Roteiro Enzimas

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Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Campo Grande, 16 de abril de 2020
Gabriela Pinheiro Mochi 
Odontologia/FAODO/UFMS- 1º semestre de 2020
Prof. Jeandre Augusto Jaques
Bioquímica geral e bucal 
Enzimas
-Proteína com capacidade de transformar as moléculas e aumentar a velocidade dessa transformação
- Proteínas catalisadoras (reduz a energia de ativação de uma reação química e aumenta a sua velocidade de reação)
- Presentes em todas as células e em vários locais da mesma
- Coordenam vias metabólicas 
- Possuem alta especificidade pelo substratoExistem muitas doenças associadas à deficiência ou atividade enzimática excessiva 
Atividade enzimática excessiva: acontece quando produzimos muitas cópias daquelas enzimas em particular.
Deficiência: acontece quando produzimos menor quantidade de enzimas, ou quando essa enzima está regulada negativamente. 
Deficiência de enzimas metabólicas
Ex: Fenilalanina Hidroxilase 
Responsável por converter um aa com grupo R aromático (Fenilalanina) em tirosina.
Sua deficiência traz: 
*A impossibilidade de produzir tirosina (tornando necessário adquirir através da dieta)
*Doença chamada Fenilcetonúria 
 O excesso de Fenilalanina é convertido em ácido Fenilpiruvico (que tem efeito tóxico para o sistema nervoso central)
- As enzimas também são úteis para diagnóstico clínico
- Cofatores (ex: íons inorgânicos como Fe²+, Mg²+, Mn²+, Zn²+) necessários para a sua atividade
- Coenzimas (ex: moléculas orgânicas como a tiamina pirofosfato).
Programação
1. Classificação
2. Mecanismo da catálise enzimática
3. Cinética enzimática
4. Regulação da atividade enzimática
5. Enzimas de interesse em odontologia
Classificação
Quando foram descobertas e nos primeiros anos de pesquisa em enzimas elas eram nomeadas pensando em qual era seu substrato, muitas receberam nome pela adição do sufixo “ase” 
Ex: enzimas que atuam degradando ureia= Uréase
 enzimas que tem DNA como substrato e faz cópia= DNA-Polimerase (que polimeriza os nucleotídeos e constrói o DNA)
-Em alguns casos há ambiguidade 
No entanto com o passar do tempo, milhares de enzimas passaram a ser conhecidas e as vezes as enzimas que atuam no mesmo substrato, mas que catalisam reações diferentes. Por isso, nesses casos de ambiguidade foi imperativo que os especialistas na área construíssem um sistema específico para a nomenclatura e classificação das enzimas
- Seis classes, subclasses, com base nos tipos de reações que catalisam 
Foram criadas 6 classes de enzimas. Essas classes são capazes de comportar todas as enzimas. E ainda há as subclasses, dependendo das características das reações que elas catalisam. E essas subdivisões podem ser aprofundadas em até 4 níveis (subdivisão final).
As enzimas em sua classificação, possuem o EC (assim como nós temos o RG)
Ex: se no EC possuir o número 3, a enzima será hidrolases; 
 Se no EC possuir o número 6, a enzima será ligases; 
 e assim por diante...
1º grupo: Oxirredutases
Oxido- oxidações
Redutases- redução
Estas enzimas são capazes de remover e transferir equivalentes redutores de uma molécula A para uma molécula B. Ao mesmo tempo, elas catalisam uma reação de oxidação, ou seja, elas removem os dois equivalentes redutores desta molécula A e transfere em série para molécula B, que antes estava oxidada.
Agora temos como produto a molécula B reduzida com dois equivalentes redutores (que antes não haviam. E uma molécula que antes estava reduzida e agora está oxidada.
- O nome mais comum é desidrogenase
- Oxidase é utilizado quando o O2 é o aceptor de elétrons
Ex: A lactato desidrogenase é a enzima que tem o lactato como substrato3
2ºgrupo: Transferases
Essas enzimas transferem seguimento de uma molécula para outro seguimento contendo: carbono, nitrogênio ou fósforo. O carbono pode ser do grupo metil, CH3; nitrogênio pode ser um grupo amino; Fósforo geralmente na forma de um grupo fosfato
Geralmente, a enzima possui um grupo prostético com uma coenzima que facilita a transferência de grupos com carbono, nitrogênio ou fosfato
Ex: Alanina aminotransferase
Essa é uma enzima peridoxina (que é a coenzima desta enzima) transfere um grupo amino da alanina, quem receber esse grupo amino é a molécula alfa cetoglutarato, gerando como produto o glutamato.Rompimento de ligações covalentes
Ligações fortes
3ºgrupo: Hidrolases
Essas enzimas tem como característica o rompimento de ligações químicas utilizando os componentes de uma molécula de água que são 2H e o (H2O). como por exemplo: ligações peptídicas (e as enzimas que rompem ligações peptídicas são as peptidases). Ligações glicosídicas (glicosidases); esterificação(esterases).
Ex: Peptidases utilizam os componentes de uma molécula de água, um hidrogênio, uma hidroxila pra romper a ligação peptídica.
4ºgrupo: Liases
Essas enzimas catalisam a clivagem de ligações entre C-C, C-O, C-N, só que se esse rompimento dessas ligações ocorrer por hidrólise, a enzima não é liase a enzima é uma hidrolase. Se o rompimento dessas ligações ocorre em consequência de uma oxidação não é uma liase, a enzima é uma oxiredutase. Essas enzimas adicionam grupos á ligações duplas, e consequentemente, desfazem as ligações duplas, por acrescentarem esses grupos, por exemplo, uma hidroxila e um hidrogênio.
Ex: descarboxilase (remove um grupo carboxil), desidratase.
Nos casos em que a reação inversa é mais importante, ou seja, em que dois substratos originam um, pode ser usado o nome síntase.
Ex: piruvato descarboxilase essa enzima promove a descarboxilação da molécula de piruvato.
5ºgrupo:Isomerase
-Catalisam a modificação da organização estrutural de uma única molécula.
Ex: Racemases, epimerases.
-Altera a organização apenas dentro da molécula.
-O “balanço final” de átomos permanece o mesmo.
Ex: Alanina racemase
6ºgrupo: Ligases
Catalisam reações de síntese de uma nova molécula a partir da ligação entre duas moléculas, com a concomitante hidrólise de ATP ou outro composto trifosfatado.
Ex: ligases, carboxilases (C-C), sintetases
Sistema de nomenclatura
-NC-IUBMB- Indicações para a nomenclatura e classificação de enzimas de acordo com as reações que elas catalisam.
-Classifica as enzimas: 6 diferentes classes
 Diversas subclasses
Ex: Acetilcolinesterase (3.1.1.7)
Nome sistemático: Acetilcolina acetilhidrolase
3.Hidrolase (classe)
1.Atua em ligações éster (subclasse)
1.Hidrolases de ésteres carboxílicos
7.Substrato acetilcolina
Part2.
2. mecanismo de catálise enzimática 
- Catálise consiste em aumentar a velocidade de reação, as enzimas atuam dessa forma, elas alteram a velocidade da reação a tornando mais rápida. isso é possível por orientar o substrato corretamente para que a reação aconteça, causar alterações estruturais no substrato de forma q facilite a formação do produto
-A própria energia de ligação da enzima com o substrato fornece energia capaz de diminuir a barreira energética que existe para que a reação aconteça
A enzima interage com o substrato dentro de um sítio catalítico, e ele pode conter os Grupos R: dos resíduos de aa para comportar esse substrato
Além dos grupos R se não for uma proteína simples, podemos ter cofatores e coenzimas participando dessa composição do sítio catalítico 
Reação enzimática
Para que a reação enzimática aconteça, é necessário que:
1. o substrato se ligue ao sítio catalítico
2. o substrato sofre alterações estruturais e forma um intermediário entre substrato e produto
3. a reação pode prosseguir e formar o produto diferente do substrato e 
4. no final da reação o produto é liberado pela enzima no meio onde estão presentes
5. a enzima ao termino da reação deve adquirir novamente a sua composição inicial
Coordenada da reação
A conversão substratoproduto requer o fornecimento de energia livre (G) ao sistema
Para transformar o substrato em produto sem a presença da enzima é necessário um montante de energia.
A diferença entre a energia dos reagentes (estado inicial) e a dos produtos (estado final) de uma reação fornecea variação de energia livre ( Gº).
 Gº positivo= reação não favorável
 Gº negativo= reação favorável
Não quer dizer que ocorrerá rapidamente!
-As enzimas alteram a velocidade das reações, mas não afetam o equilíbrio ou a Gº
-A velocidade de reação depende da energia livre da ativação G‡) fornecendo energia necessária para iniciar a reação.
-A G֓ para uma reação não catalisada é maior
Enzimas:
Aumentam as velocidades das reações ao reduzirem a energia de ativação↓ G‡
Mas não alteram os aspectos termodinâmicos Gº
Ou seja, não alteram a variação de energia livre entre substrato e produto
As enzimas diminuem a energia de ativação G‡ aumentam a velocidade 
 O equilíbrio termodinâmico Gº não é alterada
As enzimas fornecem um caminho alternativo para que a reação aconteça, necessitando de uma energia de ativação( G‡) menor!
 Como os substratos se ligam as enzimas
-A enzima liga o substrato no seu sítio ativo
-1º etapa- como ela liga no seu sítio ativo/catalítico 
-2 modelos que descrevem o processo de ligação
*modelo chave-fechadura 
-Sugere que já existe antes da reação um alto grau de semelhança entre o formato do substrato e a geometria do sítio de ligação da enzima.
-Sítio ativo complementar ao substrato
-Este modelo não leva em consideração a flexibilidade conformacional das proteínas 
*modelo do ajuste induzido 
-É as alterações da estrutura 3D das proteínas
A ligação do substrato induz uma mudança conformacional da enzima que resulta em um encaixe complementar depois que o substrato é ligado.
O modelo do ajuste induzido imita o estado de transição
Não existe uma complementariedade pré-formada.
3. Cinética enzimática
Fatores que afetam a velocidade das reações:
*Concentração de substrato
*Temperatura
Com o aumento da temperatura:
-A taxa de reação aumenta, na maioria das reações químicas.
-A estabilidade da proteína decresce devido a desativação térmica.
Acima da temperatura ótima o aumento da velocidade de reação devido a temperatura é compensado pela perda de atividade catalítica devido a desnaturação térmica 
*pH
-A enzima está parcialmente desnaturada em pHs afastados do pH ótimo
-Variações no estado de ionização dos componentes do sistema a medida que o pH varia:
Grupos prostéticos
Grupos R dos resíduos de aminoácidos 
Substrato(s)
Pt3
4.Regulação da atividade enzimática
*regulação alostérica
-Geralmente possuem mais de uma subunidade
Ligações reversíveis e não covalentes com compostos regulatórios denominados moduladores/efetores alostéricos
-Moduladores + e –
Podem ser positivos ou negativos
-Sítios de ligações específicos 
Possuem um ou mais sítios regulatórios /alostéricos para ligarem o modulador (diferentes do sítio catalítico)
-Alterações estruturais
Mudanças conformacionais induzidas por um ou mais moduladores interconvertem formas mais ativas em formas menos ativas da enzima
-Em sistemas multienzimáticos as enzimas regulatórias são comumente inibidas pelo produto final (retroinibição) da via metabólica sempre que a concentração do produto final exceder as necessidades celulares.
Retroinibição: evita o acúmulo de intermediários da via e o gasto energético desnecessários
*regulação por modificação covalente reversível
-Enzimas regulatórias cujas atividades são moduladas por modificações covalentes reversíveis em um ou mais dos resíduos de aminoácidos.
-A modificação de um resíduo geralmente causa uma mudança na estrutura tridimensional da proteína.
Possíveis efeitos:
Introdução de uma carga pode causar uma mudança na conformação
Introdução de um grupo hidrofóbico pode favorecer a associação com uma membrana, etc.
Ubiquitinação:
-Adição de ubiquitina 
-Marca as proteínas para a degradação proteolítica
Fosforilação:
-Adição de um grupo fosfato carregado negativamente
-1 a dezena de resíduos de aminoácidos fosforilados
-Proteínas-cinases: adicionam o grupo fosfato
-Proteínas-fosfatases: removem o grupo fosfato
-A fosforilação de uma enzima pode afetar a catálise alterando a afinidade pelo substrato- pode expor ou ocultar o sítio de ligação.
*regulação por proteólise
Não é tão recorrente, mas podemos observar em alguns momentos
As enzimas que degradam proteínas são produzidas primeiramente por uma forma inativa, os zimogênios (forma inativa da enzima) para ser ativado é necessário romper ligações peptídicas, com esse rompimento passamos a observar uma série de subunidades, várias cadeias polipeptídicas, e então o zimogênio passa a ganhar atividade
Muitas enzimas proteolíticas do estômago e pâncreas são reguladas dessa maneira.
Ex: quimiotripsinôgenio quimiotripsina tripsinogênio tripsina
As Clivagens específicas provocam mudanças conformacionais que expõem o sítio ativo da enzima.
*regulação da expressão gênica
Biossinalização: consiste nos efeitos de moléculas sinalizadoras que agem através de receptores diversos, muitas vezes essas respostas resultam na regulação da expressão gênica, ou seja ,na regulação de quantas copias daquela receita presentes no DNA para a produção da nossa enzima em questão. 
Dependendo dos sinais que um organismo libera e recebe em suas células pode haver um aumento da produção de determinadas enzimas ou uma redução.
Ex: indivíduos que passam muito tempo em estado alimentado/absortivo tendem a produzir mais enzimas relacionadas as sínteses de gorduras
Indivíduos que passam maior tempo em estado de jejum tendem a produzir (pela liberação de hormônio glucagon) enzimas responsáveis pela quebra dessas gorduras