resumo enzimas

Prévia do material em texto

ENZIMAS
Praticamente todas as reações químicas envolvem enzimas 
Quase todas são proteínas 
Função catalisadora 
Grande parte delas é terciária globular devido à melhor interação com o substrato, porém algumas são quaternárias (são grandes, regulatórias)
Algumas enzimas funcionam sem a adição de nenhum outro grupo à sua cadeia polipeptídica, porém algumas necessitam de um grupo prostético: cofator (um ou mais íons como Fe, Mg e Zn) ou coenzima (ácido fólico e vitaminas); ou ainda podem usar de cofator e coenzima simultaneamente.
Apoenzima = parte protéica da enzima 
Haloenzima = apoenzima + cofator/coenzima
FUNCIONAMENTO
O substrato, que é a molécula que será catalisada, se liga no sítio ativo da enzima. 
Neste sítio ativo, há um grupo R de aminoácidos que ligam o substrato e o catalisam. 
Após ser catalisado, o substrato é liberado como produto.
As enzimas sofrem uma alteração estrutural durante o processo, mas depois que realizam a catalisação, voltam a sua conformação normal.
Um sistema possui uma energia global, porém apenas uma pequena fração dela é usada para realizar o trabalho catalítico. Essa pequena energia utilizada é chamada de energia livre de GIBBS
As enzimas promovem uma diminuição na energia de ativação (∆G), o que faz a velocidade da reação aumentar.
A enzima não desloca o equilíbrio da reação, ou seja, o produto final da reação catalisada é o mesmo produto de uma não catalisada. A diferença é que as enzimas promovem uma reação mais rápida.
ENERGIA DE ATIVAÇÃO
A energia de ativação vem de várias reações:
 Durante a reação ocorre um rearranjo de ligações covalentes
 Quando há ligação entre substrato e grupos funcionais da enzima (grupo R, cofatores e coenzimas), também é liberado energia. Essa energia é graças a essas ligações, as quais podem ser: ligação covalente transitória, pontes de hidrogênio ou interações hidrofóbicas.
Cada uma dessas interação fraca entre enzima e substrato libera uma quantidade de energia livre chamada energia de ligação. Essa energia de ligação é a principal forma de energia livre utilizada pelas enzimas para diminuir a energia de ativação.
PRINCIPIOS QUE NORTEIAM COMO AS ENZIMAS USAM A ENERGIA DE LIGAÇÃO
I – As ligações fracas entre ES liberam energia livre 
II – Os sítios ativos das enzimas não são complementares ao substrato em si, mas ao seu estado de transição (estado que o S passa ao ser convertido em produto; é como uma dobra no S)
ESTADO DE TRANSIÇÃO 
Se o encaixe entre ES fosse perfeito, haveria uma estabilidade e seria necessário muita energia para que a reação ocorresse
Por isso, o encaixe perfeito ocorre quando o S está mudando para o P (produto) = estado de transição. Isso requer menos energia.
ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA
 Enzimas são específicas ao seu substrato
Ela sabe quando é S, quando é molécula competidora, etc
Isso é porque o sitio ativo tem uma conformação complementar ao S (alinhamento apropriado). Qualquer molécula que não tiver os grupos funcionais nos locais adequados são excluídos da enzima.
Camada de solvatação =
A enzima utiliza das pontes de hidrogênio da água para estabilizar a ligação 
Diminuição da entropia =
A entropia é a liberdade de movimento das moléculas em solução.
A energia de ligação mantem os S em orientações apropriadas para reagir 
Ajuste induzido =
Mudança na conformação quando o S se liga, levando os grupos funcionais na posição adequada para a reação.
Grupos catalíticos adicionais =
- catálise geral ácido-base é a transferência de H+ entre E e S formando uma instabilidade que contribui na formação dos produtos 
- catálise específica ácidobase:transferência de H+ entre complexo ES e a água para a formação dos produtos
- catálise covalente: formação de ligação covalente transitória entre E e S 
- catálise por íons metálicos: íons ligados à enzima, ou sequestrados da solução, ajudam na estabilização do estado de transição, atuam como mediadores de reações de oxidoredução
 A partir do momento que a enzima termina a catalisação, ela volta ao seu estado natural
Tudo isso ajuda a diminuir a energia de ativação 
Desnaturação
Quando perde seu arranjo tridimensional da cadeia polipeptídica 
PH enzimático
Cada enzima precisa de um PH ótimo (próximo do PH onde se encontram) para funcionar.
Pode desnaturar ou ter atividade diminuída 
Temperatura
Acima ou abaixo da ideal, atividade diminui e pode desnaturar 
Reação Multisubstrato 
Muitas enzimas catalisam reações com mais de um substrato 
Ou um grupo funcional sai de um S e vai para outro; ou um S sofre redução e o outro oxidação 
Podem ser de 2 formas:
 Reação multisubstrado envolvendo formação de um grupo ternário
Mecanismo ordenado:
E + A EA EAB - E + P + Q
Primeiro liga-se um substrato (A), depois o outro (B), formando dois produtos (P) e (Q).
Grupo ternário = EAB
Mecanismo aleatório: 
Não existe preferência de ligação de um ou outro
 Reação de multissubstrato sem a formação de um grupo ternário
Só após a liberação do primeiro produto é que o próximo substrato poderá se ligar
CINÉTICA ENZIMÁTICA MICHAELIS-MENTEN
A cinética estuda a velocidade das reações 
A velocidade é alterada pela concentração de S, ou seja, a velocidade é proporcional à [S]
Fase Inicial Rápida: 
A medida que a [S] aumenta, a velocidade aumenta até chegar a velocidade máxima.
A velocidade máxima é atingida quando todas as enzimas já estão ligadas ao substrato (saturadas). Então um aumento na [S], não vai alterar a velocidade. Quando uma enzima fica livre, já vai se ligando a outro S e o catalisando 
Isso forma uma curva hiperbólica retangular: 
I- primeiro a velocidade aumenta proporcionalmente a [S]
II- velocidade aumenta não proporcionalmente com o aumento do S
III- velocidade não aumenta mais, pois atinge velocidade máxima, sendo n=independente da [S]
CONSTANTE DE MICHAELIS – KM
Km está relacionado a afinidade
É a concentração de S necessária para que a velocidade da reação atinja metade da velocidade máxima. 
Km pequeno = enzima é capaz de catalisar a transformação desse substrato em maior velocidade.
Alta afinidade da enzima com substrato, pois uma baixa [S] já consegue atingir metade da velocidade máxima.
Km grande = enzima consegue catalisar em menor velocidade 
Baixa afinidade ES, tem que ter maior [S] para atingir metade da velocidade máxima 
INIBIDORES
São moléculas que interferem na catálise, diminuindo ou interrompendo as reações enzimáticas
Ela pode ser reversível (competitiva, não competitiva ou mista) ou irreversível (inativadores com base no mecanismo ou análogos do estado de transição).
REVERSÍVEL
COMPETITIVA -------------------------------------------------
Compete com o substrato pelo sitio ativo da enzima.
Enquanto o inibidor (I) estiver ligado a enzima (EI), impede a ligação do substrato, impedindo a catálise
Essas moléculas são estruturalmente semelhantes ao substrato e competem com ele pelo sitio ativo da enzima, mas não inativa a enzima. Quando o I se desliga, o S pode se ligar.
Na presença do I, aumenta o Km, diminuindo toda a afinidade do sistema por não deixar o S se ligar. 
Porém, se a [S] exceder a [I], diminui a probabilidade de a enzima se ligar ao inibidor.
Altera a afinidade 
NÃO COMPETITIVO -----------------------------------------
Inibidor se liga a um sitio ativo distinto do sitio ativo
Ele só vai se ligar depois que o S já estiver ligado a enzima, ou seja, se liga ao complexo ES.
Por conta disso, não atrapalha a afinidade, pois não competir com o sitio ativo. Ele apenas atrapalha a reação.
Altera a velocidade e não a afinidade
MISTO -----------------------------------------------------------
Se liga a um sitio ativo distinto do sitio ativo, porém pode ligar-se a enzima livre ou ao complexo ES.
Afeta o Km (afinidade) e a velocidade 
INIBIDOR IRREVERSÍVEL
INATIVADORES COM BASE NO MECANISMO -----------
Também são chamados de inativadores suicidas, pois se liga a enzima e não se soltam mais, inativam a enzima 
ANÁLOGOS DO ESTADO DE TRANSIÇÃO ----------
São moléculas que se ligam fortemente à enzima durante o estado de transição, uma vez quese encaixa melhor no sítio ativo do que o próprio substrato.
Após ligado, a enzima é inibida irreversivelmente
LIGAÇÃO COVALENTE --------------------------------
Inibidor se liga no sitio ativo ou sitio externo por ligação covalente, mudando a conformação do sitio ativo para a enzima não mais se ligar
DESTRUIR GRUPOS FUNCIONAIS -------------------
Podem destruir os grupos R da enzima, assim a enzima não atua mais
ASSOCIAÇÃO NÃO COVALENTE ESTÁVEL ---------
Ligação por ponte de H muito forte 
ENZIMAS REGULATÓRIAS
Enzimas que atuam no metabolismo, podendo ativa-las ou inibi-las dependendo da situação 
O produto da reação de uma enzima vira o substrato da próxima enzima
Moleculas reguladoras tem muitos sítios ativos e sítios regulatórios 
Possuem ajustes na velocidade catalítica: pode ser ajustada de acordo com a necessidade do organismo. Ou seja, podemos ativar ou inativar, diminuir ou aumentar o processo
Essa regulação é realizada pela: 
- [S]
- moduladores inibidores
- moduladores ativadores
Algumas enzimas possuem os dois
As enzimas regulatórias são moduladas de várias mandeiras: por enzimas alostéricas que podem possuir efetores alostéricos ou realização de ligações covalentes reversíveis.
ENZIMAS ALOSTÉRICAS
Enzimas grandes, geralmente quaternárias
Por ter mais de uma subunidade, cada uma dessas tem seu próprio sítio ativo, ou seja, pode se ligar a mais de uma molécula de S
Mudam de forma entre forma inativa e outra ativa como resultado da ligação dos S nos sítios ativos = propriedade alostéricas 
Gráfico sigmoide: interações cooperativas entre subunidades enzimáticas
Em baixas [S], a enzima está na forma inativa. À medida que a [S] aumenta, o S se liga à E e desencadeia uma mudança de conformação na enzima para a forma ativa.
Depois que a primeira molécula de S se ligou, a segunda e as subsequentes se ligam cada vez mais facilmente.
Mudanças estruturais em uma subunidade é convertida na mudança estrutural das subunidades adjacentes = cooperatividade
Ela vai aumentando a velocidade quase que de forma linear, até atingir a velocidade máxima.
Como resultado da passagem para a conformação ativa, há um forte aumento da ligação do S e consequentemente da velocidade da reação. Quando todos os sítios ativos estiverem saturados, ela atinge a velocidade máxima.
As enzimas alostéricas tem um sítio regulatório, região separada do sítio ativo onde moléculas regulatórias vão se ligar e modificar a atividade catalítica da enzima. Eles são chamados de efetores (ou moduladores; são metabólitos pequenos, cofatores ou coenzimas), que podem ser inibidores, homotrópico (quando o efetor é o próprio substrato) ou estimuladores da reação.
Tanto o sítio regulatório, quanto o ativo podem estar na mesma subunidade.
MODULADOR INIBIDOR ---------------------------------------
Fazem com que a enzima alostérica adote sua forma inativa (muda o sítio ativo). Além disso, esse efetor permite que outras moléculas inibidoras se liguem cooperativamente (uma chama a outra).
Diminui a velocidade catalítica
Modulador inibitório não são competitivos, pois competitivos são geralmente fármacos e moduladores são endógenos (produzidos por nós)
MODULADOR POSITIVO ------------------------------------
A ligação do modulador positivo ao sitio especifico, é comunicado a enzima que ela pode mudar seu sitio ativo para receber melhor o substrato
Ou seja, deixa a enzima mais ativada, por mudar sua conformação e aumenta a velocidade catalítica.
Assim que esse modulador se dissocia, a enzima retorna ao seu estado inativo.
MODULADOR HOMOTRÓPICO -------------------------
O sítio ativo e o sítio regulatório são os mesmos.
Usa mecanismos de feedback:
O próprio substrato é o efetor, pois ao se ligar no sitio ativo, pode aumentar ou diminuir as propriedades catalíticas dos outros sítios enzimáticos.
POR QUE NÃO SEGUEM A CINÉTICA MENTELIANA?
Enzimas alostéricas mostram que pequenas mudanças na [ ] do modulador, pode levar a grandes mudanças na atividade da enzima.
Não seguem a cinética de Michel. A cinética de Michel diz que a velocidade da reação é alterada pela concentração do substrato, ou seja, a velocidade da reação é proporcional a [S].
Já as enzimas alostéricas, respondem a muitos efetores, os quais interferem na velocidade máxima e na constante de Michael (Km), ou seja, na afinidade. A velocidade dessas enzimas não é proporcional a [S], pois possuem relação com os efetores alostéricos que podem aumentar ou diminuir a afinidade e atividade catalítica da enzima.
Além disso, apresentam uma cinética sigmoide, que forma uma curva sigmoide (em S). Reflete em interações cooperativas entre as subunidades enzimáticas (as informações vão sendo passadas de uma subunidade para outra). 
___________________________________________
As enzimas regulatórias, além de serem alostéricas, podem fazer modificações covalentes reversíveis
REGULAÇÃO POR MODIFICAÇÕES COVALENTES REVERSÍVEIS
Outra classe de enzimas regulatórias, em que há ligações covalentes reversíveis em um ou mais resíduos de aminoácidos de enzima. Atuam mudando a estrutura dos aminoácidos para fazer essas reações.
Essas modificações produzem propriedades diferentes na enzima, desde mudanças pontuais até mudanças na conformação estrutural 
Essas mudanças são essenciais para a atividade enzimática
Os grupos modificados incluem: fosforila, acetila, adenilila, metila, etc
FOSFORILAÇÃO ------------------------------------------------
A mais comum 
É a transferência de um grupo fosfato, proveniente do ATP para a enzima alvo
A ligação do grupo fosfato é realizada pela enzima proteína-cnase 
A presença do grupo fosfato acarreta mudanças na conformação da enzima com 2 consequências possíveis: nova conformação cataliticamente inativa ou formação de um sitio ativo funcional (ativa).
Quando várias enzimas são fosforiladas simultaneamente, causa drásticas mudanças no organismo. 
 Exemplo: Glicogênio fosforilase
Ele participa da degradação do glicogênio em glicose
Essa enzima pode ter duas formas: alfa ou beta
A fosforilase beta, que é a forma menos ativa, pode ser ativada pela adição de dois grupos fosfato (adicionados pela enzima cnase), tornando a fosforilase alfa, que é a forma mais ativa.
Depois a alfa pode voltar a forma beta, retirando os grupos fosfatos pela enzima fosforilase fosfatose.
A enzima glicogênio fosforilase adiciona grupos fosfato nas cadeias de glicogênio, conseguindo assim retirar a glicose dessas cadeias.
ENZIMAS PRECURSORAS INATIVAS
Muitas enzimas são sintetizadas como precursoras inativas, que podem ser zimogênio ou pró-enzima
Zimogênio: são precursores que podem ser hidrolisados (quebrados pela água) para formar a enzima ativa. Ex.: tripsinogênio, que é clivado para formar a tripsina, expondo o sítio ativo da enzima. 
Ex.2: é a cascata de coagulação, a qual é mediada por vias intrínseca e extrínseca que resultam na ativação de zimogênios em enzimas ativas (fatores de coagulação) que vão passando informações para vários outros fatores. É irreversível.