Catálise Enzimática

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Catálise Enzimática 
 Um catalisador é uma substância 
que acelera uma reação sem sofrer, 
no processo, modificação de 
natureza química. 
 
 O catalisador age fornecendo uma 
via reacional alternativa com 
menor energia de ativação. 
 
 Um catalisador homogêneo é 
aquele que está na mesma fase da 
mistura reacional. 
 
 Um catalisador heterogêneo 
está numa fase diferente daquela do 
sistema reacional. 
Caso 1 – Catálise Enzimática 
 Muitas reações que ocorrem em 
sistemas biológicos são catalisadas 
por enzimas. 
 Os princípios básicos da catálise 
enzimática foram estabelecidos 
por Michaelis-Menten. 
 As características principais de 
muitas reações catalisadas por 
enzimas são: 
 Para baixos valores de [S]0 a 
velocidade de formação do produto é 
proporcional a [S]0 (primeira ordem). 
 Para altos valores de [S]0 a 
velocidade de formação do produto é 
independente de [S]0, atingindo um 
valor máximo constante (vmáx) 
(ordem zero). 
Mecanismo de Michaelis-Menten 
 De acordo com o mecanismo 
proposto a velocidade de 
reação é de primeira ordem 
em relação ao complexo 
enzima-substrato. 
 Para uma estimativa da 
concentração do complexo 
enzima-substrato usa-se a 
aproximação do estado 
permanente. 
 Quando [S] << KM a reação 
segue uma cinética de 1ª 
ordem. 
 Quando [S] >> KM a reação 
segue uma cinética de ordem 
zero. 
Primeira Ordem Ordem Zero 
Mecanismo de Michaelis-Menten 
 
 Equação de Michaelis-
Menten. 
 
 O valor de KM 
corresponde a 
concentração de substrato 
para v = ½ vmáx. 
 
 
 
Determinação dos parâmetros de Michaelis-
Menten 
 A forma linearizada da equação de Michaelis-Menten é 
conhecida como gráfico de Lineweaver-Burk. 
Constante e eficiência catalítica 
 Constante catalítica (kcat) é o número de ciclos catalíticos 
realizados pelo sítio ativo num dado tempo dividido por esse 
intervalo de tempo. 
 kcat tem unidades de uma constante de primeira ordem e é 
numericamente igual a kb para o mecanismo de Michaelis-
Menten. 
 
 
 Eficiência catalítica () de uma enzima é a razão kcat/KM. 
 
 
 Quando maior o valor de , mais eficiente é a enzima.  atinge 
o valor máximo, ka, quando kb >> ka’. 
 0E
v
kk máxbcat 
ba
ba
M
cat
kk
kk
K
k


'

Inibição Enzimática 
 Um inibidor (I) diminui a velocidade de formação do 
produto ligando-se à enzima, ao complexo ES ou a ambos 
simultaneamente. 
Inibição Enzimática 
 Existem três formas de inibição que levam a comportamentos cinéticos 
distintos: 
 Inibição competitiva – o inibidor se liga a um sítio da enzima impedindo a ligação 
do substrato, essa condição corresponde a α > 1 e α’ = 1 (ESI não é formado). 
 Inibição sem competição – o inibidor se liga a um sítio da enzima após a 
formação do complexo ES, nesse caso α = 1 (EI não é formado) e α’ > 1. 
 Inibição não-competitiva – o inibidor se liga a E e ES, assim α > 1 e α’ > 1. 
Inibição Enzimática 
 Quanto menores os valores de KI e KI’, mais eficientes 
são os inibidores. 
 
 A eficiência da inibição pode ser obtida determinando-se 
KM e vmáx com a enzima não inibida. 
 
 Repetindo-se o experimento com [I] conhecida obtêm-se 
o tipo de inibição (valores de α e α’) e os valores de KI e 
KI’ através do gráfico de Lineweaver-Burk. 
Exemplo 4 
 Foi estudada a hidrólise enzimática da maltose em glicose usando a 
amyloglucosidase em diferentes condições de pH (Bas e Boyaci, Journal of 
Food Engineering, v.78, n.3, p.846-854, 2007). Para os dados apresentados, 
determinar os parâmetros do mecanismo de Michaelis-Menten (KM e vmáx) 
e verificar em qual pH a eficiência da enzima é maior. A enzima foi utilizada 
na concentração de 2 mg/mL. 
pH = 2,7 
vmáx = 0,524 mol/min.g enzima 
KM = 8,864 mM 
 = 2,956 x 10-2 
pH = 4,5 
vmáx = 0,772 mol/min.g enzima 
KM = 4,127 mM 
 = 9,353 x 10-2 
Exemplo 5 
 A enzima carboxipeptidase catalisa a hidrólise de polipeptídios. Nos dados 
tabelados abaixo estão os resultados da enzimólise do carbobenzoxi-glicil-D-
fenilalanina (CBGP) sem inibidor e na presença de dois inibidores distintos 
(fenilbutirato e benzoato). Determine o mecanismo de ação de cada inibidor e os 
valores de KI e KI’. Considere as seguintes concentrações no experimento 
[fenilbutirato] = 2 x 10-3 mol/L, [benzoato] = 5 x 10-2 mol/L. 
sem inibidor 
vmáx = 1,255 
KM = 2,730
 
Fenilbutirato 
 = 2,762 
’ = 1,275 
KI = 1,135 x 10
-3 
KI’ = 7,273 x 10
-3 
Benzoato 
 = 1,384 
’ = 4,709 
KI = 1,302 x 10
-1 
KI’ = 1,348 x 10
-2