Prévia do material em texto
Prof. João Jaime Giffoni Leite ENZIMAS • Definição – Catalisadores orgânicos • Atuam em sistemas biológicos em condições suaves de temperatura e pH e determinam o perfil de transformações químicas que ocorrem em soluções aquosas – Características marcantes: • Poder catalítico • Alta especificidade das enzimas – Quase todas as enzimas conhecidas são proteínas, sendo algumas moléculas de RNA cataliticamente ativas, denominadas ribozimas. ENZIMAS • Quimicamente: – Proteínas com estrutura especial – Contendo: • APOENZIMA • COENZIMA – Grupo prostético • Conjunto: HALOENZIMA ENZIMAS • Alguns casos as enzimas podem estar ligadas a COFATORES: – Moléculas orgânicas de baixo peso molecular ou íons metálicos • Função : ativá-las • Enzimas são: – Substâncias sólidas – Difíceis de serem cristalizadas – Geralmente solúveis em água e álcool diluído – Quando em solução são precipitadas por sulfato de amônio, álcool e ácido tricloroacético – Inativadas pelo calor ENZIMAS • FUNÇÃO – Atuam como catalisadores biológicos • Aumentando a velocidade das reações por meio da diminuição de suas energias de ativação • Mantendo invariável o seu equilíbrio químico ENZIMAS • FUNÇÃO – Sitio ativo • Pequena região onde ocorre a ligação da enzima com o substrato • Integridade da molécula enzimática protéica é necessária para a manutenção deste sítio ativo, ou seja, para a ação catalítica ENZIMAS • CLASSIFICAÇÃO – Em função: • Ambigüidade detectada nas nomenclaturas • Número crescente de enzimas estudadas – Nova classificação para as enzimas foi proposta pela Comissão Internacional de Enzimas » Seis classes de acordo com as reações que catalisam, seguindo-se subclassificações conforme outros critérios » Todas receberam um nome sistemático e uma identificação de quatro dígitos precedidas pela sigla E.C. ENZIMAS • Nomenclatura e classificação de enzimas – União Internacional de Bioquímica (1995) – Cada enzima possui um código de 4 algarismos separados por pontos • Primeiro: corresponde à classe a que a enzima pertence e vai de 1 a 6 • Segundo: determina a subclasse • Terceiro: define com exatidão o tipo de atividade enzimática • Quarto: número da enzima dentro da sua subclasse ENZIMAS • Enzimas podem também ser designadas por nomes que obedecem a uma sistemática: – Constituída por dois nomes: • Substrato • Natureza da reação – Como estas nomenclaturas são muito complexas, na maioria das vezes, as enzimas são designadas por nomes triviais • Ex.: enzima 3.2.1.2. é a α-1,4-glucan-malto-hidrolase é conhecida comumente por β-amilase EN ZI M A S ENZIMAS • ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA – CENTRO ATIVO • Formado por alguns dos resíduos de aminoácidos presentes na cadeia • Se aproximam pelos dobramentos que constituem a estrutura terciária da proteína – Constitui uma cavidade aberta sobre a superfície da molécula globular e permite à enzima reconhecer seu substrato » Comparado a um conjunto chave – fechadura – key and lock – Fisher 1894 » De fato uma molécula para ser substrato de uma determinada enzima deve ter forma espacial adequada para alojar-se no centro ativo da enzima, como também grupos químicos capazes de estabelecer ligações precisas com os radicais do mesmo ENZIMAS – Cada enzima possui uma organização estrutural específica • Centro ativo permite a ligação apenas do seu substrato, trazendo grande especificidade para a catálise enzimática • ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA ENZIMAS • ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA – BAIXA ESPECIFICIDADE: • Quando essa propriedade existe apenas em relação a tipos de ligação – Ex.: lipase – que hidrolisa ligações álcool-ácido de quase todos os ésteres orgânicos – ESPECIFICIDADE ABSOLUTA: • Quando a enzima atua somente sobre um determinado composto – Ex.: urease – hidrolisa a uréia, porém nenhum de seus derivados ou a tripsina que hidrolisa ligações peptídicas formadas por grupos carboxílicos dos aminoácidos negativos ENZIMAS • ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA – ESPECIFICIDADE DE GRUPO: • Enzima é capaz de atuar sobre substratos com uma ligação química específica – Leucina-aminopeptidase que catalisa hidrólise de diferentes ligações peptídicas – Quimotripsina que hidrolisa ligações formadas por grupos carboxílicos de metionina, aspargina, glutamina e leucina ENZIMAS • ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA – ESTÉREO ESPECIFICIDADE • Especificidade ótica – Maioria das enzimas hidrolisam apenas ligações peptídicas de L- aminoácidos, já que as proteínas são formadas por L-aminoácidos – ESPECIFICIDADE ORGÂNICA: • Relacionada à origem orgânica da enzima. Assim enzimas com o mesmo tipo de atividade, dependendo da origem, pode diferir entre si • Esta diferença é causada pela estrutura das proteínas que formam a enzima – α-amilase do pâncreas do porco é idêntica à encontrada na saliva, mas diferente da α-amilase hepática ENZIMAS • ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA – ESPECIFICIDADE CIS-TRANS: • Enzimas que atuam somente sobre um isômero cis- trans – Fumarase adiciona facilmente água apenas no ácido com configuração trans (ácido fumárico) ENZIMAS • MEDIDA DE ATIVIDADE ENZIMÁTICA – Habitualmente é expressa em Unidades Internacionais • Uma UI corresponde a quantidade de enzima capaz de formar 1μMol de produto por minuto em condições ótimas (pH, temp. etc.) – ATIVIDADE ESPECÍFICA: seria o número de unidades de enzima por miligrama de proteína ENZIMAS • CINÉTICA DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS – Concentração de Substrato: • Células a [S] do substrato chega a ser até 106 vezes maior que a [E] – Apesar desta diferença, porém, nem todas as moléculas de enzimas combinam-se com o substrato – Estabelece-se isto sim um equilíbrio entre as [S], [E], [ES], com [ ] definidas e constantes. ENZIMAS • CINÉTICA DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS – Concentração de Enzima • A velocidade de uma reação enzimática será sempre proporcional a sua concentração – Desvios da linearidade podem ocorrer devido a: » Presença de inibidores na própria solução de enzima » Presença de substâncias tóxicas » Presença de ativadores » Entre outros ENZIMAS • CINÉTICA DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS – Efeito do pH: • Ação catalítica de uma enzima é alcançada dentro de limites muito estreitos de pH – Cada reação tem o seu pH ótimo, que para a maioria das enzimas se encontra entre 4.5 e 8.0 » Algumas enzimas que catalisam reações com diferentes substratos podem apresentar mais de um pH ótimo » Porém, grandes variações de pH normalmente determinam a desnaturação da enzima. ENZIMAS • CINÉTICA DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS – Efeito da Temperatura: • Semelhante às reações químicas, as reações enzimáticas tem a velocidade aumentada com o aumento da temperatura – Acima de determinadas temperaturas, esta velocidade diminui, devido ao fato de ocorrer desnaturação da enzima » Em geral as enzimas reagem muito lentamente em temperaturas de subcongelamento ENZIMAS • CINÉTICA DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS – Efeito da Pressão: • Pouco significativa para a velocidade das reações enzimáticas – Desnaturação protéica » Ocorre uma expansão de volume resultante do desdobramento da cadeia, a aplicação de pressão em princípio, deve reduzir a desnaturação pelo calor • Porém, devemos lembrar que altas pressões também podem provocar a desnaturação da proteína por alteração da estrutura ENZIMAS • MECANISMOS DE AÇÃO E INIBIÇÃO – Modelo proposto por Michaelis-Menten • Explica as propriedades cinéticas de um grande grupo de enzimas – Avalia as taxas de reação e suas alterações em função de parâmetros experimentais » Concentrações de substrato e enzimas • A catáliseenzimática ocorre em duas etapas – 1° etapa: » Enzima liga-se reversivelmente ao substrato formando um complexo enzima-substrato – 2° etapa » Liberado o produto e a enzima volta a forma livre ENZIMAS • Inibidores enzimáticos – Enzimas podem ser inibidas: • Moléculas específicas ou íons – Inibidores enzimáticos reversíveis ou irreversíveis – Inibidores reversíveis são classificados: » Competitivos • Competem com o substrato pelo sítio ativo da enzima » Não-competitivos • Ligam-se a radicais aminoacídicos que não pertencem ao sítio ativo e esta ligação altera a estrutura enzimática ENZIMAS • Inibidores enzimáticos – Inibidor reversível: • Compostos com capacidade de se combinar de forma reversível com determinadas enzimas inibindo sua atividade – Inibidor irreversível: • Neste caso, ocorre uma combinação entre o composto e a enzima irreversível, formado por ligações covalente, não podendo haver separação por processos como diálise ou diluição. ENZIMAS • Inibidores enzimáticos – Inibidor competitivo: • Compostos que competem com o substrato pelo centro ativo da enzima, normalmente apresentam estruturas semelhantes as do substrato. – Isto pode ser evitado aumentando-se a [S] – Inibidor não competitivo: • Combinam-se com o complexo ativado, impedindo que este complexo de origem ao produto final e liberação da enzima. ENZIMAS X DOENÇAS • Desordens genéticas herdadas – Deficiência ou mesmo ausência total, de uma ou mais enzimas – Excesso de atividade de uma enzima específica • Medidas da atividade de certas enzimas: – Plasma sanguíneo – Eritrócitos – Amostras de tecidos » Importantes no diagnóstico de várias doenças ENZIMAS X DOENÇAS Doenças genéticas causadas pela perda ou defeito de uma única enzima ou proteína