Aula 6 - Enzimas

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12/04/2018
Dis. Bioquímica Geral; Prof. Rafael Miranda 1
Aminoácidos, Peptídios e 
Proteínas
Prof. Dr. Rafael Miranda
Enzimas
AULA 6 
Disciplina: BIOQUÍMICA GERAL
Universidade Federal do Piauí
Campus Universitário Profa. Cinobelina Elvas (CPCE)
Graduação em Engenharia Florestal
I. Introdução
II. Nomenclatura e Classificação de Enzimas
III. Enzimas e Cofatores
IV. Funcionamento das enzimas
V. Modelo Chave-Fechadura versus Encaixe Induzido
VI. Fatores que interferem na atividade enzimática
VII.Cinética enzimática
VIII. Inibição da atividade enzimática
IX. Enzimas reguladoras
Enzimas e coenzimas
Qual a importância do estudo das 
enzimas?
INTRODUÇÃO
Enzimas
 Muitas doenças decorrem da
deficiência, ausência ou hiper-
atividade de certas enzimas;
 Importantes ferramentas práticas na
Indústria Química, Processamento de
Alimentos e Agricultura.
Enzimas
Catalisadores
Aumentam a velocidade 
das reações
Atuam diminuindo a 
energia de ativação
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INTRODUÇÃO
 Um organismo vivo deve ser capaz de se
autoreplicar e catalisar reações químicas
eficiente e seletivamente;
 Importância da Barreira de Ativação de
Compostos;
 Importância das Catálises: reações químicas
necessárias para sustentar a vida ocorrendo
em escala de tempo útil;
Enzimas
INTRODUÇÃO
Enzimas
Processos 
Fisiológicos Ocorram de modo ordenado Homeostasia
Enzimas: Catalisadores biológicos
 Alta eficiência catalítica;
 Alto grau de Especificidade pelo substrato;
 Aceleram Reações Químicas;
 Funcionam em soluções aquosas sob condições muito suaves (pH e 
temperatura fisiológicos);
 Não são consumidas durante a reação
INTRODUÇÃOEnzimas: breve histórico
 Catálise biológica  início séc.
XIX
• digestão da carne: estômago;
• digestão do amido: saliva.
 Década de 1850:
• Louis Pasteur - concluiu que a
fermentação do açúcar em álcool pela
levedura era catalisada por “fermentos”
= enzimas.
 Eduard Buchner (1897):
• extratos de levedo podiam fermentar o
açúcar até álcool;
• enzimas funcionavam mesmo quando
removidas da célula viva.
 James Sumner (1926)
• Isolou e cristalizou a urease;
• Cristais eram de proteínas;
• Postulou que “todas as enzimas 
são proteínas”.
 John Northrop (década 30)
• Cristalizou a pepsina e a tripsina 
bovinas;
 Década de 50 – séc. XX
• 75 enzimas  isoladas e 
cristalizadas;
• Ficou evidenciado caráter 
protéico.
 Atualmente + 2000 enzimas 
são conhecidas.
Nomenclatura e classificação
Enzimas e coenzimas
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Nomenclatura e classificação
 Adicionava-se sufixo ASE ao nome do substrato
 Exemplo: enzimas que hidrolisam
a) gorduras (lipo - grego) - LIPASE
b) amido (amylon - grego) - AMILASE
c) proteínas – PROTEASE
 Nomes arbitrários
a) Tripsina e pepsina - proteases
b) Catalase - H2O2
 Nomenclatura existente se tornou ineficaz:
Nomenclatura e classificação
• Década de 60 - IUB - União Internacional de Bioquímica - novo sistema 
de nomenclatura e classificação:
– mais complexo
– sem ambiguidades
– baseado no mecanismo de reação
• Sistema Oficial IUB:
– Cada enzima: no de código (E.C.- Enzyme Commission) com 4 
dígitos que caracterizam o tipo de reação
1º dígito - classe
2º dígito - subclasse
3º dígito - sub-subclasse
4º dígito - indica o substrato
CATALASE
E.C. 1.11.1.6
Nomenclatura e classificação E quantos aos cofatores?
 Apoenzima: parte proteica da enzima
 Cofator: grupamento químico adicional não proteico 
requerido pela enzima
 Coenzima: cofator não está ligado covalentemente à enzima. 
Exemplo: íons inorgânicos
 Grupo Prostético: cofator ligado covalentemente à enzima. 
Exemplo: vitaminas
Holoenzima: enzima + cofator (enzima ativa)
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Enzimas e cofatores
RNA
Estrutura 
Enzimática
Ribozimas
Se covalente
Apoenzima ou
Apoproteína
Grupo Prostético
Holoenzima
Cofator
Coenzima
Proteína
Pode ser:
• íon inorgânico
• molécula orgânica
Como as enzimas 
funcionam?
Funcionamento das enzimas
Enzimas e coenzimas
Coordenação de sequências organizadas de reações: 
conservação e transformação de energia
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ENZIMAS: conceitos e definições
 Ação catalítica: fornecer uma ambiente específico onde uma dada 
reação é energeticamente mais favorável;
 Sítio Ativo: cavidade da enzima onde ocorre a reação enzimática;
 Substrato: molécula que se liga ao sítio ativo e sofre a ação da 
enzima;
 Complexo Enzima Substrato: proposto por Wurtz (1980):
E + S E S E + P
E – Enzima S - Substrato(s) P – Produto(s)
ES - Complexo Enzima -Substrato
Constante de equilíbrio (K’eq) e Variação de energia livre padrão (ΔG’o)
ENZIMAS: conceitos e definições
Aceleram reações químicas
H2O2 H2O O2+
Catalase
Condições da Reação Energia Livre de Reação(kJ/mol)
Energia Livre de Reação
(kCal/mol) Velocidade Relativa
Sem catalisador 75,2 18,0 1
Platina 48,9 11,7 2,77 x 104
Catalase 23,0 5,5 6,51 x 108
ENZIMAS: conceitos e definições
Não são consumidas na reação
H2O2 H2O O2+
Catalase
E + S E + P
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ENZIMAS: conceitos e definições
São atuantes em baixas concentrações
1 molécula de Catalase
decompõe
5.000.000 de moléculas de 
H2O2
pH = 6,8 em 1 min
Número de renovação (Kcat) = n° de moléculas de substrato 
convertidas em produto por uma única molécula de enzima em 
uma dada unidade de tempo.
ENZIMAS: conceitos e definições
Não influenciam no equilíbrio da reação
 Abaixam a energia de ativação;
 Keq não é afetado pela enzima.
Sem atividade enzimática Com atividade enzimática (linha azul)
O que é energia de ativação?
 Energia de Ativação - energia necessária para que a reação ocorra em
uma das duas direções; ou seja, uma barreira energética para:
- Alinhamento dos grupos químicos reagentes;
- Formação de cargas transientes instáveis;
- Rearranjos de ligações;
- Dentre outras transformações.
Reação catalisada enzimaticamente
E + S E S E P E + P
As enzimas aumentam a velocidade da reação, não afetando seu 
equilíbrio, diminuindo a energia de ativação
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Reação catalisada enzimaticamente
Os aumentos da velocidade provocados pela enzima são bastante
variáveis; mas todas as enzimas são bastante específicas, discriminando
entre substratos com estruturas muito similares.
Como esse aumentos, enormes e altamente seletivos, 
na velocidade das reações podem ser explicados? 
De onde vem a energia que diminui drasticamente a 
energia de ativação para reações específicas?
Modelos propostos para o funcionamento 
das enzimas
1. Chave-Fechadura 
2. Encaixe Induzido 
Modelos propostos para o funcionamento 
das enzimas
1. Chave-Fechadura 
 Modelo proposto por Emil Fischer (1894)
 Alto grau de especificidade das enzimas originou
Chave-Fechadura, que considera que a enzima
possui sitio ativo complementar ao substrato.
 Interação específica e exclusiva entre duas moléculas
biológicas mediada por superfícies moleculares com
formas complementares;
 Uma enzima totalmente complementar ao seu
substrato seria muito eficiente?
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Modelos propostos para o funcionamento 
das enzimas
2. Encaixe induzido
 Haldane (1930), Linus Pauling (1946);
 Koshland (1958): enzima e o substrato sofrem conformação
para o encaixe. O substrato é distorcido para conformação
exata do estado de transição;
 A enzima é complementar ao seu estado de transição
(interações ótimas entre enzima e substrato só ocorrem no
estado de transição);
Modelos propostos para o funcionamento 
das enzimas
2. Encaixe induzido
Energia de Ligação: é a energia derivada da interação enzima-
substrato. É a maior fonte de energia livre usada pelas enzimas
para diminuir a energia de ativação das reações.
Modelos propostos para o funcionamento 
das enzimas
2. Encaixe 
induzidoEnergia de ligação – a fonte de energia para o
funcionamento das enzimas
1. Energia resultante das interações fracas entre a enzima e o substrato;
2. Responsável pela especificidade enzima-substrato;
3. Diminui a entropia entre moléculas reagentes, favorecendo a orientação 
correta para choques efetivos;
4. Provoca retirada da camada de solvatação dos reagentes;
5. Ajuda a compensar termodinamicamente qualquer tensão ou torção que o 
substrato precise sofrer para reagir;
6. Responsável pelo ajuste induzido (mudança conformacional da enzima);
7. A enzima é complementar ao seu substrato no estado de transição;
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A Energia de ligação contribui para especificidade e
catálise
Cinética enzimática
Enzimas e coenzimas
Como mensurar a atividade de uma 
enzima?
Fatores que interferem na atividade 
enzimática
a) Fatores decorrentes da natureza protéica das enzimas:
- pH;
- temperatura;
b) Fatores decorrentes da formação do complexo ES:
- concentração do substrato;
- concentração da enzima;
c) Presença de inibidores;
d) Presença de ativadores.
Fatores que interferem na atividade 
enzimática
a) Fatores decorrentes da natureza protéica das enzimas:
- pH;
- temperatura;
%
 a
ti
vi
da
de
 e
nz
im
át
ic
a 
m
áx
im
a
pH ótimo=1,5 pH ótimo=6,8 pH ótimo=9,9
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Fatores que interferem na atividade 
enzimática
b) Fatores decorrentes da formação do complexo ES:
- concentração do substrato;
E E
E E
S
+S
P
P+
Baixa concentração de substrato
Formação do produto é PROPORCIONAL à concentração de 
substrato
E E
E E
E E
E E
Fatores que interferem na atividade 
enzimática
b) Fatores decorrentes da formação do complexo ES:
- concentração do substrato;
100 % de saturação do centro ativo da enzima
S
S
S
S
+
S S
+ P
P
P
P
P
P
P
P
Formação do produto é PROPORCIONAL à concentração 
de substrato
E E
E E
E E
E E
E E
E E
S S
Fatores que interferem na atividade 
enzimática
b) Fatores decorrentes da formação do complexo ES:
- concentração do substrato;
Substrato em excesso
S
S
S
S
S
S
S
S
+ + P
P
P
P
P
P
P
P
S
S
S
S
S
S
S
S
Velocidade da reação independe da [S]
E E
E E
E E
E E
E E
E E
S S
S S
b) Fatores decorrentes da formação do complexo ES:
- concentração do substrato;
Quando a formação de P for 
proporcional à [S], a velocidade da 
reação é de 1a ORDEM
Quando a velocidade da reação 
independe da [S], a reação é de 
ORDEM ZERO
[S]
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Como mensurar a velocidade de uma 
reação?
V
Quantidade de produto formado em 
unidade de tempo
Quantidade de substrato transformado 
em unidade de tempo
Atividade enzimática pode ser medida pela velocidade da 
reação catalisada
E + S E S E + P
Como mensurar a velocidade de uma 
reação?
 Velocidade Inicial da Reação (Vo);
 Velocidade Máxima da Reação (Vmáx);
 Complexo ES.
Como mensurar a velocidade de uma 
reação?
E + S
K1
K-1
ES
Kp
E + P
Etapa rápida Etapa lenta
Equação de Michaelis-Menten
Como mensurar a velocidade de uma 
reação?
 Km
Km= [S]
Vmáx
[S]
Vo
Vmáx
2
Numericamente, Km pode ser expresso 
como a [substrato] necessária para 
que a velocidade da reação seja 
metade da velocidade máxima
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Como mensurar a velocidade de uma 
reação?
 Km – comumente conhecido como constante de afinidade
Km Pequena [substrato] é necessária para que a reação 
atingir metade da Vmáx
Km
Grande [substrato] é necessária para que a reação 
atingir metade da Vmáx
 Característico de cada enzima
 Pode refletir a afinidade da enzima pelo seu substrato
 É numericamente IGUAL a [substrato] na qual a velocidade 
da reação é metade da Vmáx
Existem várias transformações para a 
Equação de Michaelis-Menten
Tipos de inibição da atividade 
enzimática
Enzimas e coenzimas
Tipos de inibição da atividade enzimática
Inibidores
 Agentes moleculares que interferem na catálise, diminuindo ou
cessando as reações enzimáticas;
 Importantes alvos para ação de fármacos;
 Estudos com inibidores oferecem informações válidas sobre
mecanismos enzimáticos e têm ajudado a definir algumas vias
metabólicas;
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Tipos de inibição da atividade enzimática
Quanto ao tipo de inibição:
1. Inespecífica:
• inibidor  a atividade de todas as enzimas 
• ex: agentes desnaturantes
2. Específica:
• inibidor  a atividade de uma única enzima ou de um grupo restrito 
de enzimas:
– Irreversível
– Reversível
Tipos de inibição da atividade enzimática
Inibição irreversível
 Inibidor se combina com grupo funcional 
(sítio ativo) da enzima;
 Forma um complexo estável;
 Forma-se ligação covalente entre inibidor e 
enzima;
Inibição reversível
 Inibidor forma com a enzima composto instável;
 Inibição não envolve formação de ligação covalente
Inibição reversível
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Enzimas reguladoras
Enzimas e coenzimas
 As vias metabólicas possuem uma ou mais enzimas que têm um maior efeito
na velocidade de toda a via;
 Essas enzimas reguladoras exibem aumento ou diminuição de sua atividade
catalítica em resposta a certos sinais;
 Os ajustes na velocidade das reações, e também em sequências metabólicas,
catalisadas por enzimas reguladoras permitem às células minimizar os gastos
desnecessários de energia e de biomoléculas requeridas para crescimento e
reparo.
 Dois tipos: i) reguladas alostericamente; ii) reguladas por modificações
covalentes reversíveis
Enzimas reguladoras
Enzimas Alostéricas
Apresenta-se em 2 conformações
R – sítio regulatório
S – sítio catalítico
Relaxada Tensa
equilíbrio
A forma R tem afinidade pelo substrato 
e/ou efetor positivo
A forma T tem afinidade pelo efetor 
negativo
Enzimas reguladas por modificações 
covalentes reversíveis
 Modificações de grupos como:
– Fosforil;
– Adenilil;
– Uridilil;
– Metil;
– Ribosil adeninosina difosfato;
 Clivagem proteolítiva do precursor enzimático:
– Precursor inativo: zigmogênio;
– Ativado por proteases específicas.
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