Enzimas

Prévia do material em texto

ENZIMAS: 
Fundamentos 
 
Prof. Draulio Costa 
 
 
 
 
 
 
Os sistemas vivos apresentam uma enorme 
variedade de reações bioquímicas, e quase 
todas elas são mediadas por uma série de 
extraordinários catalisadores biológicos 
 
 
 
 
ENZIMAS 
 
 1. Oxirredutases – Reações de oxidação/Redução 
Exemplo: Lactato desidrogenase 
Redução Ác. Pirúvico à 
Ác. lático 
 
 
Exemplo Hexoquinase 
2. Transferases - Transferência de grupos 
Tranferência do P do 
ATP para glicose 
5. Isomerases – Transferência de grupos dentro da mesma 
molécula, formação de isômeros 
Interconversão reversível de dihidroxiacetona fosfato e D-
gliceraldeido-3-fosfato 
Exemplo: 
Triose Fosfato Isomerase 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Dihidroxiacetona_fosfato
http://pt.wikipedia.org/wiki/Dihidroxiacetona_fosfato
http://pt.wikipedia.org/wiki/Dihidroxiacetona_fosfato
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Gliceraldeido-3-fosfato&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Gliceraldeido-3-fosfato&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Gliceraldeido-3-fosfato&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Gliceraldeido-3-fosfato&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Gliceraldeido-3-fosfato&action=edit&redlink=1
 
 
 
 
 
 
Enzimas intracelulares 
atuam no interior da célula 
sintetizam o material celular 
realizam reações que 
suprem as necessidades 
energéticas da célula. 
Enzimas extracelulares 
atuam fora da célula 
executando as alterações 
necessárias à penetração dos 
nutrientes para o interior das 
células. 
Enzimas habituais 
ou constitutivas 
Enzimas indutivas 
As células sempre as sintetizam 
As células só as sintetizam 
quando estão na presença do 
substrato da enzima 
Isoenzimas 
Enzimas que têm a mesma função, ou 
seja, catalisam uma mesma reação, 
porém apresentam estruturas 
diferentes 
 Diferenças entre enzimas e catalisadores químicos 
 
 Velocidade de reação mais rápida: 
 
○106 a 1020x > que as não catalisadas: 
 
Cada molécula de anidrase carbônica pode hidratar 
106 moléculas de CO2 /seg 
 
○ e são varias ordens de magnitude > do 
 que as reações catalisadas quimicamente 
 
 
 
 Diferenças entre enzimas e catalisadores químicos 
 
 Maior especificidade da reação 
o Grau de especificidade imensamente > em relação a 
identidade dos seus S e dos seus P 
o Reações enzimáticas raramente produzem subprodutos. 
o Estereoespecificidade: Agem em grupos funcionais 
específicos. 
A especificidade de uma enzima é devida à interação precisa com 
seu substrato. Esta precisão é um resultado da complexa estrutura 
tridimensional da enzima 
 Quase 1/3 das enzimas requer um componente não protéico 
para sua atividade, denominado co-fator 
Porção protéica 
APOENZIMA 
Co-fator 
HOLOENZIMA 
Íons metálicos 
Moléculas 
orgânicas 
Coenzimas 
Grupos prostéticos: ligação forte; 
Co-substratos: ligação fraca 
 
 Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis 
 Muitos organismos não conseguem sintetizar certas 
porções das coenzimas essenciais. Tais substâncias devem 
estar presentes na dieta desses organismos e são, 
portanto, chamadas de vitaminas. 
 
 Classificam-se em: 
 transportadoras de hidrogênio 
 transportadoras de grupos químicos 
 
../../../Configurações locais/AppData/Local/Microsoft/Documents and Settings/Fernanda/AppData/Local/Microsoft/Windows/Temporary Internet Files/AppData/Local/Microsoft/Windows/Temporary Internet Files/Low/Content.IE5/UNVLW3CM/Vitaminas Roberta.ppt
 
 Transportadoras de hidrogênio 
 
Coenzima Abreviatura Reação
catalisada
Origem
Nicotinamida adenina
dinucleotídio
NAD+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Nicotinamida adenina
dinucleotídio fosfato
NADP+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Flavina adenina
dinucleotídio
FAD Oxi-redução Riboflavina ou
Vitamina B2
 As enzimas fornecem um ambiente dentro do qual uma 
reação possa ocorrer mais rapidamente 
Sítio ativo ou de ligação 
Substrato 
Uma reação só pode ocorrer espontaneamente se Δ G < 0; 
Δ G < 0 – processo exergônico; 
Δ G > 0 – processo endergônico; 
Δ G = 0 equilíbrio 
A energia livre (G) é um critério para se predizer a 
espontaneidade de um processo, mas não prediz a 
velocidade da reação 
 Não é possível medir valores absolutos de energia, 
apenas as variações (Δ G) que ocorrem durante o processo 
 A energia livre diminui em um processo espontâneo 
(energia liberada). Assim, Δ G < 0; 
 Quando há consumo de energia livre, Δ G > 0 
 
 Energia de ativação: Quantidade de energia requerida para 
romper a configuração eletrônica estável de qualquer molécula 
específica para que os elétrons possam ser reorganizados – 
fornecimento da energia livre necessária para iniciar a 
reação. 
 
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O (ΔG
o = -2880 Kj.mol-1) 
 
Energia de Ativação 
∆G reação 
E
n
e
rg
ia
 d
o
 s
is
te
m
a
 (
G
) 
Progresso da Reação 
Energia de Ativação na 
presença de enzima 
Energia de Ativação na 
ausência de enzima 
∆G reação 
Não catalisada 
Catalisada 
Reagentes 
Produtos 
E
n
e
rg
ia
 d
o
 s
is
te
m
a
 (
G
) 
Progresso da Reação 
Energia de Ativaçao na 
presença de enzima 
Energia de Ativação na 
ausência de enzima 
∆G reação 
Não catalisada 
Catalisada 
Reagentes 
Produtos 
Catalisador atua diminuindo a Energia de Ativação 
E
n
e
rg
ia
 d
o
 s
is
te
m
a
 (
G
) 
Progresso da Reação 
Energia de Ativaçao na 
presença de enzima 
Energia de Ativação na 
ausência de enzima 
∆G reação 
Não catalisada 
Catalisada 
Não altera : equilíbrio nem o ∆G 
Reagentes 
Produtos 
 
 Taxa de reação: A frequência de colisões contendo 
energia suficiente para que a reação aconteça. 
 
 taxa de reação: 
 
o de T = o calor a frequência das colisões e o n° 
de moléculas que atingem a E.A. 
 
o Reagentes estão + concentrados = A distância 
entre as moléculas é menor. 
 
 
 A reação enzimática ocorre em duas etapas: 
 
E + S E S P + E 
 
 
Como os substratos se ligam às enzimas? 
 
 
 2 modelos: 
 Modelo chave-fechadura (superado): não considera a 
flexibilidade tridimensional da proteína; 
 Modelo do ajuste induzido: considera a flexibilidade 
 Modelo Chave-fechadura 
 
 Emil Fischer em 1894 
 Relação estérica entre enzima e substrato 
 Modelo do ajuste induzido 
 Koshland em 1958 
 Prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, 
 E e S sofrem conformação para o encaixe. 
 
Estudos por raio X indicaram que os sítios de ligação aos 
substratos da maioria das enzimas são, em grande parte, 
pré-formados, mas sofrem mudanças de conformação no 
momento da ligação do substrato (um fenômeno 
denominado ajuste induzido). 
 
 Hipótese da chave-fechadura. 
Uma enzima inteiramente complementar a seu substrato 
seria uma enzima muito pobre. 
 
 
Como as enzimas diminuem a energia de 
ativação das reações? 
• Interações não covalentes entre enzima e substrato – 
complexo enzima-substrato. Liberação de pequena quantidade 
de energia livre que fornece condições para a interação 
(energia livre de ligação). 
• Rearranjos das ligações covalentes durante uma reação 
catalisada (grupos laterais de aas específicos, grupos 
prostéticos); 
A energia de ligação é a principal fonte de energia livre 
usada pelas enzimas para diminuir as energias de 
ativação das reações. 
O fenômeno do ajuste induzido representa uma deformação que pode 
contribuir para o alinhamento de grupos funcionais da enzima e do 
substrato, bem como para a formação de interações fracas adicionais 
no estado de transição. Em qualquer dos casos, a nova conformação terá 
melhores propriedades catalíticas. 
 
 Princípios que explicam o poder catalítico e a especificidade 
das enzimas: 
 
1. Energia livre liberada na formação de muitas ligações e 
interações fracas; 
2. Os sítios ativos das enzimas são complementaresnão ao 
substrato em si, mas aos estados de transição 
•O sítio de ligação tem uma conformação 3D diferente antes 
da ligação do substrato; 
•À medida que novas ligações são feitas e outras rompidas, o 
substrato se transforma em produto. 
Grupos catalíticos específicos contribuem para a 
catálise 
A energia de ligação permite que se forme o complexo ES, 
mas é apenas um dos contribuidores para o mecanismo 
catalítico. Estando o substrato ligado à enzima, os grupos 
funcionais catalíticos adequadamente posicionados ajudam 
na quebra e formação de ligações através de uma variedade 
de mecanismos como a catálise ácido-base, catálise 
covalente e catálise do íon metálico. Estes 
mecanismos são distintos daqueles baseados na energia de 
ativação porque implicam na formação de ligações 
covalentes transitórias. 
Mecanismo de ação da enolase 
Mecanismo de ação da 
Acetilcolinesterase 
 
 
 
 pH 
 
 Temperatura 
 
 Concentração da Enzima 
 
 Concentração do Substrato 
 
A quantidade de reagente é 
suficientemente grande para saturar todos 
os sítios catalíticos enzimas. 
 Concentração do Substrato 
ESTADO PRÉ-ESTACIONÁRIO 
ESTADO ESTACIONÁRIO 
 
 
 
 Grande parte do arsenal farmacêutico 
 (Por ex. tratamento da AIDS feito com drogas que inibem a 
atividade de certas enzimas virais). 
 
Inibidores 
Substâncias que reduzem a 
atividade de uma enzima de 
forma a influenciar a ligação do 
substrato. 
 
 Classificação: 
Irreversível 
Reversível 
Competitiva 
Incompetitiva 
 
 O inibidor liga-se tão fortemente à enzima que a dissociação 
é muito lenta. 
 
 Podem destruir grupos funcionais que são essenciais para a 
atividade enzimática. 
 
 A enzima não retoma à sua atividade normal. 
 
 Ex.: Inseticidas organofosforados na acetilcolinesterase 
(enzima importante na transmissão dos impulsos nervosos; 
inativadores suicidas). 
 
Ex: Inibição da enzima ciclo-oxigenase pelo acetilsalicilato 
 
Ciclo-oxigenase SÍNTESE Prostaglandinas 
Processo biológicos, ex. sensação de dor 
 Uma substância que compete diretamente com o substrato 
pelo sitio de ligação de uma enzima. 
 Inibidor normalmente é semelhante ao substrato, de modo 
que se liga especificamente ao sitio ativo, mas difere do 
substrato por não poder reagir com ele. 
 O inibidor liga-se à enzima formando o complexo EI 
cataliticamente inativo. 
Álcool desidrogenase do 
fígado 
As enzimas estão sujeitas à inibição reversível.... 
ENZIMAS REGULADORAS POSSUEM UM EFEITO MAIOR NA VELOCIDADE DA SEQUÊNCIA 
GLOBAL 
As atividades das enzimas reguladoras são moduladas 
por diversas maneiras: 
• Modificação covalente reversível; 
• Remoção de segmentos peptídicos por clivagem 
proteolítica (irreversível). 
• Enzimas alostéricas sofrem alterações de 
conformação em resposta à ligação de moduladores – 
moduladores ou efetores alostéricos (co-fatores 
ligados de modo não-covalente; efeitos cooperativos) 
 
 Um organismo deve poder regular as atividades catalíticas 
de suas enzimas para que ele possa coordernar seus 
processos metabólicos, responder às mudanças no meio, 
crescer e diferenciar-se, tudo de maneira ordenada. 
 
 Há duas maneiras pelas quais isso pode ocorrer: 
 Controle da disponibilidade da enzima. 
 Controle da atividade da enzima. 
 Controle da disponibilidade da enzima. 
 
 A quantidade de uma enzima em uma célula depende 
 
 velocidade de síntese 
 velocidade de degradação. 
 
Cada uma dessas velocidades é diretamente 
controlada pela célula e está sujeita a mudanças 
drásticas em períodos que vão de minutos (em 
bactérias) até horas (em organismos superiores). 
 Controle da atividade da enzima. 
 
 A atividade pode ser regulada por meio de alterações 
estruturais que influenciem a afinidade da ligação do 
substrato à enzima. 
 
 A afinidade de ligação do S a uma E pode variar também 
com a ligação de pequenas moléculas, chamadas 
efetores alostéricos que podem tanto aumentar como 
diminuir a atividade. 
 
 Um modelo muito comum de regulação alostérica é a 
inibição por "feedback”. 
 Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, 
atuando assim como moduladoras do metabolismo celular. 
Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros 
processos metabólicos pela célula. 
B C D E A 
Enzima a Enzima d 
Produto 
final 
Substrato 
inicial 
Enzima b Enzima c 
 Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, 
atuando assim como moduladoras do metabolismo celular. 
Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros 
processos metabólicos pela célula. 
B C D E A 
Enzima a Enzima d 
Produto 
final 
Substrato 
inicial 
Enzima b Enzima c 
 Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, 
atuando assim como moduladoras do metabolismo celular. 
Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros 
processos metabólicos pela célula. 
Substrato 
inicial 
B C D E A 
Enzima a 
Enzima d 
Produto 
final 
Enzima b Enzima c 
Interconversão entre formas mais ativas e menos 
ativas 
 
Grupos fosforilas afetam a estrutura e a atividade 
catalítica 
É o tipo mais comum de regulação por ligação 
covalente: 
 
•Proteínas quinases: inserem um grupo fosforila; 
•Proteínas fosfatases: remoção do grupo fosforila; 
•Inserção de grupos fosforila em resíduos Ser, Thr ou Tyr 
introduz um grupo carregado, volumoso, em uma região que 
era moderadamente polar; 
•Cadeias laterais carregadas negativamente podem repelir 
resíduos com carga negativa (Asp ou Glu) na vizinhança. 
Fosforilase a: mais ativa 
Fosforilase b: menos ativa 
As formas a e b diferem em 
suas estruturas secundária, 
terciária e quaternária