Aspartato - pH ótimo 4,5 b) fosfatase alcalina resíduo de aa envolvido na catálise Lisina - pH ótimo 9,8 pH ótimo varia para diferentes enzimas Influência do pH do meio sobre a atividade enzimática Em cada caso o “ótimo” representa o estado iônico ideal para a ligação de enzima e substrato e o estado iônico correto para os aminoácidos envolvidos no evento catalítico. Profª Darlene Cabral Influência do pH do meio sobre a atividade enzimática O pH ótimo para a atividade de uma enzima geralmente é próximo ao pH do ambiente no qual a enzima costuma ser encontrada. Profª Darlene Cabral Meio ácido: enzimas do estômago (pepsina, peptidase) – pH entre 1 e 2 Meio neutro: enzimas dasaliva (amilase salivar) Meio alcalino: enzimas do intestino delgado (amilase pancreática); glicose-6-fosfatase dos hepatócitos responsável pela liberação de glicose no sangue, com pH ~7,8. Influência da temperatura do meio sobre a atividade enzimática Temperatura baixa – Inibição reversível da enzima Aumenta a rigidez do centro ativo e dificulta a ligação ao substrato. Temperatura elevada – Inibição irreversível (desnaturação) Temperatura ótima Profª Darlene Cabral Inibição Enzimática Quanto ao tipo: Competitiva Não-competitiva Incompetitiva inibidor reduz a atividade de uma única enzima ou de um grupo restrito de enzimas Irreversível Reversível inibidor reduz a atividade de todas as enzimas Ex: agentes desnaturantes I. Inespecífica - II. Específica - Profª Darlene Cabral http://www.biologia.arizona.edu/biochemist ry/problem_sets/energy_enzymes_catalysi s/03t.html Redução da velocidade de uma reação enzimática. INIBIDORES REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS INCOMPETITIVOS Inibição Enzimática Específica Profª Darlene Cabral Inibidores reversíveis Forma com a enzima um complexo INSTÁVEL NÃO envolve modificação COVALENTE Inibidores competitivos (EI) Inibidor tem semelhança estrutural com o substrato – Compete pelo centro ativo. Aumento da [substrato] diminui a inibição Inibidores não-competitivos Ligam-se a outro local que não o centro ativo (centro alostérico). A ligação ao centro alostérico modifica a conformação do centro ativo da enzima. Inibidor incompetitivo - (complexo ESI) Liga-se somente ao complexo enzima-substrato já formado. Profª Darlene Cabral Inibição Enzimática incompetitivo Inibição Enzimática REVERSÍVEL COMPETITIVA REVERSÍVEL NÃO COMPETITIVA Inibição reversível competitiva Enzima liga o substrato (ES) ou inibidor (EI), mas não ambos (ESI) A presença do inibidor não impede a atividade enzimática – a enzima tem o CA sempre ocupado com o inibidor ou substrato. E + S ES E + P EI + I Profª Darlene Cabral Análise Gráfica • Km aparente da enzima AUMENTA • Em uma concentração suficientemente alta de substrato a VELOCIDADE da reação atinge a Vmáx observada na ausência do inibidor Profª Darlene Cabral Inibição reversível competitiva Terapias com drogas, Conceitos de inibição enzimática Drogas projetadas para inibirem uma enzima específica ANTIMETABÓLITOS Antivirais, antibacterianos, antitumorais Profª Darlene Cabral Inibição reversível competitiva Regulação do metabolismo FAD FADH2 CH2 – COOH CH - COOH CH2 – COOH CH - COOH Ácido Succínico Ácido Fumárico COOH CH2 COOH Ácido Malônico (inibidor) Succinato - - Fumarato Malonato - - - - Succinato Desidrogenase inibidor competitivo Exemplo: inibidor do metabolismo energético Profª Darlene Cabral Inibição reversível competitiva Ciclo de Krebs SEMELHANÇA COM O SUBSTRATO: Inibição reversível competitiva Antibacteriano: Sulfa compete com PABA, substrato para síntese do ácido fólico (atua como coenzima para a síntese de aás e bases dos ácidos nucleicos). PABA Ácido fólico Diidropteroato sintetase bacteriana Essencial para o crescimento bacteriano Sulfanilamida Profª Darlene Cabral Exemplo: Quimioterápico - Leucemia Profª Darlene Cabral Inibição reversível competitiva Metotrexato é um análogo estrutural do Tetrahidrofolato, coenzima do DHFR: SEMELHANÇA ESTRUTURAL COM O SUBSTRATO: Síntese de purinas pirimídinas Diidrofolato redutase Diidrofolato Metotrexato Multiplicação das células leucêmicas Profª Darlene Cabral Inibição reversível competitiva Dihidrofolato redutase (DHFR) Enzima da biossíntese das purinas e pirimidinas O Metotrexato liga-se ao DHFR 1000x mais forte que o THF e inibe a síntese da base nucleotídica Tratamento de tumores cancerígenos DHFR Intoxicação por Metanol Metanol Álcool desidrogenase Causa lesão tecidual cegueria Infusão EV Etanol URINA Formaldeído Profª Darlene Cabral Inibição competitiva Etanol tem afinidade 10x> que metanol pela ADHase → inibição por competição Inibição Não-Competitiva E + S ES E + P EI + S + I + I EIS Inibidor não-competitivo – Enzimas alostéricas NÃO se liga ao sítio ativo da enzima Profª Darlene Cabral Reversível Inibidor não tem semelhança estrutural com o substrato NÃO se liga no sítio ativo da enzima Aumento da [substrato] não diminui a inibição Km aparente da enzima NÃO se altera Diminui a concentração de enzima ativa A VELOCIDADE máxima DIMINUI na presença do inibidor Profª Darlene Cabral Inibição Não-Competitiva Exemplos: Metais pesados - Pb+2 Reversível Análise Gráfica Profª Darlene Cabral Inibição Não-Competitiva Reversível Este tipo de inibição depende apenas da concentração do inibidor. Ponto de ligação: cadeia lateral de um aá -OH da serina; -SH de cisteina Ex: metais pesados Pb+2 - inibe enzimas da biossíntese do Heme - Não há a produção da hemoglobina Hg+2 - inibe enzima de degradação da serotonina - Alterações neuropsiquicas: alteração da personalidade, depressão, irritabilidade e insônia Profª Darlene Cabral Inibição Não-Competitiva Reversível Chumbo Efeito do chumbo na síntese do heme Inibe a porfobilinogênio sintase e a incorporação do Fe(2+) no heme Profª Darlene Cabral Inibidores Suicidas Inibidores com Base no Mecanismo Compostos, em geral, pouco reativos até se ligarem à enzima Convertido em um composto muito reativo que se combina IRREVERSIVELMENTE com a enzima Forma um produto que é um potente inibidor do próximo passo da via metabólica ou Profª Darlene Cabral Inibição enzimática irreversível Profª Darlene Cabral Inibidor se combina com um grupo funcional (sítio ativo) da enzima Inibidor se liga à enzima formando um complexo ESTÁVEL Forma-se uma ligação COVALENTE entre o inibidor e a enzima Inibição enzimática irreversível Inibição enzimática irreversível Inativadores: grupo funcional necessário à catálise. União covalente inibidor e enzima Pesticidas que inibem a acetilcolina-esterase, impedindo a hidrólise da acetil-colina na sinápse – paralisia músculos respiratórios e edema pulmonar. Omeprazol - inibe a enzima H+K+-ATPase - bomba ácida Fluorouracil – inibe timidilato-sintetase (enzima-chave na síntese do DNA) Aspirina – inibe a ciclo-oxigenase (transfere grupo acetil para grupo OH de um resíduo de serina da ciclo- oxigenase). Penicilina – se liga a enzimas da parede bacteriana Profª Darlene Cabral Ex: Inibição da enzima ciclo-oxigenase pelo acetilsalicilato Ciclo-oxigenase Prostaglandinas Processos fisiológicos, ex. sensação de dor Ácido araquidônico Profª Darlene Cabral Inibição enzimática irreversível Antiinflamatóriosnão-esteroides (AINE) Viox – inibidor de Cox2 Retirado do mercado: Risco cardíaco ou acidente vascular cerebral, lesão renal, etc. Tratamento com baixa dose de Aspirina reduz risco de isquemia cerebral e cardíaca: Inibição irreversível da COX-1 Inibição enzimática irreversível Inibidores da Acetilcolinesterase (AChE) Inibição enzimática irreversível http://www.ff.up.pt/toxicologia/monografias/ ano0708/g61_organofosforados/mec.htm Acetilcolina - Ach - neurotransmissor envolvido diretamente nos processos motores, cognitivos e de memória. Acetilcolinesterase (AChE): responsável pela finalização da transmissão dos impulsos nervosos nas sinapses colinérgicas pela hidrólise do neurotransmissor acetilcolina (ACh). Profª Darlene Cabral Uteis para o estudo do mecanismo de reação através da determinação do aminoácido que se liga covalentemente ao inibidor quando a enzima é inibida. Enz - CH2-OH Serina + DIFP diisopropilfluorfosfato H+ F Ex. DIFP inibe aceticolinesterase hidrolisa acetilcolina Neurotransmissor Contração e peristaltismo intestinal Bradicardia Profª Darlene Cabral Inibição enzimática irreversível Anestésico inalatório Profª Darlene Cabral Inibição enzimática irreversível Diisopropilfosfofluoridato – DIPF Inibe enzima por modificação covalente de um resíduo de serina crucial Organofosforados: inibem a ação de várias enzimas, principalmente a AChE Principal ação tóxica: inibição da AChE, com a consequente acumulação de acetilcolina nas sinapses nervosas. Inibição enzimática irreversível http://www.ff.up.pt/toxicologia/monografias/ ano0708/g61_organofosforados/mec.htm Inibidores da Acetilcolinesterase (AChE) Profª Darlene Cabral Formam um éster com o grupo OH da Serina que se encontra no centro ativo da enzima, ficando esta bloqueada e inativa (alteração conformacional). As estruturas dos compostos formados com a AChE são covalentes e estáveis. Análogos do estado de transição β-Lactâmicos: Ligam-se às PBPs (Proteínas Ligantes de Penicilina), impedindo a ligação cruzada entre as cadeias do peptideoglicana (transpeptidação) Penicilina Bloqueia o último passo da síntese da parede celular, Não ocorre cross-linking das fitas de peptidoglicanos Glicopeptídeo transpeptidase Estratagema do “cavalo de Tróia” Ver: http://pathmicro.med.sc.edu/portuguese/chapter_5_bp.htm Penicilina – Anel b-lactâmico Inibição enzimática irreversível Profª Darlene Cabral Inibidores Suicidas Profª Darlene Cabral Inibição enzimática irreversível A enzima participa na sua própria inibição Indica que o grupo-alvo na enzima (modificação covalente) é vital para a catálise Inibição do próximo passo da via Ex: Fluoroacetato de sódio (FAS) ou composto 1080 Potente rodenticida utilizado no controle de roedores e predadores mamíferos. http://search.babylon.com/imageres.php?iu=http://static.hsw.com.br/gif/antidepressant- 4.gif&ir=http://neuromed92.blogspot.com/2011/01/inibidores-das-enzimas- mao.html&ig=http://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRtOXzLy415HlYVgeZwd0Iq6zx4Wj84L7zAvsrGmtC8Cp4Cenz2OeCT c7gD&h=524&w=400&q=inibi%C3%A7%C3%A3o+da+monoamine+oxidase&babsrc=SP_ss http://www1.folha.uol.com.br/folha/cotidiano/ult95u90684.shtml Aconitase Exemplo de Inibidor Suicida Reações do Ciclo de Krebs Oxalacetato + Acetil-CoA Citrato Isocitrato Oxalacetato + Fluoroacetato Fluorocitrato Inibidor suicida Citrato Sintase Profª Darlene Cabral MALATION http://www2.b ioqmed.ufrj.br /enzimas/inibi dores.htm Inibição enzimática irreversível Regulação enzimática Profª Darlene Cabral 1. Controle da [E] Dogma central da biologia molecular: Síntese proteica Degradação Profª Darlene Cabral Regulação enzimática Regulação da Atividade Enzimática Controle à Nível Gênico Algumas enzimas não são sintetizadas continuamente pelas células Enzimas Induzidas ou Adaptativas: Organismos sintetizam quando em presença do substrato Mensagem genética RNAm PROTEÍNA (ENZIMA) Profª Darlene Cabral Regulação enzimática 1. Controle da [E] 2. Compartimentação celular http://www.netxplica.com/figuras_netxplica/exanac/biologia/ Mitocôndria Célula As membranas intracelulares delimitam varias vias metabólicas: Controla a entrada e saída de metabolitos envolventes; Regula metabolismo (síntese, degradação). Profª Darlene Cabral Regulação enzimática 3. Controle da atividade enzimática a) Controle alostérico (modulador positivo; modulador negativo) Retroalimentação Profª Darlene Cabral Regulação enzimática 3. Controle da atividade enzimática a) Controle alostérico Profª Darlene Cabral Exemplos de moduladores alostéricos Regulação enzimática 3. Controle da atividade enzimática b) Controle por modificação covalente Profª Darlene Cabral Regulação enzimática 3. Controle da atividade enzimática b) Controle por modificação covalente Profª Darlene Cabral Regulação enzimática Exemplos: Fosforilação de enzimas: Mediada por intervenção hormonal Regula inúmeros processos metabólicos Proteínas quinases e fosfatases 3. Controle da atividade enzimática c) Controle por clivagem proteolítica Zimogênios: precursores inativos de algumas enzimas (proenzimas) – são hidrolizados formando as respectivas enzimas ativas. Profª Darlene Cabral Regulação enzimática Enzima Ativa Pró-Enzimas Zimogênios Clivagem Proteolítica 3. Controle da atividade enzimática c) Controle por clivagem proteolítica Zimogênios: Ex: Enzimas proteolíticas do estômago e do pâncreas: Quimotripsinogênio → quimotripsina Tripsinogênio → tripsina Pro-elastase → elastase Fibrinogênio → fibrina (coagulação sanguínea) Profª Darlene Cabral Regulação enzimática 3. Controle da atividade enzimática Algumas enzimas utilizam vários mecanismos regulatórios Complexos multienzimáticos: Profª Darlene Cabral ATPase Membrana mitocondrial interna Piruvato desidrogenase Regulação enzimática Ex: Regulação do CK Profª Darlene Cabral Regulação enzimática Vias metabólicas DCabral Boa semana! Profª Darlene Cabral Enzimologia Clínica Princípio: Aumento da permeabilidade ou morte celular Extravazamento de enzimas celulares Alteração da atividade Enzimática no Sangue DIAGNÓSTICO!!! BC – DCabral Distribuição e principal aplicação clínica ALT Fígado Doença hepática parenquimatosa AST Fígado, músculo esquelético, coração,rim, hemácias Infarto do miocárdio, doença hepática parenquimatosa, doença muscular AMS Glândulas salivares, pâncreas, ovários Doenças pancreáticas, parotidite ACP Próstata, hemácias, Ossos Doenças da próstata, metástases, d. hemolíticas ALP Fígado, Ossos Doenças ósseas, doenças hepatobiliares CK Músculo esquelético, liso, cérebro, coração Infarto do miocárdio, doenças musculares CHE Fígado Envenenamento por inseticida organofosforado, sensibilidade ao suxametônio, doenças heáticas parenquimatosas GGT Fígado, rim Doença hepatobiliar, alcoolismo LDH Coração, fígado, músculo esq., hemácias, plaquetas, linfonodos, neutrófilos Infarto do miocárdio,hemólise, doenças hepáticas paremquimatosas; miningites bacterianas (liquor). PSA Próstata Carcinoma de Próstata DCabral
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