Enzimas: Catalisadores Biológicos

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Enzimas 
 
● São catalisadores altamente     
específicos das reações     
biológicas. Portanto, aumentam     
a velocidade das reações       
químicas, porque diminuem a       
Energia de Ativação (ela faz com           
que a substância fique tão         
instável ao ponto que a reação           
aconteça).  
● Então as enzimas são       
facilitadores que não     
participam da reação como       
reagente ou produto. Fazendo       
com que essas reações ocorram         
mais rápido.  
● As enzimas não são consumidas         
durante a reação, por isso não           
é necessário ter grande       
quantidade, atuam em baixas       
concentrações.  
● Reagentes: substratos. 
● Elas precisam de mecanismos       
de regulação para as atividades         
catalíticas, as reações precisam       
ser reguladas. 
 
Diferença entre catalisadores     
biológicos (enzimas) e não       
biológicos 
Enzimas: especificidade para     
determinados substratos, tem     
mecanismo de regulação e não são           
consumidas durante a reação. Faz com           
que elas sejam diferentes dos         
catalisadores não biológicos. 
 
Energia 
 
 
  
● A energia de subida, até chegar           
ao topo é a energia para a             
reação acontecer. 
● A enzima é como se fizesse um             
caminho alternativo, fazendo     
com que a reação ocorra bem           
mais rápido. Ela não precisa         
chegar até em cima para a           
reação acontecer.  
● Quanto mais alto for a curva,           
mais lenta é a reação. Mais vai             
demorar para a reação       
acontecer.  
● Quanto mais baixa a curva,         
mais rápida a reação vai         
acontecer.  
● As enzimas, além de acelerar a           
velocidade de uma reação       
química, sem participar como       
reagente ou como produto, não         
afetam o equilíbrio da reação.         
Com ou sem enzima produzem a           
mesma quantidade de produto.  
● A enzima promove no estado de           
ativação, mais rapidamente a       
instabilidade da substância e       
por isso a reação ocorre mais           
rápido. 
 
 
Estrutura 
De que são formadas? 
Quase todas as enzimas são proteínas.           
São formadas de aminoácidos.  
Mas temos outras cuja a composição           
química não são compostas de         
aminoácidos, são compostos de       
nucleotídeos, essas são as ribozimas,         
RNA.  
● Ribozimas: na síntese de       
proteína, precisa do RNAm, para         
chegar nele faz os transcritos         
até chegar no RNAm, essas         
enzimas retiram os nucleotídeos       
que não codificam para nada, e           
deixam só o que codificam,         
deixando o RNAm, que se liga no             
ribossomo, os ribossomos são       
formados de RNA e tem ação           
enzimática também, e fazem       
ligação entre os aminoácidos. 
Esses exemplos são de enzimas cuja           
sua natureza é de RNA. As outras todas               
são proteínas. Portanto, quase todas         
são formadas por aminoácidos.  
 
Sítio Ativo 
É o local onde a enzima se liga, é um                   
local específico. Nele é onde ocorre a             
reação.  
É o que gera a especificidade. a             
interação específica com determinado       
substrato e os aminoácidos da enzima.           
Ela garante que apenas os produtos           
desejados sejam formados.  
● Estereoespecificidade: as   
enzimas para reconhecer os       
carboidratos, todos tem que ter         
a configuração T para a enzima           
funcionar, para os aminoácidos       
ela precisa estar na       
configuração L, então ela tem         
uma especificidade com o       
substrato e a posição dos         
grupos funcionais daquele     
substrato para acontecer. 
● Os sítios podem ser       
hidrofóbicos, positivos ou     
negativos, fazem ponte de       
hidrogênio. O sítio que faz a           
ligação com o substrato 
 
Como ocorre a reação: 
1. Enzima se encaixa no sitio ativo           
do substrato. 
2. Ao se ligar, faz as ligações com             
o substrato e assim as ligações           
no substrato são enfraquecidas,       
promovendo a instabilidade no       
substrato. A enzima quebra e         
forma ligações necessárias     
para formar o produto. 
3. A instabilidade é tanta que         
ocorre a quebra das ligações         
do substrato e a enzima libera           
na forma de produtos,       
terminando a reação a enzima         
volta para sua conformação       
inicial para começar um novo         
estágio, uma nova reação.  
 
Especificidade 
● Quimiotripsina: são enzimas     
encontradas no intestino     
delgado. A função dela é de           
quebrar as proteínas.  
○ Ela reconhece a porção       
carboxi terminal dos     
aminoácidos 
hidrofóbicos. No sítio     
ativo dessa enzima     
reconhece esse   
substrato. E se quebra na         
porção Amino terminal.  
○ É uma enzima digestiva       
que hidrolisa proteínas     
no intestino delgado. 
● Tripsina: é outra enzima       
digestiva.  
○ Também reconhece a     
extremidade carboxi   
terminal, mas reconhece     
os aminoácidos de     
cargas positivas. Lisina e       
arginina. 
○ Também é uma enzima       
digestiva que hidrolisa     
proteínas no intestino     
delgado. 
● Elastase: encontrada na matriz       
extracelular, liberada para fazer       
a degradação da matriz       
extracelular.  
○ Solubiliza matriz   
extracelular 
○ Tem controle maior na       
sua função nos     
neutrófilos, ele degrada     
os tecidos no processo       
inflamatório.  
○ Cliva ligações peptídicas     
no lado carboxílico dos       
resíduos de aminoácidos     
hidrofóbicos pequenos   
(alanina, glicina, valina).  
● Álcool desidrogenase: pega o       
etanol e degrada, formando o         
acetaldeído. Ela também reage       
com substâncias semelhantes     
ao etanol.  
○ Reconhecem substratos   
semelhantes. 
 
Sítio Ativo: Modelo Chave Fechadura x           
Modelo Encaixe Induzido 
 
● Modelo Chave-Fechadura​:   
interação exata, considera que       
a enzima possui sítio ativo         
complementar ao substrato.     
Estático. 
● Modelo Encaixe Induzido​: após       
a ligação do substrato a enzima           
vai mudar sua conformação       
para que ocorra a interação de           
um com o outro realizando sua           
atividade catalítica. Modifica.     
Este é o modelo mais aceito           
hoje.  
 
Enzimas proteicas 
 
 
● Proteína Simples: formada     
apenas por aminoácidos. 
● Proteínas Complexas: quando a       
proteína além de aminoácidos       
tem outra substância. Ex: ion         
(metaloproteína), grupamento   
fosfato (fosfoproteína), lipídios     
(lipoproteína), etc. Estas     
substâncias irão formar, no       
Sítio Ativo da proteína. E ela ao             
se ligar terá atividade catalítica.         
Ela só tem atividade catalítica         
quando essa substância se ligar         
na porção do aminoácido dessa         
proteína. São chamadas de       
cofator. 
● Cofator: forma o sítio ativo. 
● Quando o cofator é ligado na           
porção proteica, ela forma o         
sítio ativo e a enzima pode           
pegar o substrato e fazer as           
reações.  
● Esses cofatores podem ser de         
dois tipos: 
○ Iônicos 
○ Moléculas orgânicas (     
geralmente derivados de     
vitaminas) 
● Apoenzima: parte proteica da       
enzima, aminoácidos. 
● Cofator: parte não proteica. 
● Holoenzima: apoenzima +     
cofator 
● A ligação com o cofator pode           
ser: 
○ Grupo prostético: estável,     
quando ela tem uma       
ligação forte, uma vez       
ligada não solta da       
enzima. Não dissocia. 
○ Cofator: quando não está       
firmemente aderido.  
 
● Cofatores metálicos: zinco,     
magnésio, manganês, etc. 
● Coenzimas (orgânicos): são     
derivados de vitaminas.     
Podendo ser vitaminas C, B1, B2,           
B5, etc. 
 
Classificação Internacional das     
Enzimas 
São classificadas pelo tipode ligação           
química que irão produzir.  
● Oxidorredutases (nº1):   
transferência de elétrons (íons       
hidretos ou átomos de       
hidrogênio) 
● Transferases (nº2): transferência     
de grupos funcionais. 
● Hidrolases (nº3): adição de água         
à uma ligação, hidrolisando-a. 
● Liases (nº4): adição de água,         
amônia ou dióxido de carbono à           
duplas ligações ou remoção       
desses elementos para produzir       
ligações duplas. 
● Isomerases (nº5): transferência     
de grupos dentro da mesma         
molécula para formar isômeros. 
● Ligases (nº6): reações em que         
dois grupos são unidos com uso           
de energia do ATP. 
 
Cinética (curva) de Michaelis e         
Menten 
Concentração do substrato 
● A velocidade inicial da reação é           
medida sobre uma escala de         
concentrações de substrato (S),       
a velocidade de reação (V)         
aumenta com o acréscimo de         
substrato, à medida que o         
substrato aumenta, a enzima       
satura-se e a velocidade atinge         
o valor máximo Vmax. 
● Vmax: momento em que todos         
os sítios estão ocupados e         
portanto novas reações não são         
feitas, mesmo aumentando a       
quantidade de substrato. 
● Km (constante de Michaelis): 
○ Representa a   
concentração do   
substrato onde se obtém       
metade da velocidade     
máxima da reação.  
○ Reflete a afinidade da       
enzima pelo substrato. 
 
Km: Afinidade 
● É característico de cada enzima         
e seu substrato específico. É um           
parâmetro cinético que traz       
informação sobre a afinidade       
que a enzima tem pelo         
substrato. 
● Km: baixa: alta afinidade da         
enzima pelo substrato. 
● Km alta: baixa afinidade da         
enzima pelo substrato.  
○ Precisa aumentar a     
concentração de   
substrato para que a       
enzima realize sua     
reação.  
 
 
Situação prática: sensibilidade de       
alguns indivíduos ao etanol X km 
● No fígado onde o álcool é           
metabolizado, a álcool     
desidrogenase pega o álcool e         
transforma em acetaldeído,     
hepatócitos fazem isso. 
● O acetaldeído é processado e         
transformado em acetato (ácido       
acético) pela aldeído     
desidrogenase.  
● Temos dois tipos dessas       
enzimas, que tem afinidades       
diferentes:  
○ Dentro da mitocôndria     
do hepatócito: Km baixo,       
mais afinidade. Assim     
que é formado o       
acetaldeído ela   
metaboliza, mas ela     
satura mais rápido, e       
começa a ter alta       
concentração de   
acetaldeído no   
citoplasma. 
○ No citoplasma do     
hepatócito: Km alto,     
menos afinidade. Só     
começa a atuar quando       
tem alta concentração de       
acetaldeído.  
● Indivíduos suscetíveis → enzima       
mitocondrial menos ativa →       
acetaldeído processado pela     
enzima citoplasmática →     
precisa de alta concentração de         
acetaldeído para atividade     
catalítica → excesso de       
acetaldeído no sangue (rubor       
facial e frequência cardíaca       
rápida (taquicardia)).  
● No indivíduo normal o excesso         
da substância irá provocar       
essas reações (rubor facial e         
frequência cardíaca rápida).  
 
Hexoquinase e Glicoquinase 
A diferença entre eles: 
● Hexoquinase: alta afinidade     
pela glicose, assim que tiver         
glicose ela já começa a         
funcionar. Satura mais rápido. 
● Glicoquinase: baixa afinidade     
pela glicose, só quando houver         
excesso de glicose que ela         
funciona. Satura só com alta         
concentração de glicose.  
● Na prática: a hexoquinase       
funciona primeiro após um       
almoço rico em carboidratos,       
mas tem muita glicose, então         
após a saturação da       
hexoquinase a glicoquinase     
entra em ação e começa a           
catalizar a glicose em       
glicogênio. Se tiver alta       
concentração de glicose no       
sangue o indivíduo passa a ter           
hiperglicemia.  
○ Hexoquinase: transforma   
em energia 
○ Glicoquinase: utiliza para     
guardar em forma de       
glicogênio. 
● São sensores de glicose que         
estão nos hepatócitos e também         
no pâncreas. No pâncreas elas         
são importantes pois o       
pâncreas produz insulina e       
glucagon. Ele sabe que precisa         
liberar insulina ou glucagon       
devido a glicoquinase. Nas       
células beta tem glicoquinase       
que sinalizam para liberar       
insulina, ela cai na corrente         
sanguínea, e ela ativa os tecidos           
musculares para ativar e       
sintetizar glicogênio também.  
 
Fatores que interferem na       
velocidade de ação da enzima 
● Disponibilidade 
○ do substrato: o substrato       
pode ser aumentado até       
a velocidade máxima de       
reação da enzima. 
○ da enzima: quanto mais       
enzimas tiver, mais     
reações. Em alguns     
momentos o número de       
enzimas pode aumentar     
e depois serem     
degradadas.  
● pH 
● Temperatura 
● Presença de inibidores 
 
Fatores que afetam a velocidade da           
reação quanto ao pH 
O pH ótimo (ideal) varia de acordo com               
a enzima. Abaixo ou acima do pH ideal               
a enzima perde a velocidade de reação             
até serem desativadas. 
O pH muda a carga dos aminoácidos,             
e ao mudar a carga ele muda a forma                 
e portanto sua habilidade catalítica.  
● Efeito do pH sobre o sítio ativo:  
○ Alteração do estado     
ionizado dos grupos     
químicos do sítio ativo. 
○ Desnaturação da enzima     
por perda da estrutura. 
 
Influência da Temperatura X       
Velocidade da reação 
● Aumento da temperatura pode       
aumentar a velocidade de       
reação 
○ Devido ao aumento do       
número de moléculas     
com energia suficiente     
para ultrapassar a     
energia de ativação  
○ Porém quando a     
temperatura ultrapassa   
o limite ótimo da enzima,         
ela realiza vibrações e       
pode romper as ligações       
de H, provocando a       
perda da forma da       
enzima, e assim     
perdendo seu sítio     
catalítico.  
● Aumento da temperatura pode       
diminuir a velocidade de       
reação: 
○ Devido a desnaturação     
da enzima. 
■ Rompimento das   
ligações de H →       
alterações nas   
estruturas = nova     
conformação →   
perda de função 
 
Inibidores Enzimáticos 
É qualquer substância que reduz a           
velocidade de uma reação enzimática.  
Eles podem ser: 
● Reversíveis: quando as ligações       
são fracas, a enzima fica         
temporariamente inibida,   
enquanto tem substância ela       
está inibida, quando retira a         
substância ela volta a realizar a           
reação. 
● Irreversíveis: ocorre interação     
da substância com a enzima, e a             
ligação for forte, covalente, a         
enzima não consegue ficar livre         
e portanto perde a sua função. 
 
Inibidores Reversíveis 
Podem ser: 
● Competitivo: significa que ele       
está ligando no sitio ativo da           
nossa enzima. O substrato e a           
substância tem uma     
semelhança estrutural, então a       
enzima não consegue distinguir       
o que é substrato e o que é a                 
substância inibidora.  
○ O inibidor apresenta     
estrutura semelhante ao     
substrato da enzima e       
compete pelo sítio ativo. 
○ Em termos de velocidade       
máxima é a mesma mas o           
Km é alterado. Então irá         
precisar de muito mais       
substrato para que a       
reação ocorra. 
 
 
● Não Competitivo: ele se liga na           
enzima, mas não no sítio ativo,           
quando ele se liga, muda a           
conformação da enzima e       
portanto a capacidade     
catalisadora da enzima.  
○ Inibidor e substrato     
ligam-se a sítios     
diferentes na enzima. 
○ Alteração na velocidade,     
sem alterar o Km.  
 
 
● Incompetitivo: ele entra não       
diretamente na enzima, ele sócria o sítio quando a enzima se             
ligar ao substrato.  
○ O local de ligação do         
inibidor incompetitivo só     
é criado na interação da         
enzima com o substrato. 
○ Irá alterar a velocidade       
máxima e o Km. E a           
reação não irá ocorrer. 
 
Exemplos: 
● Inibidor Reversível Competitivo: 
○ Metotrexato: usado no     
tratamento de câncer e       
ele vai inibir as sínteses         
das purinas e     
pirimidinas, ou seja, das       
bases nitrogenadas que     
compõem os   
nucleotídeos, os ácidos     
nucleicos são formados     
de nucleotídeos. E para       
formar uma das etapas       
de sínteses dessas bases       
purinas e pirimidinas, é a         
formação do   
tetrahidrofolato, que é     
feito por essa enzima       
di-hidrofolato redutase.  
A indústria produziu uma       
substância semelhante   
ao substrato em sua       
estrutura, e por isso a         
enzima “pega” por     
engano o metotrexato e       
assim inibe a síntese de         
tetrahidrofolato, e assim     
inibindo a proliferação     
das células   
cancerígenas.  
■ Substância 
utilizada no   
tratamento do   
câncer, inibe a     
enzima 
di-hidrofolato 
redutase inibindo   
a síntese de     
nucleotídeos 
(purinas e   
pirimidinas). 
■ Compete com o     
substrato natural,   
di-hidrofolato. 
 
Inibidores Irreversíveis 
Elas fazem ligação covalente no sitio           
ativo da enzima, e por isso são             
ligações mais difíceis de serem         
quebradas.  
● Eles são extremamente seletivos       
pois são semelhantes ao       
substrato.  
● Fazem ligações covalentes com       
o grupo funcional no sítio ativo           
da enzima 
● Bloqueiam o local do substrato 
 
Exemplos: 
● Penicilina: impede que a parede         
celular da bactéria seja       
formada. A parede celular da         
bactéria tem uma substância       
que chama peptideoglicano, a       
síntese dele que está inibida, é a             
camada mais externa. Essa       
parede que dá forma à bactéria,           
é rígida mas dá passagem para           
várias substâncias que irão       
nutrir a bactéria. Rompendo a         
parede celular, ela sofre lise         
osmótica. Ela dá proteção e         
forma para a bactéria. Sem ela           
a bactéria não sobrevive.  
○ A penicilina se liga na         
serina e com essa ligação         
que é forte, fica inibida a           
enzima não ocorrendo a       
sintetização da bactéria     
e assim ela não consegue         
realizar divisão e     
portanto a bactéria     
morre.  
 
● Aspirina: inibe irreversivelmente     
a enzima ciclooxigenase     
reduzindo a síntese de       
moléculas que participam da       
inflamação, prostaglandinas. 
○ É uma medicação usada       
como antitérmico, pois     
ela bloqueia a     
cicloxigenase. 
○ Quando pega o ácido       
aracdônico e o quebra,       
gera os produtos que       
participam da   
inflamação 
(prostaglandina, 
leucotrienos, 
tromboxanos).  
○ A cicloxigenase pega o       
ácido araquidônico, e     
geram os produtos. A       
aspirina tem o grupo       
acetil que ao entrar em         
contato com a     
cicloxigenase, ocorre um     
“ataque” do grupo acetil       
com a hidroxila com o         
grupo da cicloxigenase. E       
então ela fica inativa, e         
isso ocorrendo o ácido       
araquidônico não é     
degradado pelas   
prostaglandinas.  
○ Assim evita a dor e altas           
temperaturas. 
 
 
Enzimas com valor diagnóstico 
São enzimas intracelulares, portanto a         
presença de níveis elevados indicam         
lesão celular. São ​importantes para o           
diagnóstico de lesões cardíacas,       
musculares ou ​hepáticas​. 
As enzimas também são usadas para           
diagnosticar algumas doenças.  
Elas estão dentro das células e           
portanto a concentração dela na         
corrente sanguínea é em pequenas         
quantidades em condições normais.       
Havendo grandes quantidades de       
enzimas na corrente sanguínea, quer         
dizer que ocorreu lesão celular.  
● As duas reações de       
transaminação mais   
importantes são:  
○ Alanina-aminotransferas
e (ALT): antiga TGP       
(transaminase 
glutâmico-pirúvica).  
 
○ Aspartato-amionotransfe
rase (AST): antiga TGO       
(transaminase 
glutâmico-oxalacética). 
 
 
Aminotransferase 
Localização: 
● AST: local 80% na mitocôndria         
20% citossol dos hepatócitos.  
○ raramente encontrada   
em outras doenças que       
não hepatica.  
● ALT: 100% citossol de vários         
tipos celulares (células hepática,       
cardíacas e musculares     
esqueléticas). 
 
Interpretação de resultados: 
● AST/ALT < 1,0: hepatites virais         
(aumento acentuado de 20 a 100           
vezes valor referencial normal),       
esteatose hepática não     
alcoólica.  
● AST/ALT > 1,0: cirrose hepática         
estabelecida, hepatopatia   
crônica alcoólica, hepatite     
medicamentosa. 
● AST/ALT > 2,0: hepatite       
alcoólica. 
● AST/ALT > 4,0: doença de Wilson           
fulminante. 
 
Tabela com resultados de exames         
laboratoriais de dosagens de enzimas         
plasmáticas em dois indivíduos (A e B). 
 
 
● Indivíduo A: Hepatite viral       
aguda 
● Indivíduo B: Carcinoma de       
próstata 
 
Creatina Cinase (CK) 
Os níveis de creatina cinase se elevam             
quando há lesão dos músculos         
esqueléticos ou do músculo cardíaco.  
 
Essa enzima pega a creatina, fosforiza           
a creatina, então a creatina cinase           
está fosforilando. A enzima está         
fosforilando a creatina e virou uma           
fosfocreatina, essa substância é uma         
reserva de fósforo e tem altas           
concentrações nos músculos     
cardíacos e esqueléticos, porque ela         
pode ser usada para síntese de ATP.  
 
 
 
Glicose Oxidase 
Esse teste mede a quantidade de           
glicose no sangue.  
Pega a glicose, água e tira os H da                 
glicose formando em Ácido glicônico e           
o H é transformado para a água             
virando água oxigenada. Essa água         
oxigenada vai ser detectada pela         
peroxidase, que vai ser usada na           
reação um cromógeno, ele é ativado           
na presença da água oxigenada e fica             
colorido, por isso a intensidade de cor             
vai ajudar a falar quanto de glicose             
está presente na corrente sanguínea.