Bioquímica - Aula 5

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Aula 5 – Bioquímica
ENZIMAS
LÍVIA CABANEZ 
Enzimas - Definição
SÃO CATALIZADORES BIOLÓGICOS, OS QUAIS DIMINUEM A ENERGIA DE ATIVAÇÃO
PARA QUE REAÇÕES OCORRAM.
Enzimas - Histórico
 Catálise biológica  início séc. XIX
Digestão da carne: estômago
Digestão do amido: saliva
 Década de 50
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.
Enzimas - Histórico
 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 proteico.
 Atualmente - Mais de 2000 enzimas são conhecidas.
Enzimas
Enzimas são proteínas especializadas que funcionam na aceleração de reações
químicas.
Função: catalisadores biológicos.
 exceção: Com exceção de um pequeno grupo de 
moléculas de RNA com propriedades catalíticas, 
chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são 
PROTEÍNAS.
Enzimas
Importância da catálise:
Sem a catálise, a maioria das reações químicas nos sistemas biológicos seria
muito lenta para fornecer produtos na proporção adequada para sustentar a
vida.
Uma enzima pode ficar, temporariamente, ligada covalentemente à molécula
que está sendo transformada durante estágios intermediários da reação, mas no
final da reação a enzima estará na sua forma original, quando o produto é
liberado.
Enzimas
*As enzimas podem aumentar a velocidade de uma reação por um fator de até
1017 vezes mais do que a reação não catalisada.
Enzimas
Propriedades das Enzimas
 São catalisadores biológicos extremamente eficientes e aceleram a
velocidade da reação, transformando de 100 a 1000 moléculas de substrato
em produto por minuto de reação;
 Atuam em concentrações muito baixas;
 Atuam em condições específicas de temperatura e pH;
 Possuem todas as características das proteínas;
 Podem ter sua concentração e atividade reguladas;
 Estão quase sempre dentro da célula, e compartimentalizadas.
Enzimas
As enzimas apresentam um alto grau de especificidade: cada enzima possui uma
organização estrutural específica, permitindo a ligação apenas do(s) seu(s)
substrato(s).
Há enzimas que aceitam como substrato qualquer açúcar de seis carbonos,
enquanto outras só reconhecem a glicose.
As enzimas são fundamentais para processos bioquímicos celulares tais como:
 Degradação das moléculas de nutrientes;
 Transformação e conservação da energia química;
 Síntese de macromoléculas biológicas a partir de moléculas precursoras
simples.
Enzimas
Importância prática do estudo das enzimas:
Em algumas doenças, especialmente nas desordens genéticas herdadas, pode
ocorrer uma deficiência ou mesmo a ausência total de uma ou mais enzimas.
Ex: fenilcetonúria (fenilalanina hidroxilase); doença de von Gierke (glicose-6-
fosfatase hepática)
Condições anormais podem ser causadas pela atividade excessiva de uma
enzima;
Medidas da atividade de enzimas no plasma sanguíneo, eritrócitos ou amostras
de tecido são importantes no diagnóstico de várias doenças;
Muitos fármacos exercem seu efeito biológico por meio de interações com as
enzimas.
Enzimas
Enzimas na Clínica
As enzimas podem ser utilizadas nas Análises Clínicas de 2 formas principais:
 Como reagentes altamente específicos e sensíveis em reações colorimétricas
quantitativas.
 Como indicadoras de lesão celular e tecidual:
• O extravasamento de enzimas do meio intra para o meio extracelular leva a
um aumento da atividade destas no sangue; esta atividade pode ser medida
e fornece importante informação diagnóstica e de evolução de um quadro
clínico.
Enzimas
Enzimas na Clínica
A distribuição órgão-específica de algumas destas enzimas permite a localização
da lesão com bastante precisão.
Exemplos de doenças que podem ser diagnosticadas e acompanhadas
enzimaticamente são:
 Infarto Agudo do Miocárdio (Creatina quinase, Lactato desidrogenase);
 Hepatite (Transaminases: ALT, AST);
 Pancreatite (Amilase, Lipase);
 Câncer de próstata (Fosfatase ácida prostática).
Enzimas
Nomenclatura das enzimas
Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática:
 Nome Oficial: Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função
metabólica da enzima.
Ex: ATP:Glicose:Fosfo-Transferase
 Nome Clássico: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com
enzimas; utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima.
Ex: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc.
 Nome Trivial: Consagrados pelo uso.
Ex: Tripsina, Pepsina, Ptialina.
Enzimas
Classificação
As enzimas são divididas em seis
grandes classes, cada uma com
subclasses, de acordo com o tipo de
reação que catalisam:
Enzimas
Classe 1: Óxido-redutases
Transferência de elétrons (íons hidreto ou átomos de H). 
Ex: desidrogenases, redutases, oxidases e peroxidases.
Classe 2: Transferases 
Reações de transferência de grupos.
Ex: quinases, transcarboxilases e aminotransferases.
Enzimas
Classe 3: Hidrolases
Reações de hidrólise. Ex: amilase,
urease, pepsina, tripsina, quimotripsina
e várias peptidases e esterases.
Enzimas
Classe 4: Liases
Adição de grupos às duplas ligações ou
formação de duplas ligações por meio
de remoção de grupos.
Enzimas
Classe 5: Isomerases
Transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros.
Enzimas
Classe 6: Ligases
Reações de síntese, onde duas moléculas são unidas, às custas de uma ligação
fosfato de alta energia do ATP.
Enzimas
Como as enzimas funcionam?
As enzimas aceleram a velocidade das reações por diminuir sua energia de
ativação.
Não alteram o estado de equilíbrio.
Abaixam a energia de ativação.
Keq não é afetada pela enzima.
Enzimas
Interação enzima-substrato:
A ligação com o substrato dá-se em uma região pequena e bem definida da
enzima, chamada centro ativo (ou sítio ativo);
O centro ativo é formado por resíduos de aminoácidos e constitui uma
cavidade com forma definida, que permite à enzima “reconhecer” seu
substrato;
Uma molécula, para ser aceita como substrato, deve ter a forma espacial
adequada para alojar-se no centro ativo e grupos químicos capazes de
estabelecer ligações com os radicais do centro ativo;
Enzimas
Enzimas
Interação enzima-substrato:
A relação substrato-enzima não deve ser entendida como um modelo rígido de
chave-fechadura (este modelo exemplifica a especificidade de uma enzima
pelo seu substrato, mas não explica toda a complexidade da relação
estabelecida entre eles durante a catálise);
Na verdade, a aproximação e a ligação do substrato induz na enzima uma
mudança conformacional, tornando-a ideal para a catálise (modelo do ajuste
induzido)
Enzimas
a) Aproximação entre substrato e a enzima
induz a formação do sítio ativo.
b) Tensão no substrato induzido pela ligação
do substrato à enzima, contorce os ângulos
normais de ligação e “ativa” o substrato.
Enzimas
Fatores que interferem na atividade enzimática:
A estrutura e a forma do centro ativo são uma decorrência da estrutura
tridimensional da enzima e podem ser afetadas por quaisquer agentes capazes
de provocar mudanças conformacionais na proteína;
Portanto, a atividade enzimática é dependente das características do meio,
principalmente do pH e da temperatura.
Fatores que alteram a velocidade de reações enzimáticas:
 pH;
 Temperatura;
 Concentração das enzimas;
 Concentração dos substratos;
 Presença de inibidores.
Enzimas
Fatores que interferem na atividade
enzimática:
As enzimas têm um pH ótimo (ou um
intervalo de pH) no qual a sua atividade
é máxima: em um pH maior ou menor, a
atividade diminui.
Enzimas
Fatores que interferem na atividade
enzimática:
Como ocorre com a maioria das reações
químicas,a velocidade da reação
enzimática, que a 0°C apresenta valores
próximos de zero, é favorecida pela
elevação da temperatura.
O gradativo aumento da velocidade só
se verifica enquanto a enzima conservar
a sua estrutura ativa.
Enzimas
Fatores que interferem na atividade enzimática:
A atividade enzimática pode ser diminuída por várias substâncias (constituintes
normais ou estranhas às células) provocando alterações significativas no
organismo;
Os inibidores normalmente encontrados nas células constituem um mecanismo
importante de controle da atividade enzimática;
O uso in vitro de inibidores tem trazido um grande conhecimento sobre a
estrutura das enzimas, a organização do centro ativo e o mecanismo de
catálise.
Enzimas
Fatores que interferem na atividade enzimática:
Muitos medicamentos de uso na prática terapêutica baseiam suas propriedades
na inibição específica de certas enzimas;
As propriedades tóxicas de muitos inibidores possibilita também o seu emprego
no combate contra insetos (inseticidas);
Enzimas
Fatores que interferem na atividade enzimática:
Os inibidores enzimáticos podem ser agrupados em duas categorias, de acordo
com a estabilidade de sua ligação com a molécula de enzima, em inibidores
irreversíveis e reversíveis.
Os inibidores irreversíveis reagem quimicamente com as enzimas, levando a
uma inativação praticamente definitiva;
Os inibidores reversíveis são divididos em dois grupos: os competitivos e os
não-competitivos, baseando-se na competição (ou não) entre o inibidor e o
substrato pelo centro ativo da enzima.
Enzimas
Fatores que interferem na atividade enzimática:
Os inibidores competitivos competem com o substrato pelo centro ativo da
enzima por apresentarem configuração espacial semelhante à do substrato:
Enzimas
Fatores que interferem na atividade enzimática:
Os inibidores não-competitivos não possuem qualquer semelhança estrutural
com o substrato da reação que inibem e seu efeito é provocado pela ligação a
radicais não pertencentes ao centro ativo.
Enzimas
Regulação da atividade enzimática:
Basicamente, existem dois mecanismos para a regulação da atividade
enzimática:
1. Controle da disponibilidade de enzimas exercido sobre as velocidades de
síntese e de degradação das enzimas que determinam sua concentração
celular;
2. Controle da atividade da enzima, efetuado por mudanças estruturais da
molécula enzimática e que resultam em alterações da velocidade de
catálise.
*Este efeito pode ser exercido mediante união não-covalente de moduladores
(enzimas alostéricas), ou por modificação covalente da enzima.
Enzimas
Regulação da atividade enzimática:
As enzimas alostéricas funcionam por meio de ligação não covalente de
compostos reguladores chamados moduladores alostéricos.
As enzimas alostéricas sofrem mudanças conformacionais em resposta à ligação
do modulador:
Enzimas
Regulação da atividade enzimática:
A etapa reguladora em muitas vias metabólicas é catalisada por uma enzima
alostérica.
Em alguns sistemas multienzimáticos, a enzima reguladora é inibida pelo
produto final da via sempre que a sua concentração exceder as necessidades
celulares.
Algumas enzimas reguladoras sofrem modificação covalente reversível.
Entre os grupos modificadores estão: fosfato, adenosina monofosfato, uridila
monofosfato, adenosina difosfato ribose e grupos metila.
Enzimas
Regulação da atividade enzimática:
Algumas enzimas são sintetizadas em uma forma inativa, o zimogênio.
Para que o zimogênio adquira as propriedades de enzima, é necessário que
haja hidrólise de determinadas ligações peptídicas e consequente remoção da
cadeia de aminoácidos.
Enzimas
Cofatores são imprescindíveis para a atividade de algumas enzimas:
Muitas enzimas necessitam da associação com outras moléculas ou íons para
exercer seu papel catalítico.
Esses componentes da reação enzimática são genericamente chamados
cofatores, os quais podem ser íons metálicos (Ca, Mg, Mn, Fe, Cu, Ni, Co, Zn
entre outros) ou moléculas orgânicas, não proteicas (coenzimas).
Estes cofatores não estão ligados permanentemente à molécula da enzima
mas, na ausência deles, a enzima é inativa;
A fração proteica de uma enzima, na ausência do seu cofator, é chamada de
APOENZIMA; Enzima + Cofator, chamamos de HOLOENZIMA.
Enzimas
Cofatores são imprescindíveis para a atividade de algumas enzimas:
As enzimas que precisam de íons são chamadas metaloenzimas.
Exemplos de metaloenzimas e seus correspondentes íons:
 Anidrase carbônica (Zn2+)
 Piruvato quinase (K+ , Mg2+)
 ATPase (Na+ , Mg2+)
 Urease (Ni2+)
Enzimas
A vida depende da realização de inúmeras reações químicas
que ocorrem no interior das células e também fora delas,
muitas dessas reações dependem da existência de uma
determinada enzima e por isso elas se tornam tão importantes
para o funcionamento adequado do organismo humano.
Exercícios
1) As enzimas são substâncias que participam de reações biológicas,
aumentando a velocidade do processo. Assinale a alternativa em que está
indicada a natureza dessa substância:
a) Lipídio.
b) Sal mineral.
c) Carboidrato.
d) Proteína.
e) Fibra.
Exercícios
2) Atualmente, muitos pesquisadores consideram que a enzima ajusta-se à
molécula do substrato com a qual interage, uma teoria conhecida como
“teoria do encaixe induzido”. Entretanto, ainda é comum vermos nos livros
didáticos um modelo extremamente conhecido que explica que os centros
ativos de uma enzima encaixam-se perfeitamente em seus substratos
específicos. Esse último modelo é chamado de:
a) modelo do encaixe perfeito.
b) modelo da enzima-substrato.
c) modelo chave-fechadura.
d) modelo antígeno-anticorpo.
e) modelo do encaixe fixo.
Exercícios
3) As enzimas são moléculas polipeptídicas de grande tamanho que muitas
vezes apresentam uma forma globosa. Elas são capazes de interagir com
substratos e atuar como catalisadores biológicos. O nome dado à região da
enzima capaz de interagir com o substrato é:
a) sítio ativo.
b) núcleo ativo.
c) neurotransmissor.
d) complexo enzimático.
e) cofator.
Exercícios
4) As enzimas são proteínas globulares que atuam nas mais variadas reações do
corpo. Alguns fatores podem afetar a atividade dessas substâncias, alterando a
velocidade de uma reação. A respeito desses fatores, marque a alternativa
incorreta.
a) A temperatura influencia ativamente na atividade das enzimas, causando a
aceleração da reação enzimática.
b) O pH apresenta um papel importante na atividade enzimática, entretanto
sua variação causa poucos problemas no funcionamento das enzimas.
c) Temperaturas muito elevadas podem fazer com que ocorra a interrupção da
atividade enzimática, pois causa a desnaturação da enzima.
d) A maioria das enzimas apresenta pH ótimo em torno de 7.
e) Nenhuma das alternativas anteriores.
Exercícios
5) (UFES) - Se aquecermos uma enzima a 70°C, durante uma hora, e tentarmos
utilizá-la para catalisar uma reação, o resultado será:
a) Melhor porque o aumento de temperatura entre 50 e 70°C favorece as
reações enzimáticas.
b) Inalterado porque a enzimas são muito estáveis.
c) Nulo porque as enzimas só exercem a sua ação catalítica nos organismos
vivos.
d) Nulo porque as enzimas são proteínas e se desnaturam quando aquecidas a
essa temperatura.
e) Nulo porque as enzimas só exercem ação catalítica na temperatura ótima
para a sua ação.
Exercícios
6) (UFV) - O gráfico abaixo representa a
atividade enzimática de uma determinada
reação em função da temperatura.
A seta indica o ponto:
a) Mínimo da temperatura para a reação
enzimática.
b) De desnaturação da enzima.
c) De desnaturação do produto.
d) Ótimo de temperatura para a atividade
enzimática.
e) Máximo de substrato obtido.
Exercícios
7) Nos exemplos de enzimas abaixo todos são corretos, exceto:
a) Pepsina
b) Galactose
c) Catalase
d) Amilase
e) Maltase
8) (FMP/2016) O gráfico a seguir mostra como a
concentração do substrato afeta a taxa de reação química:
O modode ação das enzimas e a análise do gráfico
permitem concluir que:
A) todas as moléculas de enzimas estão unidas às moléculas
de substrato quando a reação catalisada atinge a taxa
máxima.
B) com uma mesma concentração de substrato, a taxa de
reação com enzima é menor que a taxa de reação sem
enzima.
C) a reação sem enzima possui energia de ativação menor
do que a reação com enzima.
D) o aumento da taxa de reação com enzima é
inversamente proporcional ao aumento da concentração do
substrato.
E) a concentração do substrato não interfere na taxa de
reação com enzimas porque estas são inespecíficas.
Exercícios
9) As enzimas podem ser classificadas de acordo com vários critérios, o mais
importante foi estabelecido pela IUB e estabalece 6 classes. Descreva cada
uma das classes.
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Exercícios
10) (UNEMAT) A energia necessária para desencadear uma reação química nas
células é chamada de energia de ativação. As reações ocorrem sob a influência de
enzimas (catalisadores orgânicos) cuja ação é “diminuir a energia de ativação” e
permitir que elas tenham velocidade adequada, mesmo em temperatura baixa.
Assinale a alternativa incorreta.
a) Apoenzima é a parte proteica da enzima conjugada.
b) O conjunto complementar da enzima conjugada é denominado holoenzima.
c) O centro ativo da enzima é capaz de se encaixar aos substratos.
d) As enzimas possuem a característica de ativar as reações químicas sem se
desgastarem, podendo repetir o processo com novos substratos.
e) Uma enzima é capaz de ativar a reação de substratos diferentes, desde que eles
realizem o mesmo tipo de reação.
THANK YOU.THANK YOU!