Aula 4 - Enzimas

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Enzimas
Professora MSc. Sandy Bernardi Falcadi Tedesco Girotto
E-mail: sandy.girotto@udesc.br
Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC/CAV
Departamento de Engenharia Ambiental e Sanitária 
Curso: Engenharia Ambiental e Sanitária
Disciplina: Bioquímica – BIOQ72
Estrutura das proteínas
Estruturas primárias
Ordem ou sequência linear na qual os aminoácidos estão ligados ao longo da cadeia polipeptídica linear
A estrutura primária é a primeira etapa unidimensional na especificação da estrutura tridimensional de uma proteína que por sua vez determina as suas propriedades  função 
As estruturas primárias são formadas entre aminoácidos unidos por LIGAÇÕES PEPTÍDICAS
Lys
Lys
Gly
Gly
Leu
Val
Ala
His
Gly
Lys
Val
Gly
Leu
His
Ala
Lys
Mesmo número e tipo de aminoácidos. 
No entanto, a estrutura primária é DIFERENTE
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Estruturas Secundárias
Arranjo do esqueleto da cadeia polipeptídicas mantidas por pontes de hidrogênio, entre C=O e grupo N-H da cadeia principal.
A formação do esqueleto peptídico é possível porque existe entre os resíduos de aa ligações com livres rotações seja entre C-C ou C-N.
Estrutura -hélice
Estrutura -pregueadas
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Estruturas Terciárias
Arranjo tridimensional de todos os átomos da molécula (cadeia principal e cadeia lateral) 
Inclui: cadeias laterais, posições de qualquer grupo prostético, arranjo de seções helicoidais e folha -pregueada.
Forças estabilizadoras não-covalentes – entre as cadeias laterais dos AA
Atração eletrostática
Interações hidrofóbicas
Pontes de hidrogênio entre cadeias laterais
Pontes de dissulfeto
Complexação com íons metálicos
interações não covalentes – pontes de hidrogênio, pontes de disulfeto...
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Estruturas Quaternárias
Arranjo tridimensional 
Propriedade da proteína constituída por mais de uma cadeia polipeptídica (sub unidades)  2 a 12 cadeias compõem uma unidade funcional 
As sub unidades podem ser idênticas ou diferentes
Na estrutura quaternária as cadeias interagem entre si e são mantida por ligações não covalentes
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Revisão Proteínas
Proteínas - cadeias longas de aminoácidos unidos por ligações peptídicas. 
20 aa encontrados em proteínas
Formam uma infinidade de proteínas
Diferentes funções vitais para os organismos vivos
Proteínas com funções diferentes possuem sequencias de aa diferentes
Função enzimática 
Dentre os possíveis aminoácidos, somente 20 são normalmente encontrados em proteínas.
Estes 20 a.a formam uma infinidade de proteínas que tem diversas funções e são vitais para os organismos vivos. 
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Aula 04.
4 Enzimas
4.1 Introdução
	4.1.1 Variações de energia
	4.1.2 Fatores que influenciam as atividades enzimáticas
	4.1.3 Complexo ES
4.2 Cinética enzimática 
4.3 Inibição enzimática
4.4 Enzimas Reguladoras/Alostéricas
	4.4.1 Regulação das atividades enzimáticas
Introdução
Manutenção da vida celular  dependem de uma contínua ocorrência de um conjunto de reações químicas, que devem:
1. Ocorrer em velocidades adequadas à fisiologia celular
2. Ser específicas  gerar produtos específicos
Enzimas são catalisadores celulares
Aceleram o metabolismo
Para que estas reações químicas ocorram de uma maneira mais eficiente, com velocidades adequadas é necessário o auxílio de enzimas capazes de realizar a catálise de reações. 
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Introdução
Uma das funções mais importantes das proteínas é a catálise.
Os catalisadores biológicos são chamados de enzimas  muito eficientes.
Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas:
Unidades funcionais do metabolismo celular  aceleram o metabolismo
Enzimas são catalisadores celulares extremamente poderosos
 aumentam a velocidades das reações químicas por um fator de até 1014 vezes mais do que uma reação não catalisada.
Importância
Participam de quase todas as reações do organismo animal
Permitem que certas reações ocorram no tempo que elas devem ocorrer
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Introdução
As ENZIMAS aceleram a velocidade de uma reação, sem, no entanto participar dela como reagente (substrato) ou produto
As enzimas atuam ainda como reguladoras deste conjunto complexo de reações
São extremamente específicas  conseguem diferenciar compostos
Ribozima: formada por RNA. Catalise do RNA.
Catalase: enzima constituída por proteína. Catalisa a decomposição do peróxido de hidrogênio.
Ribozima se encontra nas organelas que constituem o DNA e o RNA. (apagar depois)
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Enzimas 
A maior parte das enzimas são proteínas (exceção: Ribozima)
A atividade catalítica depende da integridade da conformação nativa da proteína
Se houver alteração na estrutura da enzima sua atividade é afetada
Sendo assim: 
As estruturas primárias, secundárias, terciárias e quaternárias são essenciais para atividade catalítica
Uma ribozima é uma molécula de RNA com capacidade auto-catalítica semelhante às enzimas. 
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Enzimas – acelerar o metabolismo 
Metabolismo: é o somatório de todas as reações bioquímicas dos organismos. Reações enzimaticamente catalisadas - Vias metabólicas.
CATABOLISMO
ANABOLISMO
Anabolismo: reações de biossíntese, sintetiza substâncias mais complexas, ou seja, absorve energia para produzir novos componentes (reação endorgônica). 
Catabolismo: degradação de
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Enzimas
Metabolismo basal – metabolismo baixo/lento  ocorre quando a célula não produz energia
ENERGIA = Libera e/ou consome
Mínimo de energia q a célula precisa pra sobreviver. 
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Enzimas 
Função  catálise  processo que aumenta a velocidade das reações metabólicas
REAGENTES (substrato)
PRODUTO
?
Ação da enzima
?
glicose
ATP
As enzimas ATUAM NA QUEBRA DE MOLÉCULAS QUÍMICAS PARA FORNECER ENERGIA de ligação. 
Adição ou retirada de algum grupamento químico. 
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Enzimas 
Aumentam a velocidade das reações por meio da redução da energia livre de ativação, 
mas sem afetar os aspectos termodinâmicos da reação. 
Leis da Termodinâmica  temperatura, pressão e volume
Conceito:
Energia de ativação  energia mínima necessária para iniciar uma reação química.
Energia de ligação: energia liberada pelas reações químicas que acontecem quando a enzima se liga ao substrato. Ajuda a reduzir a energia de ativação. 
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Variações de Energias
As reações podem ser espontâneas, ou seja, não necessitam de energia externa para acontecer, mas não quer dizer que sejam instantâneas.
∆G’₀ variação de energia livre entre o produto e o substrato 
(define o equilíbrio)
ΔG+ energia de ativação (define a velocidade)
∆G’₀  Reação exergônica - libera energia
Observar o gráfico de transformação de S em P: onde tem um substrato que vai ser transformado em P. Para esta reação ocorrer há a necessidade de uma determinada energia. 
Reação exergônica: energia do S é maior do que a do P, está diferença de energia foi liberada. 
Processos que liberam energia são favorecidos. 
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Energia de Ativação (ΔG+ )
Energia de ativação ΔG+: são barreiras, porém são cruciais para a existência;
Se não houvessem estas barreiras, as macromoléculas se reverteriam espontaneamente às suas formas mais simples e os processos metabólicos não poderiam existir.
Estado de transição: momento do deslocamento molecular, onde há a quebra ou a formação de ligações, desenvolvimento de cargas prosseguem até um ponto onde o decaimento é igualmente provável tanto para o substrato quanto para o produto
Estado de transição – momento da reação em que o substrato está sendo quebrado para ser transformado em Produto. 
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Variação de energia livre (∆G)
Reação com liberação de energia - G’° (variação de energia livre) é negativa  reação exergônica
Processos que liberam energia são favorecidos
São espontâneos 
Reação com ganho de energia - G’° (variação de energia livre) é positiva  reação endergônica
Processos que requerem energia são desfavorecidos
Não são espontâneos 
Exemplo bioquímico
Glicose + 6 O2			 6 CO2 + 6 H2O
G’°= -2.880 KJ/mol
Reação que requer vários Catalisadores e 
Energia de Ativação
Exergônica
(substrato)
(produto)
Ação da enzima
Esta reação é termodinâmica favorável, poisa G (variação energia livre) é negativa. Vale ressaltar que o termo espontâneo não significa instantâneo. A glicose é estável no ar (fonte ilimitada de O2), contudo é preciso fornecer uma certa quantidade de energia para iniciar a reação (a energia de ativação). 
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As enzimas aumentam a velocidade das reações – 1014
Entretanto não alteram a constante de equilíbrio e não há variação da ENERGIA LIVRE (∆G’₀).
Para que a reação ocorra é necessário que ela ultrapasse a barreira chamada “Energia de ativação”
VELOCIDADE
Quantidade de energia requerida para iniciar a reação
G’°= -2880 KJ/mol
Exergônica
A transformação de glicose em CO2 pode até correr sem a presença de uma enzima, mas a energia requerida será muito maior e vai demorar muito tempo para ocorrer, podendo inviabilizar a reação. 
A energia de ativação requerida com a ação de uma enzima é muito menor do que a energia de ativação sem a enzima. 
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Entendo como as enzimas trabalham
As enzimas oferecem um ambiente para que as reações aconteçam rapidamente
Sítio ativo
Revestido de AA com grupos substituintes que ligam o substrato e facilitam a reação
Substrato
Liga-se ao sítio ativo e age sobre a enzima
Sítio ativo: onde ocorrem as reações. Vai depender dos aminoácidos que compõem a enzima, estes vão se ligar com os substratos que forem mais favoráveis, ou seja, os substratos específicos daquela enzima. 
O substrato liga-se, em geral por interações não-covalentes, a uma pequena porção da enzima – o sítio ativo – frequentemente situado em uma fenda ou bolso na superfície da proteína e que consiste de certos aminoácidos essenciais para a atividade enzimática. 
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Relembrando...
Cadeia lateral aromática
Cadeia lateral polar não carregada
Cadeia lateral carregada positivamente (AA básicos)
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Entendo como as enzimas trabalham
As enzimas oferecem um ambiente para que as reações aconteçam rapidamente
Sítio ativo
Revestido de AA com grupos substituintes que ligam o substrato e facilitam a reação
Substrato
Liga-se ao sítio ativo e age sobre a enzima
Sítio ativo: onde ocorrem as reações. Vai depender dos aminoácidos que compõem a enzima, estes vão se ligar com os substratos que forem mais favoráveis, ou seja, os substratos específicos daquela enzima. 
O substrato liga-se, em geral por interações não-covalentes, a uma pequena porção da enzima – o sítio ativo – frequentemente situada em uma fenda ou bolso na superfície da proteína e que consiste de certos aminoácidos essenciais para a atividade enzimática. 
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Entendendo como as enzimas trabalham
 A velocidade de uma reação aumenta a medida que a energia de ativação diminui; portanto as enzimas diminuem a energia de ativação
Perceba que a presença de um catalisador, neste caso, as enzimas, diminui a energia de ativação, acelerando as reações
E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P
Energia de ativação
Em um primeiro momento se tem Enzima e Substrato, quando eles entram em contato vamos ter a ligação entre eles (ES) que é reversível, as reações acontecem e o ES se transforma em EP, após a transformação do Substrato em Produto, a Enzima libera o Produto (E+P).
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Várias interações ocorrem entre a enzima e o substrato permitindo a especificidade e o aumento da velocidade;
Formação de ligações covalentes e transferências de grupos ocorrem de forma transitória entre o substrato e a enzima;
Interações não-covalentes e covalentes transitórias contribuem significativamente para a diminuição da energia de ativação;
A formação do complexo ES diferencia significativamente as enzimas dos outros catalisadores; este complexo é formado graças a mediação das interações hidrofóbicas, iônicas e pontes de hidrogênio;
A formação de cada interação fraca no complexo ES libera pequenas mas significativas quantidades de energia → ENERGIA DE LIGAÇÃO (∆GB) → responsável pela diminuição da energia de ativação.
Energia de ligação  energia liberada pelas reações químicas que acontecem quando a enzima se liga ao substrato. 
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ENERGIA DE LIGAÇÃO (∆GB) → energia liberada pelas reações químicas que acontecem quando a enzima se liga ao substrato. 
	Responsável pela diminuição da energia de ativação.
ENERGIA DE ATIVAÇÃO (ΔG+)  energia mínima necessária para iniciar uma reação química.
CUIDADO
Reações fracas covalentes e não covalentes: entre E e S: interações hidrofóbicas, iônicas e pontes de hidrogênio
Energia de ligação  energia liberada pelas reações químicas que acontecem quando a enzima se liga ao substrato.
 
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Fatores que influenciam na atividade enzimática 
Efeito do pH: qualquer alteração para um pH maior ou menor pode diminuir a atividade da enzima
As enzimas possuem um pH (intervalo) na qual sua atividade é máxima
As cadeias laterais dos AA no sítio ativo podem atuar como ácidos ou bases fracas.
Alguns fatores podem influenciar nas reações tornando-as mais lentas ou mais rápidas. 
Enzimas trabalham em pHs ótimos, ou pH ideais, onde a atividade da enzima é máxima. 
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Fatores que influenciam na atividade enzimática 
Efeito do pH: As enzimas possuem um pH ideal (intervalo) na qual sua atividade é máxima
II – Enzima: ptialina
Substrato: amido
pH ideal: 7,0
Local de atuação: boca
Ex.:
I – Enzima: pepsina
Substrato: proteína
pH ideal: 2,0
Local de atuação: estômago
III – Enzima: lipase
Substrato: lipídios
pH ideal: 8,5
Local de atuação: intestino
Alguns fatores podem influenciar nas reações tornando-as mais lentas ou mais rápidas. 
Enzimas trabalham em pHs ótimos, ou pH ideais, onde a atividade da enzima é máxima. 
Enzimas do estomago trabalham em pHs ácidos
Boca: pH 7,0 – 8,0
Estômago: pH 1,0 – 2,0
Intestino: +- 8,5 
Quando a ptialina sai da boca (junto com o alimento) e vai para o estômago ela se desnatura, perdendo a sua ação e parando de digerir o amido. 
Ex: quando vc come um sanduiche que possui pão (amido), proteína no presunto e lipídios na gordura do presunto. Cada componente vai ser dgerido em seu devido lugar, conforme as proteínas que possuem em cada local. 
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Fatores que influenciam na atividade enzimática 
Temperatura: A variação da temperatura também pode alterar a atividade enzimática, desnaturando as proteínas.
Corpo humano:
Temperatura ideal: 36,5°C 37,2°C - atuação da maioria das enzimas
Febrícula: 37,3ºC e 37,8ºC  enzimas de defesa
Febre: 38°C  mal estar
39°C  confusão mental 
40°C  confusão mental
41°C  desnaturação das proteínas
Efeitos da Temperatura:
AUMENTO: desnaturação 
DIMINUIÇÃO: redução da velocidade (energia das moléculas)
O aumento da temperatura corporal (febre) serve como mecanismo de defesa do organismo, onde um aumento da temperatura (de 37°C a 37,5°C) vai aumentar a atividade enzimática de enzimas de defesa, e do sistema imunológico para o combate ao vírus.
Quando a temperatura corporal atinge cerca de 39ºC, já pode causar confusão mental e delírios. Acima de 40ºC, pode desencadear convulsões.
Mas uma febre acima de 41°C é preocupante, pois pode levar a desnaturação das proteínas causando o óbito da pessoa. 
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Formação do complexo ES
A primeira etapa é a ligação do Substrato com a Enzima, a qual ocorre devido interações altamente específicas entre o substrato e as cadeias laterais dos aminoácidos que constituem o sítio ativo.
Modelos de ligação
Modelo Chave-Fechadura
Modelo Encaixe Induzido
Dois modelos importantes foram desenvolvidos para descrever este processo de ligação. 
Cada enzima possui seu próprio e único mecanismo de catálise – o que não é surpreendente, visto a grande especificidade das enzimas. 
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Formação do complexo ES
Modelo Chave-Fechadura: alto grau de similaridade entre o substrato e a geometria do sítio ativo da enzima. 
E+S 	 	 SE		 E+P
Ligações fracas
O substrato liga-se ao sítio ativo da enzima, cuja forma completa sua forma, como uma chave na fechadura. Este modelo não leva em conta uma propriedade importante das proteínas, a flexibilidade conformacional.
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Formação do complexo ES
Modelo Encaixe Induzido: o substrato induz a uma mudança conformacional na enzima.As cadeias laterais dos aminoácidos que formam o sítio ativo sofrem uma reorientação de maneira que as suas posições potencializem a ação catalítica da enzima. 
Ligações fracas
Leva em conta a flexibilidade conformacional das proteínas. 
O sítio de ligação possui uma conformação tridimensional diferente antes da ligação do substrato. Após a ligação do substrato e a formação subsequente do estado de transição, as ligações são rearranjadas. 
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Formação do complexo E+P
Modelo Encaixe Induzido: o centro ativo de uma enzima possui grupos funcionais arranjados otimamente, para formar interações fracas com um substrato particular, em um ESTADO DE TRANSIÇÃO
A especificidade da reação e a catálise são fortemente influenciadas pela energia de ligação
As ligações são rearranjadas.
Efeitos de proximidade e orientação aceleram a reação.
esta enzima não será capaz de interagir NO MESMO GRAU com outra molécula → ESPECIFICIDADE
Ou seja, no momento em que o substrato vai se aproximando do sitio ativo, os seus átomos vão se orientando e se direcionando aos átomos que irá reagir no sítio ativo. Este efeito de proximidade e orientação dos átomos aceleram a reação de transformação do substrato. 
No estado de transição, o substrato está ligado próximo aos átomos com os quais irá reagir, sendo direcionado aos átomos que irá reagir. Os efeitos de proximidade e orientação aceleram a reação. Enquanto algumas ligações são quebradas e novas são formadas, o substrato é transformado em produto. O produto é liberado da enzima, e ela pode catalisar outro substrato para transformar em produto. 
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4.2 Cinética enzimática 
 Se o início da reação for monitorado é possível perceber que quanto mais substrato for adicionado maior será a velocidade da reação. Ou seja, a velocidade neste caso é em função do [S].
A velocidade máxima Vmax é atingida quando todos os sítios ativos das Enzimas estão ocupados por moléculas de Substrato (ES).
Nestas condições, qualquer aumento adicional de substrato não tem efeito na velocidade.
Concentração de substrato [S] mM
A cinética enzimática explica o mecanismo da ação das enzimas
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Cinética enzimática 
Saturação enzimática
Curva de saturação para uma enzima mostrando a relação entre a concentração do substrato e a velocidade de reação.
Na velocidade máxima, Vmax, todos os sítios ativos estão ocupados (SATURADOS) com substrato, ou seja, não existe enzima livre para ligar mais substrato
A velocidade da reação enzimática depende da [S]
A velocidade da reação enzimática não depende da [S]
Observa-se que na parte inicial do gráfico (onde tem pouco substrato) que a velocidade da reação enzimática depende da concentração de substrato, ou seja, quanto mais substrato maior é a velocidade da reação. Na parte superior do gráfico (quando a [S] atinge um certo nível) todas as enzimas estão ocupadas (saturadas), atingindo a velocidade máxima da reação, logo a velocidade não depende mais da [S].
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Cinética enzimática 
Parâmetros Cinéticos: A relação entre a velocidade da reação e a concentração de substrato pode ser expressa quantitativamente
A velocidade máxima (Vmax) depende do número de moléculas de substrato presentes.
Km  “afinidade” da enzima pelo substrato 
Equação de Michaelis-Menten
Km-constante de Michaelis-Menten  [S] necessária para que a velocidade da reação = ½ Vmax.
Quanto MAIOR o valor de Km MENOR é a força de ligação da enzima ao substrato (substrato em excesso)
Km  [S] quando a reação ocorre com a metade da velocidade máxima. Deriva da equação de Michaelis-Menten
Representa a afinidade da enzima com o substrato: quanto menor o Km significa que será preciso menos substrato para a reação atingir a velocidade máxima, onde todas as enzimas estão na forma de ES. 
A velocidade da reação é igual a metade da Vmáx (V=Vmáx/2), quando Km=[S], ou seja, Km=[S] quando metade dos sítios ativos das enzimas estão ocupados pelo substrato. 
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4.3 Inibição enzimática
Inibidores enzimáticos  são agentes moleculares que interferem na catálise: 
Reduzindo ou parando as reações catalisadas por enzimas
Torna a velocidade de reação mais lenta
Inibe a enzima que catalisa a primeira reação na etapa da síntese das prostaglandinas, compostos envolvidos no processo de produção da DOR
Duas classes de inibidores 
Reversíveis 
Inibidores competitivos 
Inibidores não competitivos 
Irreversíveis 
As enzimas catalisam praticamente todos os processos celulares → logo, é normal que alguns inibidores enzimáticos sejam fármacos, METAIS., ou outro tipo de xenobiótico, ou ainda composto endógeno ou parasita.
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Inibição enzimática
a) Inibição Reversível
INIBIÇÃO COMPETITIVA: compete com o substrato pelo sítio ativo da enzima, dificultado/impedindo a catálise do substrato e reduzindo a afinidade E-S
Muitos inibidores competitivos se assemelham com o substrato
Inibidores semelhantes ao substrato se ligam ao substrato, impedindo a catálise do substrato. 
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Inibição enzimática
a) Inibição Reversível
INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA: liga-se a um sítio diferente do sítio ativo do substrato
O inibidor causa uma mudança na estrutura da enzima, especialmente perto do sítio ativo
O substrato pode ligar-se a enzima, contudo a enzima não consegue catalisar a reação de maneira tão eficiente 
O inibidor reduz significativamente a atividade da enzima
Reduz a Vmax da reação.
Inibidor não competitivo: impede que a enzima atinja a Vmáx. mas mantem o mesmo Km da enzima
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Inibição enzimática
b) Inibição Irreversível 
Envolve a formação ou quebra de ligações covalentes das enzimas 
Inibidores irreversíveis se ligam de forma covalente com um grupo funcional da enzima - podem destruir grupos que são fundamentais 
Inibidores irreversíveis + enzima  proteína enzimaticamente inativa, de forma que a enzima original não pode ser regenerada
→ inviabilizando a atividade da enzima
Ex: inibição enzimática irreversível no tratamento da AIDs
  Medicamentos como: Saquinavir, Ritonavir, Indinavir
Atuam como INIBIDORES DA PROTEASE DO HIV-1
A Protease do HIV é uma proteína essencial para a produção de novas partículas virais nas células infectadas (sendo exclusiva deste vírus)
Estes medicamentos tornam o vírus inativo dentro do organismo. 
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Inibição enzimática
Exemplo: inibição enzimática no tratamento da AIDs
Inibidores da ação de enzimas presentes no vírus HIV podem atuar como agentes terapêuticos
Protease do HIV é essencial para a produção de novas partículas virais nas células infectadas 
Alguns inibidores conseguem se ligar ao sítio ativo da protease do HIV
Os inibidores da protease do HIV têm se mostrado mais efetivos quando combinado com outras drogas terapêuticas → por exemplo, diminuindo os níveis de vírus na circulação sanguínea
A Protease do HIV é uma proteína essencial para a produção de novas partículas virais nas células infectadas (sendo exclusiva deste vírus)
Sem estas proteínas, as partículas virais viáveis não podem ser liberadas para causar infecção em outras células
Estes inibidores geralmente se ligam ao sítio ativo da protease do HIV
Os inibidores da protease do HIV têm se mostrado mais efetivos quando combinado com outras drogas terapêuticas→ por exemplo, diminuindo os níveis de vírus na circulação sanguínea
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4.4 Proteínas alostéricas 
Proteínas alostéricas são aquelas que sofrem alterações em sua conformação, induzidas por ligação de moduladores. 
Assim, como as subunidades são unidas por interações não covalentes, qualquer pequena alteração em uma das subunidades pode causar mudanças drásticas nas propriedades de um sítio distante
Exemplo:
Alosteria da hemoglobina – quando um O2 se liga a um dos agrupamentos heme, os demais tende a se ligar com O2 com maior facilidade  efeito cooperativo 
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4.4 Enzimas alostéricas 
São enzimas que necessitam de um modulador que se liga em outro sítio ativo, que não o catalítico, para aumentar ou diminuir sua atividade, além disso, esta modulação também pode ser por adição de grupamentos químicos em sítios específicosda enzima.
O modulador se liga ao sítio regulador de forma reversível ou irreversível
O modulador auxilia na reação de transformação do substrato em produto
Uma enzima alostérica depende de outro sítio que está em outro local da enzima, para que sua atividade seja aumentada ou reduzida. 
Uma enzima alostérica tem um sítio ativo catalítico onde um substrato se liga de forma reversível, e um sítio ativo modulador onde um modular alostérico se liga de forma reversível (ou irreversível). Para transformar o substrato em produto a enzima depende de alterações que ocorrem no sítio alostérico. 
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Enzimas alostéricas 
ENZIMAS REGULADORAS → possuem efeito maior na velocidade global podem ↑ ou ↓ a atividade catalítica → em resposta a certos sinais
Ambas as classes de proteínas e enzimas reguladoras tendem a ter múltiplas subunidades e geralmente o sítio ativo e o sítio regulador estão em subunidades separadas
Por mostrarem cinética cooperativa, as Enzimas alostéricas tem uma reação diferente na presença de inibidores do que as enzimas não-alostéricas, assim o modelo de Michaelis-Mentem não descrevem o seu comportamento.
Comportamento cinético de enzimas
Km
[S]
V
Numericamente, Km pode ser expresso como a [substrato] necessária para que a velocidade da reação seja metade da velocidade máxima
Vmáx
Vmáx/2
Conforme a [S] aumenta a curva cresce de forma exponencial. 
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Comportamento cinético de enzimas alostéricas
V
[S]
1/2Vmax
Vmax
O comportamento sigmóide geralmente reflete interações cooperativas entre as subunidades protéicas. Isto é, uma pequena alteração em uma das subunidades reflete nas subunidades adjacentes.
Elas não exibem saturação com o substrato quando a [S] for suficientemente alta.
Dependem da necessidade de [P] pela célula
Produzem uma curva de saturação sigmóide
Km
Cinética enzimática
Depende de dois fatores por isso forma uma curva sigmoide, [S] e [modulador].
Não vai atingir uma velocidade máxima pois seu funcionamento depende da necessidade do produto dentro da célula, assim ela poupa energia. 
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Enzimas alostéricas 
Da mesma forma que o sítio ativo da enzima é específico para seu substrato, cada sítio regulador é específico para seu modulador 
→ portanto, enzimas com vários moduladores diferentes possuem diferentes sítios de ligação específicos para cada um
Sítio catalítico
Sítio regulador
Moduladores
Estimuladores
Inibidores
Modulador: função – ligar ou desligar a enzima alostérica/reguladora. Pode ser um substrato ou um produto da reação enzimática (retroalimentação).
Modulador positivo: aumentar a capacidade de catálise do substrato (Km) ou aumentar a capacidade de catálise da enzima (Vmáx.)
Modulador negativo: pode alterar a conformação da enzima, reduzindo a capacidade de catálise do substrato (Km) ou reduzindo a capacidade de catálise da enzima (Vmáx.).
A interação que ocorre é o ajuste induzido, onde o substrato induz a uma modificação na enzima e o modulador altera a conformação da enzima para que a enzima realize a catálise do substrato. 
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Comportamento alostérico
A forma TENSA representa a forma inativa da enzima, com baixa afinidade pelo substrato
A forma RELAXADA representa a forma ativa da enzima, com alta afinidade pelo substrato
Modulador negativo: I  enzima na forma tensa 
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Comportamento de enzimas alostéricas
A forma RELAXADA representa a forma ativa da enzima, com alta afinidade pelo substrato
A forma TENSA representa a forma inativa da enzima, com baixa afinidade pelo substrato
Forma relaxada 
(R)
Forma tensa (T)
A enzima pode estar na sua forma Tensa por dois motivos: 
ausência de substrato: o substrato se aproxima e ativa a enzima (forma relaxada)
Presença de um modulador negativo: quando a célula apresenta excesso de produto. 
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Exemplos de reações da Hexoquinase
A hexoquinase é uma reação reversível: 
- Utiliza 2 substratos: a glicose e o ATP
- Possui 2 sítios moduladores (+ e -)
A interação do ATP e a glicose no sítio ativo induz uma alteração na conformação da enzima que passa a ser cataliticamente ativa
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Regulação da atividade enzimática
Exemplo do metabolismo da glicose: São de extrema importância uma vez que estas vias precisam ser “desligadas” quando não houver necessidade imediata de seus produtos.
X
X
X
(Inibida pela G6P)
(Inibida pelo ATP)
(Inibida pelo ATP)
Normalmente os pontos
de controle são próximos
as extremidades da via.
O crescimento celular e a sobrevivência dependem da eficiência do uso de recursos → ENZIMAS REGULADORAS
Exoquinase
3. Fosfofruto-quinase
10. Piruvato quinase
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Regulação por retroalimentação
Perceba que o produto final inibe a atividade da enzima que catalisa a primeira reação da via → inibição alostérica → a isoleucina se liga ao SÍTIO REGULADOR da enzima 1.
Esta ligação é não-covalente e reversível. Então quando ↓ a [isoleucina] ↑ atividade da enzima regulatória (E1) e vice-versa.
Via metabólica: um modulador negativo reduz a velocidade máxima de reação 
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Enzimas alostéricas  inibidores não competitivos
Inibidor não competitivo
Não necessariamente causam alterações conformacionais entre as formas ativa ou inativa
Enzima Alostérica:
Alteração na conformação
A enzima alostérica apresenta um sítio especifico para um modulador específico, esta enzima pode sofrer uma inibição alostérica quando um produto está em altas concentrações. 
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Coenzimas
Algumas enzimas não necessitam de nenhum componente químico adicional além de AA para a sua atividade catalítica. 
Enquanto outras requerem um componente adicional a cadeia polipeptídica.
Cofatores: um ou mais íons inorgânicos
Se lembra dos conceitos de APOPROTEÍNA e GRUPOS PROSTÉTICO?
Íons metálicos são cofatores de algumas enzimas, por isso a importância de ter uma dieta balanceada – bom funcionamento enzimático. 
Isso explica a toxicidade dos Hg2+ e do Cd2+, os quais podem substituir o Zn2+ nos sítios ativos das enzimas, tornando a enzima inativa. 
Grupos prostéticos são cofatores. 
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Enzimas
Coenzimas: complexo orgânico ou molécula metalorgânicas. Geralmente atuam como transportadora transitória de grupos funcionais específicos
Algumas enzimas necessitam tanto de uma coenzima como íons metálicos para a sua atividade
Resumo da aula
As enzimas aceleram a velocidade das reações por meio da redução da energia livre de ativação  importância para a manutenção da vida celular
A maior parte das enzimas são proteínas (exceção: Ribozima) – específicas e dependem das conformações
Energia de ativação: energia mínima necessária para iniciar uma reação química.
Energia de ligação: energia liberada pelas reações químicas que acontecem quando a enzima se liga ao substrato. Ajuda a reduzir a energia de ativação. 
Sítio ativo: região da enzima onde as reações ocorrem rapidamente
Fatores que influenciam na atividade enzimática: pH e temperatura
A ligação ES ocorre entre os átomos do S e as cadeias laterais dos AA presentes no sítio ativo das enzimas:
Modelos de ligação: Modelo Chave-Fechadura e Modelo Encaixe Induzido
Resumo da aula
Vmax: todos os sítios ativos estão ocupados (SATURADOS) com substrato
Km [S] necessária para que a velocidade da reação = ½ Vmax
Inibidores: Reversíveis (Inibidores competitivos e Inibidores não competitivos) e Irreversíveis 
Enzimas alostéricas  moduladores  aumentar ou diminuir sua atividade enzimática 
Sítio ativo: ligação do substrato ≠ Sítios moduladores: ligação dos moduladores
Enzimas alostéricas na forma Tensa (T) estão inativas, enzimas na forma Relaxada (R) 
Coenzimas: enzimas ligadas a cofatores que auxiliam na catálise dos Substratos
Exercícios de fixação
Fazer em sala e entregar 
10% da nota
Exercícios de fixação
Explique o funcionamento das enzimas?
Como as enzimas reduzem a energia de ativação das reações catalisadas? 
Diferencie energia de ativação e energia de ligação?
Qual é o local da enzima onde ocorrem as reações de transformação do substrato em produto? 
Explique os modelos chave-fechadura e o modelo do encaixe induzido? 
Qual o significadoda Vmáx?
Qual o significado do Km?
O que ocorre quando km é igual a concentração de substrato - Km=[S]?
O que são inibidores enzimáticos? Descreva uma utilidade destas moléculas.
Diferencie inibição reversível e inibição irreversível: 
Quais são os fatores que influenciam na atividade enzimática? Quais são os efeitos destes fatores?
 Diferencie o funcionamento de uma enzima alostérica e dos inibidores não competitivos.
O que são coenzimas?
Aula 05.
Prova – 20 de março, 2020
	
20% da nota
Conteúdo da prova
	1. Introdução à bioquímica
	2. Aminoácidos e peptídeos 
	3. Proteínas 
	4. Enzimas
- Prova de segunda chamada somente com atestado médico