Lista Exercícios 7 - Enzimas

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Disciplina: Bioquímica 1º Semestre de 2018 
Curso: Biologia UNICSUL – SM 
1- Defina enzima, substrato e sítio ativo. 
2 – Definir a constante de Michaelis-Menten (KM) e mostrar a relação entre seu 
valor e a afinidade pelo substrato. 
3 – Explicar como concentração da enzima, do substrato, temperatura e pH 
afetam as reações enzimáticas. 
4 – Definir inibidor competitivo e não competitivo. 
5 – Mostrar pelo gráfico de Michaelis-Menten (v0 X [S]) 
a. Reações com a concentração de enzima [E] e [2E]. 
b. Reações enzimáticas na presença de um inibidor competitivo e não 
competitivo. 
c. Reação enzimática na ausência e na presença de efetor alostérico positivo e 
negativo. 
6 – Sabendo que a uréia (H2N-CO-NH2) pode ser decomposta em CO2 e NH3, 
um estudante interessado em obter NH3 rapidamente, a partir de uréia, preparou 
uma série de tubos e incubou-os a 30°C por 10 minutos. Após este tempo, dosou 
amônia nos tubos. A composição dos tubos (com volume de 1 ml) e os resultados 
de suas dosagens foram: 
Tubo N° Uréia (mM) Urease (μg) NH3 (μmoles) 
1 2,5 0,1 0,21 
2 5,0 0,1 0,42 
3 10 0,1 0,59 
4 15 0,1 0,67 
5 25 0,1 0,73 
6 50 0,1 0,78 
7 100 0,1 0,79 
8 200 0,1 0,78 
9 200 - 0,00 
 
a) Por que não houve formação de NH3 no tubo 9? 
b) Qual foi a velocidade de reação nos tubos 5 a 8? 
c) De que dependeu a velocidade das reações neste experimento? 
d) Qual seria o resultado se a dosagem de amônia fosse feita após 48 h de 
incubação? 
e) Que modificações poderiam ser feitas na composição dos tubos para obter 
velocidades maiores do que as que foram medidas? 
 
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7 – Considerando a reação A → B não catalisada, fazer o gráfico da concentração 
de produto formado em função do tempo ([P] X t) e da velocidade da reação em 
função do tempo (V X t). Assinalar nos gráficos os tempos iniciais e finais da 
reação. Por que se utilizam tempos iniciais para medidas de velocidade da 
reação? 
 
8 – Descrever os procedimentos experimentais necessários para a obtenção do 
gráfico da velocidade da reação enzimática S → P em função da concentração 
do substrato. 
 
9 – Mostre graficamente a variação dos componentes da reação enzimática, [S], 
[Etotal], [Elivre], [ES] e P em função do tempo. 
 
 
10 – A velocidade de uma reação, utilizando-se uma concentração de substrato 
igual a 10-2 mol/L e de enzima igual a 0,01 mg/mL, é igual a 20 nmoles de 
produto por minuto. Sabendo que o KM da enzima é 10-5 mol/L, indicar: 
a) quantidade de produto formado após 5 minutos de reação; 
b) velocidade da reação, usando-se a mesma concentração da enzima e uma 
concentração de substrato igual a 10-5 mol/L. 
c) velocidade da reação, dobrando-se a concentração de enzima. 
 
11 – Foram medidas as velocidades de uma reação enzimática em função da 
concentração de substrato, mantendo-se fixos o pH e a temperatura. Que 
alterações poderiam ter sido introduzidas na experiência (curva 1) de modo a 
obter os resultados expressos pela curva 2 do gráfico a seguir? 
 
 
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12 – O metanol, por ação da álcool desidrogenase, é convertido a formaldeído, 
extremamente tóxico. A intoxicação por metanol pode ser tratada por ingestão 
de doses elevadas de etanol. Como se justifica esta terapia? 
 
13 – A glicose pode ser utilizada como fonte de energia (ATP) ou ser 
convertida em lipídeos, como mostra o seguinte esquema simplificado: 
 
 
a. Quais são as reações catalisadas por enzimas alostéricas? Quais são seus 
efetuadores? 
b. Por que a síntese de lipídeos ocorre quando há grande disponibilidade de 
glicose? 
 
 
 
 
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Respostas 
 
1- Defina enzima, substrato e sítio ativo. 
R. Enzimas são catalisadores biológicos em sua grande maioria proteicos. Como 
catalisadores, as enzimas, aumentam em várias ordens de grandeza a 
velocidade das reações as quais catalisam e por serem altamente específicas 
“selecionam”, entre todas as reações potencialmente possíveis, aquelas que irão 
efetivamente ocorrer. 
Substrato – É um composto químico que sofre uma reação catalisada por uma 
enzima. 
Sítio Ativo – Também conhecido como sítio catalítico, centro catalítico e centro 
ativo. É uma região pequena e bem definida da enzima. O centro ativo é formado 
por resíduos de aminoácidos, trazidos à proximidade uns dos outros pelos 
dobramentos das cadeias polipeptídica que definem a estrutura terciária da 
proteína. O centro ativo, assim organizado, constitui uma cavidade com forma 
definida, que permite à enzima “reconhecer” seu substrato. 
 
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O centro ativo da quimotripsina, expondo as cadeias laterais dos aminoácidos 
que o formam (Asp, His, Ser, Gly). O substrato neste caso é um polipeptídio onde 
a quimotripsina atuará quebrando ligações peptídicas. 
 
2 – Definir a constante de Michaelis-Menten (KM) e mostrar a relação entre seu 
valor e a afinidade pelo substrato. 
R. KM é numericamente igual à concentração de substrato que determina a 
metade da velocidade máxima da reação enzimática. O valor de KM também 
indica o grau de afinidade da enzima pelo substrato. Quanto menor o valor de 
KM, maior afinidade terá enzima pelo substrato. 
 
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Percebam que nesta figura, apesar da Vmax ser maior para a enzima B, a sua 
velocidade inicial é bem menor em relação a velocidade inicial da enzima para o 
mesmo substrato. Assim, pelo gráfico, concluímos que a enzima A tem menor 
valor de KM pelo substrato e dessa maneira maior afinidade pelo mesmo em 
relação a enzima B. 
 
 
3 – Explicar como concentração da enzima, do substrato, temperatura e pH 
afetam as reações enzimáticas. 
Concentração de Enzima: Variando a concentração de enzima, a velocidade 
da reação sempre irá variar, qualquer que seja a concentração do substrato, 
pois, se, para uma concentração E de enzima se obtém: 
Para a primeira parte da reação: 
 
 
Para uma concentração de enzima igual a 2E deve-se ter: 
 
É importante lembrar que o substrato sempre está em tal excesso que a 
quantidade dele que se liga a enzima é desprezível, portanto: 
 
 
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Entretanto, a concentração de ES em um caso é o dobro da outra, e portanto, 
como a velocidade em um caso será também o dobro da outra. 
 
Podemos generalizar e afirmar que a velocidade da reação é diretamente 
proporcional a concentração de enzima. 
 
 
 
Substrato: A concentração de substrato é importante para os primeiros tempos 
da reação enzimática, pois a velocidade inicial da reação é proporcional a 
concentração de substrato. Pontos A e B do gráfico abaixo. 
A partir disso a velocidade deixa de ser proporcional ao substrato até que se 
forme um platô, onde a velocidade permanece constante, indicando que todas 
as moléculas da enzima estiveram ligadas ao substrato durante o tempo em que 
a velocidade da reação foi medida. Ponto C. 
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pH: A maioria das enzimas apresenta um valor de pH para o qual sua atividade 
é máxima – a velocidade da reação diminui a medida que o pH se afasta deste 
valor ótimo, que é característico para cada enzima.A influência do pH sobreas 
atividades das enzimas pode ser melhor compreendida lembrano que as 
enzimas possuem em seus sítios ativos aminoácidos com cadeias laterais 
ionizáveis. Este pH ótimo depende, portanto, do número e tipo de grupos 
ionizáveis que uma enzima apresenta e da maneira que estão organizados 
(estrutura primária). Por outro lado, os substratos muitas vezes possuem grupos 
ionizáveis e também são “reféns” das variações de pH. 
 
Temperatura: Como nas maiorias das reações químicas, as reações 
enzimáticas apresentam velocidades próximas ao zero em temperaturas muito 
baixas e sofrem aumento gradativo da velocidade com o aumento da 
temperatura. Porém, em temperaturas acima dos 55°C começam a sofrer 
desnaturação e perdem a atividade. 
 
 
4 – Definir inibidor competitivo e não competitivo. 
R. Certas moléculas apresentam configuração espacial semelhante à do 
substrato e são capazes de se ligar ao centro ativo da enzima, produzindo um 
complexo enzima-inibidor, semelhante ao complexo enzima-substrato. 
 
 
 
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Inibição não competitiva: Os inibidores pertencentes a esta classe não guardam 
qualquer semelhança estrutural com o substrato da reação que inibem. Seu 
efeito é provocado por radicais que não pertencem ao sítio ativo, esta ligação 
altera a estrutura da enzima, a tal ponto que inibe a catálise. Formando além dos 
complexo ES e ESI, um complexo ternário ESI. 
 
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5 – Mostrar pelo gráfico de Michaelis-Menten (v0 X [S]) 
a. Reações com a concentração de enzima [E] e [2E]. 
 
b. Reações enzimáticas na presença de um inibidor competitivo e não 
competitivo. 
 
 
c. Reação enzimática na ausência e na presença de efetor alostérico positivo e 
negativo. 
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6 – Sabendo que a uréia (H2N-CO-NH2) pode ser decomposta em CO2 e NH3, 
um estudante interessado em obter NH3 rapidamente, a partir de uréia, preparou 
uma série de tubos e incubou-os a 30°C por 10 minutos. Após este tempo, dosou 
amônia nos tubos. A composição dos tubos (com volume de 1 ml) e os resultados 
de suas dosagens foram: 
Tubo N° Uréia (mM) Urease (μg) NH3 (μmoles) 
1 2,5 0,1 0,21 
2 5,0 0,1 0,42 
3 10 0,1 0,59 
4 15 0,1 0,67 
5 25 0,1 0,73 
6 50 0,1 0,78 
7 100 0,1 0,79 
8 200 0,1 0,78 
9 200 - 0,00 
 
a) Por que não houve formação de NH3 no tubo 9? 
R. No tubo 9 não há adição de enzima, catalisadora da reação. 
b) Qual foi a velocidade de reação nos tubos 5 a 8? 
R. Tubo 5: V = μmoles/min = 0,73/10 = 0,073 μmoles de NH3/min 
Aplicando o mesmo conceito para os tubos 6, 7 e 8 temos: 
Tubo 6: 0,078 μmoles de NH3/min 
Tubo 7: 0,079 μmoles de NH3/min 
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Tubo 8: 0,078 μmoles de NH3/min 
c) De que dependeu a velocidade das reações neste experimento? 
R. As velocidades das reações dependem da adição de enzima e da 
concentração de substrato nos primeiros tubos. 
d) Qual seria o resultado se a dosagem de amônia fosse feita após 48 h de 
incubação? 
R. Veja, o gráfico a seguir: 
 
Percebe-se que a produção do produto [P] aumenta enquanto houver substrato 
[S], porém, sabemos que a velocidade de reação vai diminuindo, pois o que 
abastece a reação, o substrato [S], esta sendo consumindo. 
Dessa maneira chegamos a conclusão que mesmo após 48 h de reação, 
havendo ainda disponibilização de substrato, porém a uma velocidade menor, a 
concentração de produto será maior que nos primeiros tempos de reação. 
e) Que modificações poderiam ser feitas na composição dos tubos para obter 
velocidades maiores do que as que foram medidas? 
R. Poderiam ser aumentadas as concentrações da enzima. 
 
7 – Considerando a reação A → B não catalisada, fazer o gráfico da concentração 
de produto formado em função do tempo ([P] X t) e da velocidade da reação em 
função do tempo (V X t). Assinalar nos gráficos os tempos iniciais e finais da 
reação. Por que se utilizam tempos iniciais para medidas de velocidade da 
reação? 
 
Sendo a reação A → B de primeira ordem, isto é, depende de apenas um dos 
componentes da reação. 
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A velocidade de uma reação diminui com o tempo. 
Velocidade Inicial: Quando medimos a produção de produto em função do 
tempo, percebemos que, no início da reação, a concentração de produto 
aumenta rapidamente e, após algum tempo, a velocidade de formação do 
produto diminui. 
Isso acontece porque a quantidade de reagente em solução diminui 
gradualmente. Se você decide medir a velocidade em termos de concentração 
de produto ([B]) em função do tempo, a partir de qualquer ponto do primeiro 
gráfico acima, verá que não é possível conseguir um número constante. 
Podemos perceber que a velocidade de reação, calculada dessa forma, estaria 
variando com o tempo. Porém, sabemos que a velocidade inicial (V0) de uma 
reação é proporcional à concentração de reagente (ou substrato). Isso indica 
que a V0 não deve variar. 
 
 
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8 – Descrever os procedimentos experimentais necessários para a obtenção do 
gráfico da velocidade da reação enzimática S → P em função da concentração 
do substrato. 
R. Primeiro temos que estabelecer as condições de reação como pH e 
temperatura em que a reação enzimática irá ocorrer. 
Estabelecer uma concentração de enzima, bem menor da concentração de 
substrato que será utilizada. 
Estabelecer qual concentração de substrato é saturante para a velocidade da 
reação!!! 
A partir disso, fazer uma diluição seriada com pelo menos dez pontos a partir de 
uma concentração acima da encontrada como saturante. Se a concentração 
saturante foi de 1 mol/L de substrato, comece com 2 mol/L (para garantir o platô) 
e termine com 0,1 mol/L de substrato. 
 
9 – Mostre graficamente a variação dos componentes da reação enzimática, [S], 
[Etotal], [Elivre], [ES] e P em função do tempo. 
 
 
 
10 – A velocidade de uma reação, utilizando-se uma concentração de substrato 
igual a 10-2 mol/L e de enzima igual a 0,01 mg/mL, é igual a 20 nmoles de produto 
por minuto. Sabendo que o KM da enzima é 10-5 mol/L, indicar: 
a) quantidade de produto formado após 5 minutos de reação; 
por Michaelis-Mentem temos 
V0 = 
Vmax ∙ [S]
KM + [S]
 
 
 
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Primeiro temos que achar o Vmax: 
20 = 
Vmax ∙ [0,01]
0,0001 + [0,01]
 
Vmax = 20 nmoles.min-1 
Verificamos que a reação nestas condições já se apresenta com sua velocidade 
máxima e, portanto, depois de 5 minutos teremos 20 nmoles x 5 = 100 nmoles 
de produto. 
b) velocidade da reação, usando-se a mesma concentração da enzima e uma 
concentração de substrato igual a 10-5 mol/L. 
V0 = 
Vmax ∙ [S]
KM + [S]
 
= 
V0 = 
20 ∙ [0,0001]
0,0001 + [0,0001]
 
V0 = 
0,002
0,0002
 
V0 = 10 nmoles.min-1 
 
c) velocidade da reação, dobrando-se a concentração de enzima. 
R. Dobrando-se a concentração de enzima a velocidade (V0) da reação também 
dobrará, a reação enzimática é diretamente proporcional a concentração de 
enzima, como já explicado no exercício 3. 
No primeiro caso, com substrato [10-2 mol/L] a velocidade será de 40 
nmoles.min-1. 
No segundo caso, com substrato [10-5 mol/L] a velocidade será de 20 
nmoles.min-1. 
 
11 – Foram medidas as velocidades de uma reação enzimáticaem função da 
concentração de substrato, mantendo-se fixos o pH e a temperatura. Que 
alterações poderiam ter sido introduzidas na experiência (curva 1) de modo a 
obter os resultados expressos pela curva 2 do gráfico a seguir? 
 
 
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R – Pode-se diminuir a concentração da enzima pela metade, 
 - Adicionar um inibidor não competitivo, pois não há alteração do KM. 
 
12 – O metanol, por ação da álcool desidrogenase, é convertido a formaldeído, 
extremamente tóxico. A intoxicação por metanol pode ser tratada por ingestão 
de doses elevadas de etanol. Como se justifica esta terapia? 
R. A enzima álcool desidrogenase catalisa a conversão de etanol em aldeído e 
também a conversão de metanol a metanal. No entanto, o KM da enzima pelo 
etanol tem menor valor, mostrando que a enzima possui maior afinidade pelo 
etanol. Assim, em casos de intoxicação por metanol, deve administrar etanol, 
que prevalecerá sobre o metanol na competição pelo sítio ativo da enzima. 
 
13 – A glicose pode ser utilizada como fonte de energia (ATP) ou ser 
convertida em lipídeos, como mostra o seguinte esquema simplificado: 
 
 
a. Quais são as reações catalisadas por enzimas alostéricas? Quais são seus 
efetuadores? 
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R. Reações 5 e 8. Na reação 5 o ATP aparece como um inibidor alostérico, 
enquanto na reação 8 o citrato aparece como efetuador alostérico positivo. 
b. Por que a síntese de lipídeos ocorre quando há grande disponibilidade de 
glicose? 
R. Por que quando há grande disponibilidade de glicose, há grande produção 
de citrato e ATP. A grande produção de ATP na mitocôndria irá inibir a reação 
5 o que acarretará no acumulo de citrato na célula, o qual será desviado para 
produzir lipídeos.