Bioquímica - Atividade enzimática

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bioquímica 
atividade enzimática 
 
Enzimas são catalisadores dos sistemas biológicos 
Determinam os padrões das transformações químicas 
e medeiam a transformação de uma forma de energia 
em outra 
Características notáveis: poder catalítico e 
especificidade 
A catálise ocorre em determinado local da enzima →	
sítio ativo 
Quase todas as enzimas conhecidas são proteínas →	
em virtude de sua capacidade de se ligar 
especificamente a uma variedade muito ampla de 
moléculas 
As enzimas aproximam os substratos em uma 
orientação ideal, que constitui o prelúdio para a 
formação e a quebra de ligações químicas 
Catalisam reações ao estabilizar os estados de transição 
(↑	nível de energia) 
 
São catalisadores poderosos e altamente 
específicos 
A maioria das reações nos sistemas biológicos não 
ocorre em velocidades perceptíveis na ausência de 
enzimas 
As enzimas são altamente específicas tanto nas 
reações que catalisam quanto na sua escolha dos 
reagentes (substratos) 
Uma enzima catalisa uma reação ou um conjunto de 
reações estreitamente relacionadas 
A especificidade deve-se à interação precisa do 
substrato com a enzima, resultado da complexa 
estrutura bidimensional da proteína enzimática 
 
COFATORES 
•	a atividade catalítica de muitas enzimas depende de 
cofatores (pequenas moléculas) 
•	uma enzima sem o seu cofator é designada como 
APOENZIMA 
•	 a enzima completa e cataliticamente ativa é 
denominada HOLOENZIMA 
•	os cofatores podem ser subdivididos em dois grupos: 
1. metais 
2. coenzimas (pequenas moléculas orgânicas 
derivadas das vitaminas) 
•	as coenzimas ligadas firmemente são denominadas 
grupos prostéticos 
•	 associadas frouxamente são mais semelhantes a 
cossubstratos 
•	o uso da mesma coenzima por várias enzimas as 
diferencia dos substratos normais 
 
Podem transformar energia 
Capacidade de converter uma forma de energia em 
outra 
Respiração celular: a energia livre em pequenas 
moléculas do alimento é transformada na energia livre 
de um gradiente iônico e depois em uma moeda 
corrente diferente (ATP) 
Enzima miosina: converte a energia do ATP na energia 
mecânica da contração 
 
Propriedades das enzimas 
SÍTIOS ATIVOS 
•	região específica que forma uma fenda ou bolso 
•	cadeias laterais de aminoácidos criam uma superfície 
tridimensional complementar ao substrato 
•	liga o substrato complexo enzima-substrato (ES) 
•	complexo ES é convertido em enzima-produto (EP), 
que se dissocia em enzima e produto 
 
EFICIÊNCIA CATALÍTICA 
•	altamente eficientes, ocorrendo de 103 a 108 vezes 
mais rápido 
•	 número de renovação (turnover): o número de 
moléculas de substrato convertidas em produtos por 
enzimas por segundo 
 
REGULAÇÃO 
•	as enzimas podem ser ativadas ou inibidas 
•	 a velocidade de formação do produto deve 
responder às necessidades da célula 
 
LOCALIZAÇÃO DENTRO DA CÉLULA 
•	muitas estão localizadas em organelas específicas na 
célula 
 
Como funcionam as enzimas 
ALTERAÇÕES DE ENERGIA QUE OCORREM 
DURANTE A REAÇÃO 
•	 todas as reações têm uma barreira de energia 
separando reatantes e produtos – energia livre de 
ativação (diferença entre a energia dos reatantes e a 
do intermediário) 
•	estado de transição →	formação de intermediário de 
alta energia (A ⇌ T* ⇌ B) 
 
ENERGIA LIVRE DE ATIVAÇÃO 
•	é a difereça na energia livre entre os reatantes e T* 
•	devido à grande energia de ativação, as velocidades 
das reações químicas não-catalisadas são lentas 
 
 
 
VELOCIDADE DA REAÇÃO 
•	para as moléculas reagirem, devem conter energia 
suficiente para superar a barreira de energia do estado 
de transição 
•	a velocidade de reação é determinada pelo número 
de moléculas energizadas 
•	quanto menor a energia de ativação, mais moléculas 
tem energia suficiente para superar o estado de 
transição e, assim, mais rápida é a velocidade de reação 
 
 
 
ROTA ALTERNATIVA DE REAÇÃO 
•	 uma enzima permite que a reação ocorra com 
menor energia de ativação 
•	não altera o equilíbrio da reação 
 
 
QUÍMICA DO SÍTIO ATIVO 
•	o sítio ativo frequentemente atua como um molde 
molecular flexível →	 se liga ao substrato numa 
geometria que lembra estruturalmente o estado de 
transição 
•	 a estabilização no estado de transição aumenta a 
concentração do intermediário, o que acelera a reação 
•	pode fornecer grupos catalíticos que aumentam a 
probabilidade de formar o intermediário 
 
Fatores que afetam a velocidade da reação 
CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO 
•	 a velocidade de uma reação enzimática aumenta 
conforme a concentração do substrato, até uma Vmáx 
ser atingida 
•	obtenção de um platô →	 saturação dos sítios de 
ligação disponíveis 
•	a maioria das enzimas mostram uma curva hiperbólica 
(Vo X [S]) 
•	as enzimas alostéricas mostram uma curva sigmoide 
 
 
 
TEMPERATURA 
•	a velocidade de reação aumenta com a temperatura, 
até um pico de velocidade ser atingido 
•	 uma elevação maior da temperatura resulta em 
redução da velocidade, como resultado da 
desnaturação na enzima 
 
pH 
•	 [H+] →	a enzima e o substrato devem ter grupos 
químicos em certo grau de ionização 
•	valores extremos de pH também podem desnaturar 
a enzima 
•	o pH em que a atividade da enzima é máxima varia 
muito 
 
 
 
 
Equação de Michaelis-Menten 
Modelo simples, no qual a enzima combina-se 
reversivelmente ao substrato, formando um complexo 
ES que se degrada em produto, regenerando a enzima 
livre 
E + S ⇌ ES →	E + P 
A equação descreve como a velocidade da reação 
varia com a concentração do substrato 
 
Vo =
Vmáx ∙ [S]
Km + [S] 
 
A concentração de substrato ([S]) é muito maior do 
que a concentração da enzima ([E]) 
[ES] não varia velocidade de formação = a de 
degradação 
Somente as velocidades iniciais são utilizadas na análise 
das reações enzimáticas 
Km (constante de Michaelis) é característico de uma 
enzima e seu substrato 
 ↪	Km = [S] (numericamente), para Vo = ½ Vmáx 
 ↪	Km baixo = alta afinidade E-S 
 ↪	Km alto = baixa afinidade E-S 
A velocidade é diretamente proporcional à [E] 
Gráfico de Lineweaver-Burke é utilizado para calcular 
Km e Vmáx 
 ↪	 !
"#
=	 $%
"%á'	∙[+]
+	 !
"%á'
	
 
 
 
Inibição da atividade enzimática 
Inibidor: qualquer substância que diminua a velocidade 
de uma reação enzimática 
Inibidores reversíveis: ligam-se à enzima por meio de 
ligações não covalentes 
Inibidores irreversíveis: a enzima não recupera sua 
atividade quando dilui o complexo EI 
Inibição competitiva: ocorre quando o inibidor se liga ao 
mesmo sítio que o substrato ligaria →	competição pelo 
sítio 
 ↪	é revertida com o aumento da [S] →	Vmáx se 
mantém 
 ↪	aumenta o Km aparente 
 
 
Inibição não-competitiva: inibidor e substratos ligam-se 
a sítios diferentes 
 ↪	não pode ser superada →	Vmáx diminui 
 ↪	mesmo Km →	não interfere na ligação E-S 
 
 
 
Regulação da atividade enzimática 
A regulação da velocidade das reações enzimáticas é 
essencial para o organismo coordenar seus numerosos 
processos metabólicos 
 
ENZIMAS ALOSTÉRICAS 
•	sua atividade é ajustada pela ligação reversível de um 
modulador em um sítio regulatório 
•	o modulador pode ser o próprio substrato ou outro 
metabólito 
•	 os efeitos do modulador podem ser inibitórios ou 
estimulatórios 
•	o comportamento cinético das enzimas alostéricas 
reflete interações cooperativas entre as subunidades da 
enzima 
 
MODIFICAÇÕES COVALENTES 
•	 reguladas por modificações covalentes de grupos 
funcionais específicos 
•	fosforilação por enzimas quinases 
 
PROPROTEÍNAS, PROENZIMAS E ZIMOGÊNIOS 
•	muitas enzimas proteolíticas são sintetizadas como 
precursores inativos →	 ativados por hidrólise, a qual 
remove pequenos fragmentos peptídicos 
•	ex.: tripsinogênio →	tripsina