Estudo dirigido- Enzimas

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Enzimas
1. Qual a definição e qual a importância biológica das enzimas?
Enzimas são os catalisadores biológicos, formadas por longas cadeias de aminoácidos e responsáveis por viabilizar a atividade das células, provocando ou acelerando reações necessárias à sobrevivência e correto funcionamento destas. 
2. Toda enzima é uma proteína?
Apesar da ínfima maioria das enzimas serem de origem proteica, existe um pequeno grupo de moléculas de RNA que também formam enzimas, as Riboenzimas. 
3. Dê a definição e exemplos:
a. Apoproteína: Proteínas que são capazes de se ligar a lipídeos, formando uma Lipoproteína. 
Ex: B100 (responsável pelo metabolismo das VLDL, IDL e LDL).
Resposta Professor: É a parte proteica de uma enzima sem sua parte funcional não proteica (cofator).
b. Cofator enzimático: Pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que podem ser necessárias para a função da enzima.
Ex: Ferro +2 ou +3 (cofator da enzima Peroxidase).
c. Substrato enzimático: Molécula que sofre a ação da enzima e é transformada em produto. 
Ex: H2O2 (quebrado pela enzima Peroxidase)
d. Sítio ativo: Região da molécula enzimática que se liga ao substrato para que haja reação. 
e. Sítio alostérico: Região separada daquela em que se liga o substrato, na qual pequenas moléculas regulatórias (efetores) podem ligar-se e modificar a atividade catalítica da enzima. 
Resposta Professor: Sítio em uma enzima que ao ligar-se a um modulador, leva a enzima a sofrer uma mudança conformacional que pode alterar as propriedades catalíticas ou de ligação da enzima.
f. Grupo prostético: Enzima em que o cofator é ligado a esta de forma covalente. 
Ex: Grupo Heme da Hemoglobina.
g. NAD+: Dinocleotídeo de nicotinamida e adenina, é uma coenzima que apresenta dois estados de oxidação.
h. FAD: Dinocleotídeo de flavina e adenina, é um cofator capaz de sofrer ação redox e está presente em diversas reações importantes no metabolismo.
4. Dê acordo com a classificação internacional das enzimas, descreva cada classificação e dê 1 exemplos.
Óxido-redutases: reações de óxido-redução ou transferências de elétrons (íons hidreto ou átomos de H).
Exemplos: desidrogenases e peroxidases.
Transferases: reações de transferências de grupos funcionais entre as moléculas. 
Exemplos: aminotransferases e quinases.
Hidrolases: reações de hidrólise, em que ocorre a quebra de uma molécula em moléculas menores com a participação da água. 
Exemplos: amilase, pepsina e tripsina.
Resposta Professor: Hidrolases – enzimas que catalisam a clivagem hidrolítica de ligações C—C, C—O, C—N e outras ligações covalentes.
Liases: reações em que pode ocorrer a adição de grupos a duplas ligações ou a remoção de grupos deixando dupla ligação. 
Exemplo: fumarase.
Isomerase: reações em que ocorrem a formação de isômeros.
Exemplo: epimerase.
Ligase: reações de síntese em que ocorre a união de moléculas com gasto de energia, geralmente, proveniente do ATP. 
Exemplo: sintetases.
5. Dê acordo com as características das enzimas, responda (V) para verdadeiro e (F) para falso, e justifique sua resposta quando falso.
a. (F) As enzimas são altamente específicas aos seus substratos, dessa formas cada enzima possui um e somente um único substrato;
b. (F) A especificidade de uma enzima depende do sítio ativo e do sítio alostérico;
c. (F) As enzimas possuem grande eficiência catalítica devido a sua grande quantidade em relação ao substrato;
d. (V) A maioria das enzimas intracelulares funcionam em meio hidrofílico, com pH= 7,4 e temperatura de 37°C;
e. (F) As enzimas não são consumidas durante as reações, devido ao fato de existir uma produção constante de enzimas;
6. O que é energia de ativação? Comente.
Energia de ativação é o nível energético mínimo necessário para que a enzima alcance o Estado de transição (instável e de grande energia) e assim, ocorra a reação. 
Resposta Professor: É a energia mínima necessária para iniciar uma reação química, e o seu valor varia de reação para reação. É dada pela diferença energética entre o estado fundamental (substrato) e o de estado de transição (ES, EP).
7. Descreva o mecanismo de ação enzimática.
As enzimas atuam de diversas formas, sendo uma das principais a diminuição do valor da energia de ativação. Isso ocorre através da utilização da energia livre (energia de ligação) oriunda das interações fracas formadas entre enzima e substrato (ES).
8. Comente sobre a cinética de Michaelis-Menten.
A cinética de Michaelis-Menten é um dos modelos mais conhecidos da cinética enzimática. Michaelis e Menten deduziram uma constante (Km) que é indicadora da velocidade da reação e consequentemente do grau de afinidade que a enzima tem pelo substrato. A constante de Michaelis-Menten (Km) é definida como a concentração de substrato necessária para que metade da velocidade máxima da reação seja atingida. Quanto menor o Km, maior a especificidade, e quanto maior o Km, menor a especificidade.
V0= Vmáx . [S] / Km + [S]
Onde: 
V0 = velocidade inicial
Vmax = velocidade máxima
Km = constante de Michaelis-Menten
[S] = concentração do substrato (em mol/L)
9. Quais são os fatores que interferem nas reações enzimáticas? Comente cada uma, se tiver um gráfico desenhe.
Temperatura: Seguindo o comportamento das reações químicas, a velocidade da atividade enzimática aumenta quando se aumenta a temperatura. Entretanto, a velocidade da reação aumenta até um máximo, após determinada temperatura a velocidade declina rapidamente, mesmo aumentando a temperatura. Isso ocorre por que a estrutura tridimensional das enzimas se rompe, impossibilitando-a de formar o complexo enzima-substrato. Pode-se dizer que a velocidade de reação aumenta ou diminui por um fator de 2 a cada variação de 10 graus centígrados na faixa de 10° a 70°.
pH: Assim como no caso da temperatura, existe um valor para atividade ótima o qual, após ele ocorre um rápido decréscimo.
Tempo: A atividade enzimática é influenciada diretamente pela ação do tempo. Quanto mais tempo a enzima estiver em contato com o substrato, mais produtos serão produzidos, enquanto houver substrato.
Enzima: a velocidade da reação é diretamente proporcional à concentração da enzima.
Substrato: para uma enzima comum, à medida que a concentração do substrato é aumentada, a velocidade inicial aumenta até que alcance um valor máximo, Vmáx, nesse ponto o aumento adicional na concentração do substrato não aumenta a velocidade inicial, diz-se que a enzima está “saturada” com o substrato.
10. O que é inibidor, qual local de ação e os tipos?
Um inibidor é qualquer substancia que reduz a velocidade de uma reação enzimática.
Inibição competitiva: Na inibição competitiva, o inibidor e o substrato competem reversivelmente ao mesmo sítio enzimático. Os inibidores são muitas vezes semelhantes ao substrato da enzima. A velocidade máxima da reação não é alterada, mas níveis mais altos de concentração do substrato são requeridos para que se atinja uma determinada velocidade, com o aumento do KM
Inibição não-competitiva: Os inibidores não-competitivos podem ligar-se à enzima ao mesmo tempo que o substrato, ou seja, nunca se ligam ao sítio ativo. Quer o complexo E-I, quer o complexo E-I-S, são enzimaticamente inactivos. O inibidor altera a afinidade da enzima com o substrato. A Vmax muda neste caso, pois o inibidor não pode ser desligado da enzima por aumento da concentração de substrato (em contraste com o que acontece na inibição competitiva).
Inibição acompetitiva ou incompetitiva: Na inibição acompetitiva, o inibidor não se pode ligar à enzima no estado livre, mas somente ao complexo E-S. Este tipo de inibição é raro, mas pode ocorrer em enzima multiméricas.
11. Explique os tipos de inibição enzimática e de exemplos:
a. Irreversível: na inibição irreversível a atividade enzimática é inativada definitivamente. A substância inibidora se une à enzima por ligações covalentes (mais estáveis), o que altera o grupo funcional da enzima necessário para sua atividade catalítica, tornando-a inativa de forma permanente. Um bom exemplo de inibidorirreversível é o íon cianeto (CN-), que se une à enzima citocromo oxidase, enzima muito importante no processo de respiração celular, levando à sua inativação definitiva. Com essa enzima inativada, a célula deixa de realizar a respiração e morre.
b. Inibição reversível: nesse tipo de inibição as moléculas do inibidor e as moléculas da enzima se unem por ligações não covalentes, que, por serem mais instáveis, podem ser rompidas, fazendo com que a enzima retome a sua atividade posteriormente.
Competitiva: Metotrexato é um inibidor competitivo da enzima dihidrofolato redutase, que catalisa a redução do dihidrofolato em tetrahidrofolato.
Não competitiva: Proteína α1-antitripsina que liga-se à tripsina e inibi a ação desta.
12. Qual a relação existente entre a concentração de substrato e o KM em uma reação enzimática do tipo Michaelis-Menten?
Km reflete o grau de afinidade de uma enzima com seu substrato, nesse sentido, quando menor for o Km, menor será concentração de substrato necessária para que a reação ocorra e maior será a velocidade da reação. Da mesma forma, quanto maior o valor de Km, maior será a concentração de substrato necessária e menor a velocidade da reação. 
13. Qual a importância de se saber o valor de KM numa reação enzimática? Dê exemplo.
Uma vez que o Km reflete a afinidade de uma enzima com o seu substrato, conhecer esse valor permite saber a quantidade necessária de substrato para que a reação ocorra.
Resposta Professor: O Km é um importante parâmetro da reação enzimática e da função biológica pois fornece uma medida da concentração de susbtrato para que ocorra uma catálise significativa. As enzimas diferem muito no Km dependendo do substrato e das condições experimentais como temperatura, sais, pH, etc. Então, o Km é a concentração de susbtrato na qual a velocidade é a metade da Vmax, e a concentração de susbtrato na qual 50% dos sítios ativos da enzima estão ocupados. Se Km é conhecido, a fração de sítios ativos ocupados em uma dada concentração de susbtrato pode ser definida. O Km também está relacionado às constantes de velocidade de cada etapa da reação, podendo ser um parâmetro da afinidade entre enzima e substrato. Exemplo: hexocinase (músculo) versus glicocinase (fígado). A hexocinase está presente nos músculos e diversos tecidos. Tem alta afinidade pela glicose, ou seja, mesmo em pequenas quantidades de glicose consegue converter glicose em glicose-6-fosfato, sendo inibida por altas concentrações de glicose-6-fosfato. A glicocinase presente no fígado, tem baixa afinidade pela glicose, não é inibida pela glicose-6-fosfato pois, quando os níveis de glicose sanguínea estão baixos, a glicocinase fica ligada à proteína reguladora, assim, a glicose sanguínea fica disponível para os tecidos e o fígado não a utiliza.
14. O que são enzimas alostéricas e qual a sua importância?
Enzimas alostéricas são enzimas que contém uma região separada daquela em que se liga o substrato, na qual pequenas moléculas regulatórias podem se ligar e modificar a atividade catalítica destas enzimas. As modificações no sítio catalítico podem diminuir ou acelerar a velocidade da reação.
Resposta Professor: Enzimas alostéricas são enzimas regulatórias que agem por meio de ligações reversíveis e não covalentes com compostos regulatórios, denominados moduladores alostéricos ou efetores alostéricos, que geralmente são metabólitos pequenos ou cofatores. As enzimas alostéricas são importantes pois o controle das suas atividades regulam vias metabólicas nas células.
15. Qual a diferença entre a enzima alostérica e uma enzima de Michaeliana?
As enzimas alostéricas mostram relações entre velocidade inicial e concentração de substrato que diferem do comportamento enzimático do tipo Michaelis-Menten. Elas exibem saturação quando a concentração do substrato é suficientemente alta, mas algumas enzimas alostéricas, quando a velocidade inicial é colocada em gráfico contra a concentração do substrato, resultam em uma curva de saturação sigmóide e não uma curva hiperbólica.