2 Bioquímica- enzimas

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BIOQUÍMICA - ENZIMAS
 As enzimas coordenam nosso metabolismo. 
 Reações químicas no nosso organismo aconteceriam sem enzimas. Elas não interferem na reação. Elas contribuem para acelerar a capacidade das reações químicas, reduzindo a energia de ativação necessária. Porém, sem elas, a vida seria incompatível. 
· Proteínas notáveis, altamente especializadas.
-Alto grau de especificidade com substratos.
· Poder catalítico extraordinário
-Muito maior do que catalisadores sintéticos
· Aceleram reações químicas
-Em condições suaves de temperatura e PH
· São o centro e objeto de estudo principal da bioquímica
-Atuando de forma organizada catalisam centenas de reações que degradam as moléculas dos nutrientes e conservam suas energias
· Doenças ocorrem quando elas não funcionam bem= importância clinica.
 Porção estrutural tem relação com sitio catalítico ou centro de atividade, onde há uma concentração de possibilidades de reações químicas diferentes.
Conceitos importantes:
Catalisador: Toda e qualquer substância que aumenta a velocidade de uma reação, sem ser consumido durante o processo.
Enzima: Molécula orgânica (proteína ou RNA) que catalisa uma reação química especifica.
-Não afeta o equilíbrio da reação;
-Aumenta a velocidade da reação;
-Diminui a energia de ativação.
Elementos de uma catálise enzimática:
-Substrato
-Enzima
-Cofatores enzimáticos (orgânicos ou inorgânicos) Molécula que é associada a enzima e é essencial para a atividade catalítica da enzima. Ex: vitaminas hidrossolúveis. Ausência ou deficiência da vitamina pode comprometer uma reação bioquímica essencial. Vitamina não tem valor calórico, ela propicia uma reação bioquímica de obtenção de energia.
-Inibidores
- Efetores Alostéricos.
Obs: Nem toda enzima precisa de cofator. Toda vitamina hidrossolúvel funcionam como cofator.
Obs: cofator é um componente químico necessário ao funcionamento de uma enzima. Cofator orgânico= coenzima.
Obs: Coenzima= compostos orgânicos, derivados de vitaminas hidrossolúveis.
 Propriedade das enzimas:
· Influenciadas por PH e temperatura.==> Ex: PH ideal no plasma= 7.4. Já nos tecidos depende. Cada enzima tem um PH ótimo para sua atividade. 
Obs: PH ótimo significa seu elevado poder catalítico. Quando altera o ambiente e as condições ótimas vão caindo, o poder catalítico reduz. Porém, a atividade da enzima não é interrompida imediatamente.
· Alta eficiência catalítica (grupos catalíticos que reagem com o substrato).
· Alto grau de especificidade com seu substrato.
· Podem ser reguladas/ Encaixe induzido: enzimas que outras condições podem fazer se apropriar do seu substrato ou não.
Centro ou sítio ativo:
· Região que liga o substrato (parte pequena do mol).
· Representam fendas ou fenestras.
· Liga o substrato por diversas atrações fracas.
· Permite a especificidade.
Obs: Kkat constante cinética= quando a enzima está pronta para outra reação.
Especificidade enzimática:
Deriva da interação de múltiplas interações fracas entre enzima e a moléculas do substrato especifico.
A enzima também se ajusta ao ligante (Modelo do encaixe)
Obs: Modelo clássico: sitio catalítico, centro de atividade, porção regulada ou não.
Obs: Existem enzimas que possui mais de uma porção de ligação para seu substrato. Ex: acetilcolina com acetilcolinesterase. Ela tem um kkat alto, fica pronta pra outra reação rapidamente, pois ela possui 2 sítios.
Obs: As enzimas podem ter 2 sítios que são comuns para a mesma atividade catalítica, ou antagônicos. Ex: enzimas da obtenção de glicose que são reguladas tanto pela insulina quanto pelo glucagon.
As enzimas podem ser reguladas:
· Regulação da expressão gênicaAumenta ou reduz a expressão gênica de cada enzima.
· Regulação alostérica. Efetores: positivos ou negativos.
· Modificação covalente Algum íon faz uma modificação covalente e essa molécula muda de conformação estrutural.
· Zimogênio peptídeo que vai inativar determinada molécula. Ex: Angiotensinogênio está inativo, quando perde essa molécula de peptídeo vira uma molécula ativa.
Constante de Michaelis- Menten:
Através de constantes, se chegou a uma constante que determina a especificidade das enzimas KM. Possui inúmeras importâncias biológicas e farmacológicas.
KM=CONSTANTE DETERMINADA PELA CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATO NECESSÁRIA PARA ATINGIR METADE DA VELOCIDADE MÁXIMA.
Quanto maior for o KM, menor é a especificidade de uma enzima pelo seu substrato. Pois, se o KM é alto, precisa- se de muito substrato para que a enzima “enxergue” aquela reação.
Atingir a velocidade máxima é uma conseqüência. Todos os sítios ativos estão ocupados.
A farmacologia precisa superar o KM. Se quiser inibir uma reação enzimática, a concentração do fármaco tem que ser superior a concentração do KM, porque se não, a enzima vai preferir seu substrato e não o fármaco.
Inibição da atividade enzimática:
· Inibidores são substancias que inibem a atividade das enzimas.
· Ex: fármacos, antibióticos, preservativos de alimentos e venenos.
· Atuam como reguladores das vias metabólicas.
· Muitas das terapias com fármacos são baseadas na inibição enzimática.
· Utilizados no desenvolvimento de técnicas para demonstrar a estrutura física e química, e as propriedades funcionais das enzimas.
· Irreversível: se dissociam lentamente da enzima-alvo (ligação forte) Ex:DIPF(diisopropilfluorofosfato) atua na acetilcolinesterase; AAS na COX.==> Só vai se dissociar enzima e inibidor quando a meia- vida de um ou de outro for atingida. São reações duradouras.
Ex:Venenos.Inibem a acetilcolinesterase. Caso não der um antídoto rápido para REDUZIR a meia- vida, o indivíduo morre de tetania.
· Reversível: rápida dissociação – mais aplicada na farmacologia.
-Competitiva: se ligam ao sítio catalítico e apresentam semelhança ao substrato, diminui a velocidade de catálise.
Ocorre acúmulo de substrato, aumento da sua concentração. Ocorre mudança no KM.
O aumento do substrato reduz a inibição.
Forma mais aplicada na farmacologia para regular alguma ração e não impedi-la.
Ex: estatinas. O indivíduo não quer ficar sem o colesterol, mas quer reduzir ao longo do dia a síntese de dele.
-Não competitiva: inibidor e substrato pode se ligar simultaneamente a uma enzima.
Ocupa tanto o substrato quanto o sitio catalítico.
Não existe aumento de concentração.
Ocorre quando quer suprimir uma via e deixa- la na ausência da meia vida da droga.
Ex: antineoplasicos.
Inibição competitiva
· Inibidor é análogo do substrato .
· Aumento da [substrato] diminui a inibição .
· Há aumento de Km .
· Não há alteração da Vmax.
Ex: Estatinas (se ligam a HMG- coA redutase. Propanolol (inibidor beta-adrenérgico)
Inibição não competitiva:
· Inibidor não é análogo estrutural do substrato - não se liga ao sítio ativo.
· inibidor pode se liga a E e a ES.
Modificação covalente:
Retirar e colocar fosfato. A presença do íon fosfato modifica de forma covalente a enzima.
Efetores alostéricos:
Fazem uma modificação estrutural não covalente.
Podem ser positivos ou negativos.
A regulação alostérica acontece quando o agente se liga ao local onde não é o centro de ligação. É uma outra porção da molécula.
-Positivo: Quando se liga, há uma modificação estrutural e o sítio catalítico se apropria. Encaixe induzido. Aumenta a afinidade da enzima pelo substrato e eleva a velocidade da reação.
-Negativo: Quando se liga e impede a reação. Reduz a afinidade da enzima pelo substrato. Reduz a velocidade da reação. Pode ser qualquer tipo de molécula: hormônios, íons, proteínas.
Inibição alostérica:
· Inibidores alostéricos se ligam a um sitio afastado do centro ativo;
· Provocam mudança conformacional na enzima que indiretamente reduz sua atividade;
· Não pode ser descrita pelo modelo de Michaelis (resulta em uma sigmóide em vez de uma hipébole.
Isoenzima:
· Apresentam mesma atividade catalítica, porém distintas propriedades químicas e físicas.
· Tecidos diferentes podem conter isoenzimas diferentes. 
· Importância no diagnóstico Ex: Amilase salivar e pancreática Lactado desidrogenase (estrutura quaternária), perfil sérico associandoa doenças.
Aplicação clínica das enzimas:
· Enzimas plasmáticas funcionais (LIPOPROTEINA LIPASE, PROENZIMAS DA COAGULAÇÃO).
· Enzimas plasmáticas não funcionais (NÍVEIS ATÉ UM MILHÂO DE VEZES MENOR QUE NOS TECIDOS) .
· Indicadoras de lesão celular e tecidual: aumento da atividade destas no sangue * A distribuição órgão-específica de algumas destas enzimas permite a localização da lesão com bastante precisão.
Enzimas - Aula 2:
Proteínas notáveis, altamente especializadas (alto grau de especificidade com substratos). 
São o centro e o objeto de estudo principal da Bioquímica. Atuando de forma organizada catalisam centenas de reações que degradam as moléculas dos nutrientes e conservam suas energias.
Enzimas têm poder de coordenar o metabolismo.
As enzimas autorreguladas são alvos moleculares, podem gerar distúrbios fisiológicos; são fundamentais para a homeostase.
Elas podem ser proteínas ou até RNA (têm atividade de proteína).
No geral, são proteínas – altamente especializadas, que têm uma porção estrutural, a qual tem relação íntima com o sítio catalítico/centro de atividade, onde há uma concentração de possibilidade de reações químicas diferentes, dependendo da classe da enzima.
As enzimas têm poder catalítico extraordinário (muito maior que catalisadores sintéticos) – acelera velocidade das reações (em condições suaves de temperatura e pH).
As reações químicas aconteceriam no nosso metabolismo, independente das ações enzimáticas catalíticas, no entanto, demorariam mais tempo. Logo, elas não interferem na reação, mas vão contribuir para diminuir a energia de ativação do substrato proteico (elas não doam porções químicas).
Elas possuem também uma relação direta com a indústria alimentícia – agem como conservantes de alimentos; além de terem importância clínica (doenças ocorrem quando elas não funcionam bem).
· Portanto, as enzimas não afetam o tempo de vida da reação, aumentam a velocidade, diminuindo a energia de ativação.
Conceitos Importantes:
Catalisador: é toda e qualquer substância que aumenta a velocidade de uma reação, sem ser consumido durante o processo.
Enzima: é uma molécula orgânica (proteína ou RNA) que catalisa uma reação química específica.
Elementos de uma Catálise Enzimática:
E + S ↔ ES ↔ E + P
· Substratos;
· Enzimas;
· Cofatores Enzimáticos (inorgânicos/orgânicos);
· Inibidores;
· Efetores Alostéricos (retro-alimentadores).
Além da enzima e do substrato, que vão participar de forma efetiva na transformação do substrato em produto, existem também os cofatores enzimáticos.
Cofatores Enzimáticos: São moléculas que são associadas às enzimas e são essenciais para a atividade catalítica das mesmas. Cofatores são essenciais para enzimas regulatórias.
· Inorgânicos – Ex: Cl, Fe, K.
· Orgânicos – também chamados de Coenzimas. Ex: TODAS as vitaminas hidrossolúveis (Complexo B), CoA. 
 Nem toda enzima precisa de cofator para agir.
As enzimas têm classes diferentes: 
· Oxidorredutase;
· Isomerases;
· Transferases;
· Ligases (Sintetases);
· Liases (Sintases);
· Hidrolases.
As enzimas só, cada uma, têm um pH ótimo para a sua atividade (e temperatura ótima); é o que lhe favorece maior poder catalítico, tendo energia de ativação máxima.
Elas também podem ser reguladas e isso vai apropriar (ou não) as enzimas dos seus substratos.
Especificidade Enzimática: deriva da formação de múltiplas interações fracas entre a enzima e a molécula do substrato específico.
A enzima também se ajusta ao ligante (Modelo do Encaixe).
As enzimas podem ter mais de um substrato – modelo atual “encaixe-induzido”.
Exemplo Ação Enzimática:
Acetilcolinesterase
Propriedades das Enzimas:
· Influenciadas por pH e temperatura;
· Alta eficiência catalítica (grupos catalíticos que reagem com o substrato);
· Alto grau de especificidade pelos seus substratos;
· Podem ser reguladas:
· Regulação a expressão gênica;
· Regulação alostérica;
· Efetores: positivos ou negativos;
· Modificação Covalente;
· Zimogênio.
Centro ou Sítio Ativo:
· Região que liga o substrato (parte pequena da molécula);
· Representam fendas ou fenestras;
· Liga o substrato por diversas atrações fracas;
· Permite a especificidade.
Então, na enzima, tem:
· Sítio Catalítico – porção que vai promover a catálise da reação; ele pode ser:
· Próprio do Substrato
· Pode assumir a Conformação Estrutural quando for regulado - são reações (ligações) fracas que vão formar um intermediário (CIS), e depois vai desprender o produto e a enzima vai estar pronta para outra reação.
· Constante Cinética (Kcat) - representa o turnover da enzima, ou seja, ela estar pronta para uma nova reação.
Existem muitas enzimas que tem mais de uma porção de ligação com seu substrato, não ocupa muito tempo os sítios ativos, então pode ter Kcat alto (Ex: colinesterase).
As enzimas podem ter 2 sítios comuns – para mesma ativação catalítica, ou antagônicos – regulados de formas distintas.
Elas podem ser reguladas – não ocorre via sítio ativo – ou quando acontecem, fazem uma modificação estrutural na enzima.
Relação Sítio X Regulação são coisas distintas.
Formas de regulação enzimática:
· Expressão gênica da enzima;
· Alostérica (reguladores alostéricos são chamados de efetores positivos/negativos);
· Modificação Covalente (algum íon faz essa modificação e essa molécula muda sua conformação estrutural);
· Zimogênico (zimogênio – peptídeo que vai inativar determinada molécula).
Reação catalisada X Não catalisada tem relação com a excitação das moléculas; então quando tem uma relação de substrato com a enzima, precisa-se que as moléculas estejam com determinada energia de ativação. Para que a reação aconteça; as enzimas diminuem a quantidade necessária dessa energia.
· Constante Km (Constante de Michaelis-Menten) - determina a especificidade das enzimas. A uma concentração constante de enzima, a velocidade de reação aumenta com o aumento da concentração do substrato, até que seja alcançada uma velocidade máxima. Os centros catalíticos são preenchidos e, então, a velocidade de reação alcança o máximo;
Significado do Km: “Quanto menor o valor de Km, mais forte é a interação entre o substrato e enzima.”
· O Km é uma constante que é determinada pela concentração de substrato necessária para atingir metade da velocidade máxima. (Km [S] necessária ½ Velocidade máxima).
· Quando uma enzima atinge a velocidade máxima de uma reação é uma consequência.
· Quanto maior o Km, menor a especificidade de uma enzima pelo seu substrato; isso ocorre porque o Km é alto, vai precisar de muito substrato para que atinja a ½ velocidade máxima; a concentração da enzima é constante; se tiver menor [S], a enzima não consegue fazer com que a reação atinja ½ velocidade máxima; quando tem maior [S], tem todas as enzimas atuando/se ligando.
· Se a especificidade for alta, a enzima se ligará ao substrato, mesmo que este esteja em baixa concentração; vice-versa. 
Ex: Glicose Fígado; para ser retida nas células precisa de reação enzimática, sendo que a enzima tem isoformas diferentes no fígado (Alto Km) e nos tecidos; então o fígado “doa” glicose para os tecidos (tem baixo Km).
Atingir a Velocidade máxima é consequência, onde todos os sítios ativados estão ocupados/saturados (Vmáx.). A concentração do substrato afeta a velocidade de reações catalisadas por enzimas. Km = (1/2 da Vmáx).
Ex: aplicação na farmacologia: se quer inibir uma reação enzimática, a concentração do fármaco tem que ser superior à [Km], porque senão a enzima vai preferir o seu substrato e não o fármaco.
· Inibição Enzimática:
· Inibidores são substâncias que reduzem a atividade das enzimas;
· Exemplos: Fármacos, ATB, Preservativos de alimentos e venenos;
· Atuam como reguladores das vias metabólicas;
· Muitas terapias por fármacos são baseadas na inibição enzimática;
· Utilizados no desenvolvimento de técnicas para demonstrar a estrutura física e química, e as propriedades funcionais das enzimas.
Os inibidores são moléculas que vão ajudar a regular-reduzir a atividade da enzima;
Ex: fármacos, antibióticos, veneno, inibir enzimas degradatórias paraconservar alimentos-conservantes, antiinflamatórios.
Tipos de Inibição:
· Irreversível – se dissociam lentamente da enzima-alvo (ligação forte). Só vai se dissociar enzima e inibidor quando a ½ vida de um ou de outro for atingida. Reações duradouras (Ex: aas inibindo COX), (veneno-pesticidas; tem que dar antídoto para acelerar ½ vida), (DIPF – diisopropilfluorofosfato atua na acetilcolinesterase).
· Reversível – Rápida dissociação. Pode ser:
· Competitiva (+ aplicada) – Se ligam ao sítio catalítico e apresentam semelhança ao substrato, diminui a velocidade de catálise. Fármaco ocupa o lugar do substrato, então este substrato vai se acumulando, sua concentração aumenta, o que altera o Km. É mais usada na farmacologia quando não se quer suprimir uma reação definitivamente ou impedir que aquela reação aconteça, só regular, ativando ela algumas horas do dia, pois só vai agir quando tiver alta [S] acumulado (Feedback Negativo).
· Inibidor é análogo do Substrato - competitivo;
· Aumento da [S] diminui a inibição;
· Há aumento de Km;
· Não há alteração da Vmáx, uma vez que a enzima já tem seu próprio grau de saturação.
Ex: propranolol inibidor beta-adrenérgico, estatinas se ligam a HMG – coA redutase. 
· Não Competitiva – Inibidor e substrato pode se ligar simultaneamente a uma enzima. O fármaco impede a saída do substrato e produto, ocupa tanto o substrato quanto o sítio catalítico; não aumenta [S]; é quando quer suprimir uma via e deixar ela na dependência da ½ vida da droga (Ex: antineoplásicos).
· Inibidor não é análogo estrutural do substrato – não se liga ao sítio ativo.
· Modificação Covalente:
Em geral, é dada pela ligação ou dissociação do fosfato; relação com metabolismo energético; se tem ATP, ativa atividade quinase de uma enzima – doar fosfato (fosforilação).
Se for retirar fosfato, atividade fosfatase (Desfosforilação).
Então, a retirada/colocação de fosfato de determinadas enzimas, é às vezes, na mesma enzima que tem sua unidade catalítica tanto fosfatase quanto quinase (2 subunidades); então quando recebe fosfato, ativa 1 subunidade; quando doa, ativa outra subunidade.
Portanto, a presença do íon fosfato modifica de forma covalente a enzima.
· Efetores Alostéricos:
Vão fazer modificação estrutural; podem ser positivo ou negativo.
O princípio da regulação alostérica é que o agente alostérico efetor vai se ligar no local que não é o sítio de ligação, a uma outra porção da molécula.
· Se for +: quando se ligar, há uma modificação estrutural e o sítio catalítico se apropria – encaixe induzido; Aumenta a afinidade da enzima pelo substrato, eleva a velocidade da reação.
· Se for -: quando ligar; impede a reação, reduz afinidade da enzima pelo substrato, menor velocidade da reação; positivo, vice-versa, maior poder catalítico; o negativo muda conformação estrutural e o sítio não reconhece mais seu substrato. Negativo: se liga no sítio, afastando o centro de atividade. Reduz a afinidade da enzima pelo substrato, diminui a velocidade da reação.
Inibição Alostérica:
· Inibidores alostéricos se ligam a um sítio afastado do centro ativo;
· Provocam uma mudança conformacional na enzima que indiretamente reduz sua atividade;
· Não pode ser descrito pelo modelo de Michaelis-Menten (resulta em uma sigmoide em vez de uma hipérbole).
· Sobre as Isoenzimas:
Tem a mesma atividade catalítica, mas tem uma sequência de aminoácidos, sítio de síntese e secreção da enzima diferenciadas (propriedades químico-físicas diferentes).
Tecidos diferentes podem ter isoenzimas diferentes (Ex: creatinoquinase, amilase salivar e pancreática, lactato desidrogenase – estrutura quaternátia, perfil sérico associando a doenças).
Importância no diagnóstico.
· Aplicação Clínica das Enzimas:
· Enzimas plasmáticas funcionais (Lipoproteína lipase, proenzimas da coagulação)
· Enzimas plasmáticas não funcionais (Níveis até 1 milhão de vezes menor que nos tecidos)
· Indicadores de lesão celular e tecidual: aumento da atividade destas no sangue.
*A distribuição órgão-específica de algumas destas enzimas permite a localização da lesão com bastante precisão.
Existem enzimas que são funcionais no plasma (atividade bioquímica no LEC), como as da coagulação, lipase, etc. Não tem muita importância clínica.
Várias enzimas são não-funcionais no plasma, presentes na célula do LIC (principalmente, algumas podem ser encontradas nos LEC). Isso pode ocorrer por lesão ou aumento da permeabilidade celular.
Com algumas enzimas dá pra determinar grau de lesão, outras não.
· Sobre o Artigo:
Ele fala um pouco sobre alimentos, que tem uma sequência de aminoácidos; onde a proteína compete com a angiotensina II; ao invés de ter uma grande quantidade de A2, essa proteína com sequência específica bloqueia a síntese (?) de Ae.
Tem ação coadjuvante com o fármaco; o IECA diminui vasoconstrição, mas vai impedir a vasodilatação (menor bradicinina), faz inibição competitiva-os peptídeos IECA.