Bioquímica - Aula 2 - Enzimas e fatores que afetam sua atividade

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Bioquímica 
Estrutural
Prof. MSc Fábio Cáuper
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Proteínas catalisadoras que aumentam a velocidade da reação.
Não sofrem alterações no processo global.
De forma seletiva, catalisam reagentes (substratos) para rotas uteis.
Nomenclatura União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular.
O sufixo –ase é adicionado à descrição da reação química 
catalisada, incluindo os nomes dos substratos.
Ex: Fosfofrutoquinase.
FFK F-1,6-DP + ADPF-6-P + ATP
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Propriedades das enzimas
A – Sítio ativo
Região específica em forma de fenda ou bolso.
Contem cadeias laterais de aminoácidos, as quais criam uma 
superfície tridimensional complementar ao substrato.
Complexo Enzima 
Substrato (ES)
É convertido em 
Enzima Produto (EP)
Posteriormente se 
dissocia em Enzima e 
Produto
Sítio Ativo
Enzima
Substrato
Produto
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Propriedades das enzimas
B – Eficiência 
Catalítica
Reações catalisadas por enzimas são 103 a 108 vezes mais 
rápidas que as reações não-catalisadas. 
Kcat*
Nº de moléculas de substratos convertidas em moléculas 
de produto por segundo
C – Especificidade
Enzimas são altamente específicas, interagindo com um 
ou alguns substratos e catalisando um só tipo de reação 
química.
D – Regulação Enzimas podem ser reguladas/ ativadas ou inibidas.
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Propriedades das enzimas
E – Holoenzimas
Precisam de outras moléculas além das proteínas para sua 
atividade enzimática. ENZIMA ATIVA.
Apoenzima Enzima inativa sem seu componente não-proteico.
Cofator Componente metálico → Zn2+ ou Fe2+.
Coenzima Componente é uma molécula orgânica.
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Como funcionam as enzimas
A – Alterações de energia que ocorrem durante a reação
Reações
Barreira de energia que separa 
reagentes do produto.
Energia livre de reação.
Não existe uma diferença na 
energia livre da reação global (a 
energia dos produtos menos a 
energia dos reagentes) entre 
reações catalisadas e não-
catalisadas
Energia livre de 
ativação (não-
catalisada)
Energia livre 
de ativação 
(catalisada)
Estado de 
Transição 
T*
E
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 (
G
)
Estado inicial 
(reagentes)
Estado final 
(produto)
Progresso da reação →
ΔG
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G
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T
Como funcionam as enzimas
1. Energia livre 
de ativação
Diferença de energia entre reagente e T*.
Um intermediário rico em energia é formado durante a 
conversão do reagente em produto.
2. Velocidade 
de Reação
Para as moléculas reagirem, devem ter energia suficiente 
para superar a barreira do estado de transição.
E
n
e
rg
ia
 L
iv
re
 (
G
)
Estado inicial 
(reagentes)
Estado final 
(produto)
Progresso da reação →
ΔG
Bioquímica 
Estrutural
Fatores que afetam a catálise enzimática
Prof. MSc Fábio Cáuper
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[Substrato]
Vmáx
Fatores que afetam a catálise enzimática
Fatores
➢ Concentração de Substrato
➢ Temperatura
➢ pH
1 – Velocidade 
de uma reação
Nº de moléculas de substrato convertidas 
em produto por unidade de tempo. 
Geralmente expressa como μmol do 
produto formado por minuto
Concentração do substrato
2 – Velocidade 
máxima
A velocidade de uma reação catalizada 
por uma enzima aumenta com a 
concentração do substrato até atingir 
sua velocidade máxima.
Enzima alostéricas
apresentam cura 
sigmoidal
Enzima que seguem a 
cinética de Michaelis-
Mentem apresentam 
curvas hiperbólicas
Fatores que afetam a catálise enzimática
1- Aumento da 
velocidade com a 
temperatura
Aumenta até um pico
Temperatura
Devido ao aumento do nº de moléculas com energia 
suficiente para atravessar a barreira de energia e formar 
os produtos
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Temperatura (ºC)
20 40 60 80
Inatividade térmica 
da enzima 2 – Diminuição da 
velocidade com 
temperaturas mais altas
Temperatura ótima das 
enzimas humanas é etre
35º e 40º.
Desnaturação da Enzima
Fatores que afetam a catálise enzimática
1- Efeito do pH sobre a 
ionização do sítio ativo
Enzima e substrato tenham determinados grupos 
químicos em estados ionizados ou não-ionizados (Ex: 
Enzima → NH3
+)
pH
Concentração de H+ afeta:
Valores extremos de pH podem levar à desnaturação 
da enzima pois a estrutura da molécula proteica 
cataliticamente ativa depende do caráter iônico dos 
cadeias laterais dos aminoácidos
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pH
2 7 9
Pepsina
Amilase 
salivar
Tripsina
Equação de Michaelis-Menten
E – Enzima
S – Substrato
ES – complexo enzima-substrato
P – Produto
K1, k-1 e k2 – Constante de velocidade
“A velocidade da reação varia de acordo com a concentração do substrato”
E + PESE + S
K1
K-1
K2
V0 – Velocidade Inicial
Vmax – Velocidade máxima
Km – Constante de Michaelia-Menten
= (k-1 + k2)/ K1
[S] – Concentração do Substrato+
[S]V0
=
Vmax
[S]Km
A – Modelo de Reação
B – Equação de Michaelis-Menten
Equação de Michaelis-Menten
1 – Concentrações relativas de E e S
[S] é muito 
maior que a [E]
Porcentagem de substrato total ligado a enzima em 
qualquer momento é pequena
2– Hipótese do estado de equilíbrio
A [ES] não varia 
com o tempo
Velocidade de formação de ES é igual a de 
degradação de ES (para E + S e para E + P)
3– Velocidade inicial - V0
V0 é muito utilizada na análise 
de reações enzimáticas
É medida assim que a enzima e o 
substratos são misturados.
Equação de Michaelis-Menten
1 - Características do Km
(Constante de Michaelis-Menten)
•Reflete a afinidade da enzima com seu substrato.
•Numericamente é igual à [S] em que a velocidade 
de reação é igual a ½ Vmáx.
•Não varia com [E].
C – Conclusões importantes acerca da cinética de Michaelis-Menten
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[Substrato]
Vmáx
O menor Km para a 
enzima 1 reflete uma alta 
afinidade da enzima pelo 
substrato
O maior Km para a enzima 2 
reflete uma baixa afinidade 
da enzima pelo substrato
Km1 Km2
Enzima 1
Enzima 2
Vmáx/2
Equação de Michaelis-Menten
2 – Relação da velocidade e a 
concentração da enzima
•A velocidade da reação é diretamente proporcional a 
[E] em qualquer [S].
•Redução [E] → V0 e Vmáx.
C – Conclusões importantes acerca da cinética de Michaelis-Menten
3 – Ordem de Reação
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[Substrato]
Vmáx
Em altas concentrações de substrato 
([S] >> Km ), a velocidade de reação é 
de ordem zero – isto é, é constante e 
independente da concentração de 
substrato.
Em baixas concentrações de 
substrato ([S] << Km ), a velocidade 
de reação é de primeira ordem –
isto é, é proporcional à 
concentração de substrato.
Km
Vmáx/2
Equação de Michaelis-Menten
•Nem sempre é possível determinar quando a Vmáx é 
alcançada, devido a inclinação gradual da curva 
hiperbólica em altas concentrações de substrato.
D – Gráfico de 
Lineweaver-Burk
+V0
=
Km
[S]Vmáx
1
+
Vmáx
1
1 – A equação que 
descreve o gráfico de 
Lineweaver-Burk
•Entretanto, em uma curva de 1/V0 contra 1/[S], obtém-
se uma linha reta → gráficos dos duplos recíprocos.
-1/Km 1/[S]
1/V0
1/Vmáx
Inibição da Atividade Enzimática
“Qualquer substância que possa diminuir a velocidade das reações catalisadas por 
enzimas é chamada de inibidor. 
Inibidores 
irreversíveis
Ligações covalentes
Inibidores 
reversíveis
Ligações não-
covalentes
Diluição do complexo
Dissociação do 
Inibidor
Enzima Inibidor
Inibidores 
reversíveis
Ligam-se 
às enzima
por meio 
de ligação 
não 
covalente
Recuperação 
da atividade 
Enziática
Enzima + Inibidor
Inibição da Atividade Enzimática
1– Efeito sobre a Vmáx
Presença do inibidor competitivo aumenta a [S]. 
Em uma [S] muito alta a Vmáx é alcançada.
A – Inibição Competitiva
O inibidor liga-se reversivelmente ao mesmo sítio que 
o substrato normalmente ocuparia. 
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[Substrato]
Vmáx
A Km é aumentada na 
presença de um inibidor 
competitivoKm
Sem inibidor
Com inibidor
Vmáx/2
A Vmáx é a mesma na 
presença de um inibidor 
competitivo
Inibição da Atividade Enzimática
2– Efeito sobre a Km
Um inibidor competitivo aumenta o Km
Aparente para determinado substrato.
Na presença de um inibidor 
competitivo mais substrato é 
necessário para atingir a ½ Vmáx.
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[Substrato]
Vmáx
A Km é aumentada na 
presença de um inibidor 
competitivo
Km
Sem inibidor
Com inibidor
Vmáx/2
A Vmáx é a mesma na 
presença de um inibidor 
competitivo
A – Inibição Competitiva
Inibição da Atividade Enzimática
3– Efeito sobre a gráfico de 
Lineweaver-Burk
1/ Vmáx Não é alterada
1/V0
1/[S]
Sem inibidor
Inibidor competitivo
1/Vmáx
A Vmáx é a mesma na 
presença de um inibidor 
competitivo
A Km é aumentada na 
presença de um inibidor 
competitivo
1/Km
A – Inibição Competitiva
2 – Estruturas como 
exemplo de inibidores 
competitivos
Anti-liperpidêmicas → Inibem 
competitivamente o 1º passo 
comprometido com a síntese do 
colesterol.
Diminuição dos níveis de 
colesterol no plasma
A – Inibição Competitiva
Inibição da Atividade Enzimática
B – Inibição Não-competitiva O inibidor e o substrato ligam-se em sítios diferentes na enzima. 
O inibidor liga-se tanto na enzima quanto no complexo enzima-
substrato.
Inibição da Atividade Enzimática
1– Efeito sobre a Vmáx
A inibição não-competitivo não pode ser superado 
pelo aumento da [S] → diminuição da Vmáx.
B – Inibição Não-competitiva
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[Substrato]
Vmáx
A Km não é alterada na 
presença de um inibidor 
não-competitivo
Km
Sem inibidor 
não-competitivo
Com inibidor não-competitivo
Vmáx/2
A Vmáx é reduzida na 
presença de um inibidor não-
competitivo
2– Efeito sobre a Km
A inibição não-competitivo não interfere 
na ligação do substrato com a enzima 
→ A Km não é alterada.
Inibição da Atividade Enzimática
3– Efeito sobre a 
gráfico de 
Lineweaver-Burk
A Vmáx é reduzida na presença de 
um inibidor não-competitivo
1/V0
1/[S]
Sem inibidor
Inibidor competitivo
1/Vmáx
A Vmáx é reduzida na 
presença de um inibidor 
não-competitivo
A Km não é alterada na 
presença de um inibidor 
não-competitivo
1/Km
B – Inibição Não-competitiva
Exercício
No caso do envenenamento por etilenoglicol e sua acidose metabólica característica, o
tratamento envolve a correção da acidose, a remoção de todo etilenoglicol remanescente e a
administração do inibidor da álcool desidrogenase (ADH. Álcool:NAD+ oxidorredutase), enzima
que oxida o etilenoglicol aos ácidos orgânicos que causam acidose. O etanol (álcool de cerais)
frequentemente é o inibidor utilizado no tratamento do envenenamento por etilenoglicol. Ele age
inibindo competitivamente o ADH. Como inibidor competitivo, o etanol:
a) Aumenta o Km aparente sem afetar a Vmáx.
b) Diminui o Km aparente sem afetar a Vmáx.
c) Aumenta a Vmáx aparente sem afetar o Km.
d) Diminui a Vmáx aparente sem afetar o Km.
e) Diminui o Km e a Vmáx aparente.