Aula 4 - Fundamentos de Bioquímica

Prévia do material em texto

Fundamentos de Bioquímica
Aula 4 – Introdução a enzimologia
Objetivos
Descrever as características das reações enzimáticas do ponto de vista da energia
livre, do equilíbrio, da cinética e dos tipos de reação;
Compreender as propriedades básicas das enzimas, como: especificidade,
eficiência catalítica, sítio ativo e cofatores enzimáticos;
Descrever os mecanismos de controle da atividade enzimática;
Conhecer os tipos de mecanismos de inibição da atividade enzimática;
Caracterizar isoenzimas e suas diferentes formas de catálise de uma mesma reação 
Enzimas
Os sistemas vivos são formados por uma variedade enorme de reações bioquí-
micas, e quase todas elas são mediadas por catalisadores (Catalisador é qualquer molécula ou substancia que acelera a velocidade de uma reação) biológicos conhecidos como enzimas.
A maioria das enzimas são proteínas, com exceção de um pequeno grupo de
moléculas de RNA catalíticas. 
Como toda proteína, a sua função está intimamente relacionada com a sua estrutura. Portanto, a atividade catalítica de uma enzima
depende da integridade da sua conformação nativa. 
Se uma enzima for desnaturada, ou dissociada nas suas subunidades, a sua atividade catalítica será perdida.
 
Enzimas
No nosso corpo, as enzimas possibilitam que diversas reações que não ocorreriam ao
acaso aconteçam em apenas alguns segundos, ou mesmo em fração deles.
A reação de catalisação mediada pelas enzimas ocorre confinada em uma
região específica denominada de sítio ativo. 
A molécula que se liga no sítio ativo e sobre a qual a enzima age, é denominada de substrato. Toda enzima é especifica para um substrato e o complexo enzima-substrato, é fundamental para a ação enzimática.
Enzimas
Enzimas
Uma reação enzimática simples pode ser escrita como:
E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P
Onde E, S e P representam enzima, substrato e produto respectivamente. ES
e EP são complexos transitórios da enzima com o substrato e com o produto.
No final de uma reação enzimática, a enzima (E) permanece inalterada enquanto o substrato (S) sofre alterações transformando se em um produto (P).
Algumas enzimas necessitam de componentes químicos adicionais para
exercerem a sua função. Esses componentes são chamados de cofatores. 
Classificação dos cofatores
Cofatores
Energia de ativação das enzimas
Grande parte do conhecimento sobre o modo como as enzimas catalisam as reações químicas é proveniente da teoria do estado de transição. 
O estado de transição é um momento molecular transitório no qual eventos como a quebra de ligação, a formação de ligação ou o desenvolvimento de carga ocorrem com a mesma probabilidade de seguirem tanto para formar novamente o substrato como para formar o produto. 
A diferença entre os níveis energéticos do estado basal e do estado de transição é chamada de energia de ativação (∆G+). 
A energia de ativação é, portanto, a energia necessária para levar um mol de uma substância até seu estado de transição.
Quanto maior a energia de ativação mais difícil torna-se a reação.
Uma substância não pode chegar à sua energia de ativação sem um agente ou um fator que possibilite o aumento dessa energia por parte da molécula. 
Os catalisadores atuam portanto, reduzindo a energia livre do estado de transição da reação catalisada. 
Energia de ativação das enzimas
Energia de ativação das enzimas
Uma característica importante dos catalisadores é que eles não sofrem nenhuma alteração molecular após a reação, e, além disso, eles não são consumidos durante o processo. 
Por conta disso, eles são extremamente úteis e desempenhar muito bem seu papel mesmo em pequenas quantidades.
As enzimas conseguem acelerar as velocidades das reações químicas por
meio de diferentes mecanismos catalíticos incluindo por exemplo, a catálise
geral ácido-básica, catálise covalente e catálise por íons metálicos. 
Mecanismos catalíticos
 
Fatores que influenciam na atividade das enzimas
São eles:
Concentração de substrato
Concentração de enzimas
Temperatura
pH
Presença de cofatores
A temperatura e o pH, dessa forma, são responsáveis pela boa atuação enzimática, podendo alterar a conformação da molécula em casos de alterações bruscas, bem
como podendo tornar a enzima muito mais eficiente no seu mecanismo de ação. 
 
Fatores que influenciam na atividade das enzimas
Inibidores enzimáticos
Inibidores de enzimas são moléculas que interferem com a catálise, diminuindo ou interrompendo as reações enzimáticas. 
Uma só enzima pode ter muitos inibidores e a forma como eles atuam em uma determinada enzima também pode variar. 
Uma vez que as enzimas catalisam quase todos os processos biológicos em uma célula, os inibidores enzimáticos apresentam grande importância médica.
Os inibidores enzimáticos podem ser classificados em dois grupos: os inibidores reversíveis e os irreversíveis.
Os inibidores irreversíveis reagem quimicamente com as enzimas, deixando- as inativas permanentemente.
Já os inibidores reversíveis podem ser classificados de acordo com a forma como atuam na enzima. Eles podem ser classificados como inibidores reversíveis competitivos ou não competitivos.
Inibidores reversíveis competitivos
Os competitivos possuem uma estrutura molecular muito semelhante à do substrato. 
Dessa forma, podem se ligar ao centro ativo da enzima formando um complexo enzima-inibidor semelhante ao complexo enzima-substrato.
Entretanto, o complexo enzima-inibidor nunca formará o produto, portanto,
a ação da enzima estará bloqueada, diminuindo assim a velocidade da reação. 
Inibidores reversíveis não competitivos
Os não-competitivos não apresentam nenhuma semelhança estrutural com o substrato da reação que eles inibem. 
Na verdade, nesse tipo de inibição os inibidores atuam com ligações em radicais que não pertencem ao centro ativo da enzima. 
Esta ligação modifica a estrutura da enzima, afetando também a estrutura do centro ativo, não permitindo portanto que essa enzima se ligue ao seu substrato. 
Competitivo X Não - competitivo
Isoenzimas
O termo isoenzima faz referência às diferentes formas moleculares (alelos) que
uma determinada enzima pode apresentar, porém, reagindo sempre com o
mesmo substrato, ou seja, são enzimas que diferem na sua sequencia de aminoácidos porém apresentam funções catalíticas iguais ou semelhantes.
As isoenzimas resultam de mutações ao nível do DNA e que podem provocar
diferenças significativas nas cargas iônicas das cadeias polipeptídicas e, ainda,
nas suas dimensões e formas.
Segundo a União Internacional dos Bioquímicos, a definição de isoenzimas
seria: “Múltiplas formas de uma enzima apresentando, entre si, diferenças na
estrutura primária, determinadas geneticamente”.
 
 
Isoenzimas
As isoenzimas podem ocorrer em uma mesma espécie, em um mesmo tecido, ou até mesmo em uma mesma célula, podendo ser expressas em organelas
distintas ou variar de acordo com o estágio de desenvolvimento da célula.
As diferentes formas de isoenzimas podem ser distinguidas umas das outras por propriedades bioquímicas, tais como propriedades cinéticas ou de regulação, qual o cofator utilizado por elas (NADH ou NADPH, por exemplo), ou
na sua distribuição subcelular (solúveis ou ligadas à membrana).
As isoenzimas podem ocorrer em uma mesma espécie, em um mesmo tecido, ou até mesmo em uma mesma célula, podendo ser expressas em organelas
distintas ou variar de acordo com o estágio de desenvolvimento da célula.
As diferentes formas de isoenzimas podem ser distinguidas umas das outras por propriedades bioquímicas, tais como propriedades cinéticas ou de regulação, qual o cofator utilizado por elas (NADH ou NADPH, por exemplo), ou
na sua distribuição subcelular (solúveis ou ligadas à membrana) 
Isoenzimas
A existência de isoenzimas permite o ajuste fino do metabolismo para satisfazer as necessidades particulares de um determinado tecido ou determinado estágio de desenvolvimento doorganismo. 
Isoenzimas
Em geral, a distribuição das diferentes isoenzimas de uma determinada enzima reflete, pelo menos, quatro fatores:
1. Diferentes padrões metabólicos em diferentes órgãos. Por exemplo, para a glicogênio fosforilase, as isoenzimas presentes no músculo esquelético e no fígado apresentam diferentes propriedades reguladoras, refletindo os diferentes papéis de quebra de glicogênio nestes dois tecidos.
2. Diferentes locais e funções metabólicas para as isoenzimas em uma mesma célula. Por exemplo a isoenzima da isocitrato desidrogenase presente no citoplasma e na mitocôndria, exercendo diferentes papéis em cada local.
Isoenzimas
3. Diferentes estágios de desenvolvimento em tecidos embrionários ou fetais e em tecidos adultos. Por exemplo, o fígado fetal tem uma distribuição característica da isoenzima LDH, que muda conforme o órgão se desenvolve na
sua forma adulta. Algumas enzimas do catabolismo da glicose em células malignas (cancerosas) ocorrem como sua fetal, e não como sua forma em adultos.
4. Respostas diferentes de isoenzimas para moduladores alostéricos. Esta diferença é útil para o ajuste fino de taxas metabólicas. Por exemplo, a hexoquinase IV (glicoquinase) do fígado e as isoenzimas hexoquinase de outros tecidos diferem na sua sensibilidade à inibição por glucose-6-fosfato. 
* Moduladores alostéricos: ligante que aumenta ou dimunui o efeito de uma enzima que atua em um local exclusivo, diferente do sítio ativo.