Bioquímica - Enzimas

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Bioquímica - Aula 07
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.
Quimicamente:
Proteínas com estrutura especial
Contendo:
Apoenzima
Coenzima
Grupo prostético
Conjunto: holoenzima
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.
Inativadas pelo calor.
FUNÇÃO
Atuam como catalisadores biológicos
Aumentando a velocidade das reações por meio
da diminuição de suas energias de ativação.
Sitio ativo
Pequena região onde ocorre a ligação da enzima com
o substrato.
Integridade da molécula enzimática proteica é necessária para a manutenção deste sítio ativo, ou seja, para a ação catalítica.
CLASSIFICAÇÃO
Em função:
Ambiguidade 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.
Nomenclatura e classificação de enzimas
União Internacional de Bioquímica (1995).
Cada enzima possui um código de 4 algarismos separados por ponto.
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 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.
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.
Cada enzima possui uma organização estrutural específica.
Centro ativo permite a ligação apenas do seu substrato, trazendo grande especificidade para a catálise enzimática.
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.)
Cinética das reações enzimáticas
Concentração de Substrato:
Nas 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 um equilíbrio entre as [S], [E], [ES], com [ ] definidas e constantes. 
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.
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.
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.
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.
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 catálise enzimática 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.
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.
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 dê origem ao produto final e liberação da enzima.
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 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.
Doenças genéticas causadas pela perda ou defeito de uma única enzima ou proteína