Unidade 04 - Bioquimica

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SDE0024 – BIOQUIMICA
Unidade 04: ENZIMAS
AULA 04: ENZIMAS
Bioquímica
Enzimas
• Há duas condições fundamentais para a vida:
 ser capaz de se auto-replicar.
 ser capaz de catalisar as reações químicas eficiente e seletivamente.
Os seres vivos fazem uso da energia do ambiente.
Consumimos a sacarose como uma espécie de combustível, que é convertida em CO2 e H2O na presença de O2, sendo um processo altamente liberador de energia que pode ser usada para: pensar, movimentar, etc.
O açúcar pode ser guardado durante anos sem nenhuma conversão, entretanto, quando consumido por um humano ela libera sua energia em segundos. Resultado da catálise, que acelera as reações químicas, como a oxidação da sacarose, que acontece em tempo hábil mantendo a vida.
Então, os seres vivos utilizam catalisadores – chamados enzimas – para aumentar a velocidade das reações químicas.
AULA 04: ENZIMAS
Bioquímica
Enzimas
• São um grupo de substâncias orgânicas com atividade intra ou extracelular;
• São catalisadores protéicos que aumentam a velocidade de uma reação química e não são consumidos durante a reação.
Bioquímica
Histórico
AULA 04: ENZIMAS
• Sabia-se no final do século XVII e início do século XVIII:
- As secreções estomacais eram capazes de digerir a carne.
- A conversão de amido a açúcares pela saliva.
- Mecanismos desconhecidos!
Bioquímica
Histórico
AULA 04: ENZIMAS
• ± 1850 Louis Pasteur concluiu que: açúcar é transformado em álcool pelas levedurae e era catalisada por “fermentos” 
• FERMENTAÇÃO: “fermentos” foram posteriormente chamados de enzimas.
• No início do século XX : 75 enzimas foram isoladas.
• Atualmente: + 2000 enzimas são conhecidas.
Bioquímica
Classificação
AULA 04: ENZIMAS
N°
classe
TIPO DE REAÇÃO CATALISADA
1
Oxirredutases
Reações de transferência deelétrons
2
Transferases
Reações de transferência de grupos
3
Hidrolases
Reações de hidrólise
4
Liases
Adição de grupos comligação duplaou remoção de grupos com a formação deligação dupla.
5
Isomerases
Transferência de grupos na mesma molécula para formar isômeros.
6
Ligases
Formação de ligações: C-C,C- S, C –O, C- N, pelo acoplamento da clivagem do ATP.
Bioquímica
Oxirredutases
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• Transferência de elétrons.
Bioquímica
Transferases
AULA 04: ENZIMAS
• Transferência de grupos.
Bioquímica
Hidrolases
AULA 04: ENZIMAS
• Reações de hidrólise.
Bioquímica
Liases
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• Adição ou remoção de grupos de H2O, NH4+, CO2. 
Bioquímica
Isomerases
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• Transferência de grupos dentro da mesma molécula com formação de isômeros. 
Bioquímica
Ligases
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• Reações de síntese com consumo de ATP.
Ex: Piruvato carboxilase
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 Propriedades das enzimas
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• Têm funções catalisadoras, acelerando as reações químicas que, sem a sua presença, dificilmente aconteceriam.
 VELOCIDADE
 ENERGIA DE ATIVAÇÃO
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Energia de ativação
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Bioquímica
Nomenclatura
AULA 04: ENZIMAS
As enzimas são nomeadas pela adição do sufixo “ase” ao nome do substrato.
Exemplo: 
Urease - hidrólise da uréia.
Ou a uma palavra ou frase que descreve a atividade.
Exemplo: 
DNA polimerase – polimerização dos nucleotídeos para formar o DNA.
Bioquímica
Importância das enzimas
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Fazem parte de todos os processos bioquímicos;
Catalisam as reações de degradação de moléculas dos nutrientes;
Conservam e transformam a energia química;
Sintetizam macromoléculas biológicas a partir de precursores;
A sua ausência ou sua atividade excessiva podem ser causas de doenças.
São importantes na medicina, na indústria química, no processamento de alimentos e na agricultura.
Bioquímica
Componentes da reação enzimática
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Bioquímica
• São substâncias que se ligam às enzimas e são modificadas na reação química.
Substrato
AULA 04: ENZIMAS
Bioquímica
Como as enzimas trabalham
AULA 04: ENZIMAS
A reação ocorre no sítio ativo:
– contém os resíduos de aminoácidos diretamente envolvidos na reação, que se ligam ao substrato e catalisam sua transformação.
– ocupa uma parte relativamente pequena do volume total da enzima;
– corresponde, geralmente, a uma cavidade na molécula de enzima, com um ambiente químico muito próprio.
– o substrato entra no sítio ativo e liga-se à enzima através de interações fracas, não covalentes;
Sítio ativo
Enzima
Substrato
Bioquímica
Ligação da enzima ao substrato
AULA 04: ENZIMAS
• 2 modelos propostos:
• Chave- fechadura. Proposto por Emil Fischer (1894), onde o alto grau de especificidade das enzimas originou a hipótese da Chave-Fechadura, que considera que a enzima possui sítio ativo complementar ao substrato. Cada enzima é específica para o seu substrato.
• Encaixe induzido. Proposto por Koshland (1958), onde a enzima e o substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição.
Bioquímica
Ligação da enzima ao substrato
AULA 04: ENZIMAS
Bioquímica
Modelo encaixe induzido
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Bioquímica
Resumindo
AULA 04: ENZIMAS
Bioquímica
Cofator
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• Compostos não proteicos adicionais que permitem algumas proteínas desenvolverem sua atividade completa.
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Cofator
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• Cofatores inorgânicos.
Cu2+
Citocromooxidase
Fe2+ou Fe3+
Citocromooxidase,catalase,peroxidase
K+
Piruvatoquinase
Mg2+
Hexoquinase, glicose-6-fosfatase,piruvatoquinase
Mn2+
Arginase,ribonucleotídeoredutase
Mo
Dinitrogenase
Ni+2
Urease
Se
Glutationaperoxidase
Zn2+
Anidrasecarbônica,desidrogenasealcoólica,carboxipeptidaseA e B
Bioquímica
Coenzima
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• Cofatores orgânicos.
• A parte proteica de uma enzima chama-se apoenzima.
• Conjunto completo de apoenzima e coenzima chama-se holoenzima.
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Cinética enzimática
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• É o estudo do mecanismo pelo qual as enzimas ligam substratos e os transformam em produtos. 
Bioquímica
Fatores que interferem na velocidade das reações enzimáticas 
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• Temperatura
• pH
• Concentração de substrato
• Concentração de enzima
• Presença de inibidores
Exemplo 1: Alterações de temperatura
Febre
Hipotermia
 Perturbam a homeostase
Alterar velocidade de muitas reações
Exemplo 2: Toxicologia e Farmacologia
Venenos metabólicos
Inibem ou abolem reações metabólicas essenciais
Inibem a atividade de enzimas 
Drogas terapeuticamente importantes
Competem com o substrato pelo sítio ativo da enzima
Bioquímica
Temperatura x Atividade enzimática
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Bioquímica
pH X Atividade enzimática
AULA 04: ENZIMAS
Bioquímica
Substrato x atividade enzimática
AULA 04: ENZIMAS
Bioquímica
Enzima x Atividade enzimática
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Bioquímica
Inibição enzimática
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• Inibidores competitivos.
• Inibidores não competitivos.
Os inibidores enzimáticos são agentes moleculares que interferem na catálise, diminuindo ou parando as reações enzimáticas.
Podem ser usados como agentes farmacêuticos. Ex: Aspirina, etc.
Bioquímica
Regulação enzimática
AULA 04: ENZIMAS
As enzimas reguladoras exibem aumento ou diminuição da atividade catalítica em resposta a certos sinais.
As enzimas alostéricas funcionam por meio da ligação de compostos reguladores reversíveis, chamados moduladores alostéricos, que são metabólitos pequenos ou co-fatores.
Algumas enzimas são estimuladas ou inibidas quando estão ligadas por proteínas moduladoras.
Outras enzimas são ativadas quando segmentos peptídicos são removidos por clivagem proteolítica.
Exemplos de ambos são encontrados em processos fisiológicos como: coagulação sangüínea, digestão, etc.
São aquelas que sofrem alterações na forma ou conformação em resposta à ligação de moduladores, tornando a enzima mais ou menos ativa.
Esses moduladores de enzimas alostéricas podem ser inibitórios ou estimuladores. 
As enzimas alostéricas geralmente possuem um ou maissítios reguladores.
Bioquímica
Regulação enzimática
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• Modulação alostérica : retroinibição.
• Modulação covalente: fosforilização inativa.
Bioquímica
Isoenzimas
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• São enzimas que diferem na sequência de aminoácidos, mas que catalisam a mesma reação química.
• Isoformas: variantes estreitamente relacionadas
Bioquímica
Enzimas no diagnóstico clínico
AULA 04: ENZIMAS
Bioquímica
Enzimas no diagnóstico clínico
AULA 04: ENZIMAS
• Champe,P.C.; Harvey, R.A.; Ferrier, D.R. Bioquímica ilustrada, 4ª ed,2009. (MATERIAL DIDÁTICO)
• Lehninger, A. Princípios de Bioquímica, 5ª ed, 2011.
Bioquímica
Referências
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AVANCE PARA FINALIZAR A APRESENTAÇÃO.
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