Enzimas: Proteínas Catalisadoras

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Cauê Oliveira – AD2025 
São proteínas especializadas que atuam como 
catalisadores biológicos. 
 
❖ Classificação 
- As enzimas são classificadas de acordo com o tipo de 
reação que podem catalisar. 
• Oxirredutases: transferência de elétrons (íons 
hidreto ou átomos H) 
• Transferases: reações de transferência de 
grupos 
• Hidrolases: reações de hidrólise 
• Liases: adição de grupos em ligas duplas ou 
remoção de grupos com a formação de ligas 
duplas 
• Isomerases: transferência de grupos dentro da 
mesma molécula para formar isômeros 
• Ligases: ormação de ligações C-C, C-S, C-O, C-
N pelo acoplamento da clivagem do ATP 
 
- Algumas enzimas precisam de outras moléculas ligadas 
à porção proteica para sua atividade enzimática. Assim, 
apoenzima refere-se à fração proteica de uma enzima 
na ausência do seu cofator ou coenzima, enquanto 
holoenzima caracteriza-se como o conjunto da enzima 
com o seu cofator e/ou coenzima 
 
❖ Conceitos 
- Substrato: é uma molécula sobre a qual atua uma 
enzima, combinando-se com ele e ativando-se de tal 
modo que o substrato sofre uma alteração química 
posterior, ao mesmo tempo que deixa de se combinar 
com a enzima. Por esta razão, a enzima não se consome 
na reação, e no fim desta está novamente livre para 
atuar sobre mais substrato 
- Complexo Enzima-Substrato (ES). quando as enzimas 
interagem com os substratos, forma-se, 
temporariamente, o chamado complexo enzima-
substrato. Assim que ocorre a reação química com os 
substratos, desfaz-se o complexo enzima-substrato, 
liberam-se os produtos e a enzima volta a atrair novos 
substratos para a formação de outros complexos 
- Sítio Ativo ou Catalítico: consiste em um arranjo 
tridimensional de aminoácidos de uma determinada 
região da molécula em que ocorre a reação enzimática. 
Geralmente, o sítio é complementar espacial e 
eletricamente à molécula do substrato, tornando-se ideal 
para a ligação dele. 
- Cofatores: são substâncias inorgânicas ou orgânicas 
indispensáveis para o funcionamento das enzimas. 
• Os cofatores orgânicos são chamados de 
coenzimas; elas têm como característica o fato 
possuírem, entre si, ligações fracas. 
 
❖ Propriedades 
- Eficiência catalítica: as enzimas atuam em pequenas 
concentrações sendo altamente eficientes, assim, 
aumentam muito a velocidade da reação quando 
comparado com reações não catalisadas. 
- Número de renovação: é o número máximo de 
moléculas de um substrato que uma molécula de enzima 
pode converter em produto por unidade de tempo. 
- Especificidade: as enzimas são altamente específicas 
interagindo com um ou alguns poucos substratos 
relacionados e catalisando apenas um tipo de reação. 
- Localização na célula: muitas enzimas estão localizadas 
em organelas específicas dentro das células. Isso garante 
com que meio seja favorável para a reação e, também, 
auxilia a organizar as milhares de enzimas presentes nas 
células dentro de vias definidas 
 
 
❖ Mecanismos da ação enzimática 
- Alteração da energia de ativação: 
• Reações químicas têm uma barreira de energia 
separando reagentes e produtos, denominada 
energia de ativação, que representa a diferença 
de energia dos reagentes. 
• No ponto de máxima energia, se encontra o 
estado de transição, que é definido como um 
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aglomerado de átomos que pode tanto passar 
para o lado dos produtos, como retornar para o 
lado dos reagentes. 
• Uma enzima permite que uma reação ocorra 
mais rapidamente (ou seja, aumenta a velocidade 
da reação) oferecendo uma rota alternativa, com 
uma menor energia livre de ativação. 
• A energia necessária para baixar a energia de 
ativação é, em geral, derivada das interações 
fracas e não covalentes durante a formação do 
complexo enzima-substrato (ES). 
• A formação de cada interação fraca no 
complexo ES é acompanhada pela liberação de 
uma pequena quantidade de energia livre que 
estabiliza a interação., assim, a energia livre total 
liberada pela interação entre o substrato e a 
enzima é a energia de ligação. 
• Essa energia pode ser usada para superar a 
barreira para a reação ocorrer de diversas 
maneiras: diminuindo a entropia, dessolvatando o 
substrato, compensando termodinamicamente 
qualquer distorção e provocando mudança 
conformacional na enzima quando esta se liga ao 
substrato. 
- Química do sítio ativo: 
• O sítio ativo não é um receptáculo passivo para 
a ligação do substrato, uma vez que ele 
emprega uma diversidade de mecanismos 
químicos para facilitar a conversão de substrato 
em produto. 
• Como, por exemplo, estabilizando o estado de 
transição (o sítio ativo, em geral, atua como um 
molde flexível que se liga ao 
substrato em uma estrutura geométrica similar 
ao estado de transição ativado da molécula). 
• Ou, então, fornecendo grupos catalíticos que 
aumentem a probabilidade de se formar o 
estado de transição (em algumas enzimas estes 
grupos podem participar de uma catálise 
ácido/básica geral na qual resíduos de 
aminoácidos doam ou aceitam prótons em 
outras a catálise pode envolver a formação 
transitória de um complexo covalente enzima-
substrato). 
• A ligação da enzima ao substrato pode ocorrer 
baseando-se em dois modelos: 
✓ Chave-fechadura: complexo enzima-
substrato obedeceria a um modelo 
“chave-fechadura”, assim, a 
especificidade da enzima se dá pelo fato 
de o sítio ativo ter um formato 
complementar ao seu substrato, 
promovendo um encaixe perfeito. 
✓ Encaixe induzido: há casos em que tanto 
enzima quanto substrato apresentam 
certa plasticidade e podem mudar sua 
configuração. Dessa forma, um se 
adapta ao outro para uma melhor 
ligação. 
 
❖ Fatores que afetam a velocidade da 
reação enzimática 
- A velocidade de uma reação é calculada pela quantidade 
de produto formado ou quantidade de substrato 
formado sobre o tempo. 
- Fatores que alteram a velocidade: 
• pH: exerce grande influência na atividade 
enzimática, assim, há um pH ótimo de 
funcionamento para cada enzima e quanto mais 
próximo ao pH ótimo, maior a atividade 
enzimática 
• Temperatura: com o aumento da temperatura, 
ocorre ativação térmica e, consequentemente, 
maior atividade enzimática; essa atividade é 
mantida até o ponto ótimo de temperatura, após 
esse ponto, caso seja elevada a temperatura, a 
enzima corre o risco de ser desnaturada, 
fazendo com que ela deixe de exercer sua 
função. 
• Concentração de enzima: a adição de enzima, 
com substrato em excesso, faz com que a 
velocidade da reação seja aumentada 
linearmente, até que haja substrato suficiente 
para a reação. 
• Concentração do substrato: em baixas 
concentrações de substrato a velocidade de 
reação é de primeira ordem, isto é, é 
proporcional a concentração de substrato. Já, 
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em altas concentrações de substrato, a 
velocidade da reação é de ordem zero, ou seja, 
é constante e independente da concentração de 
substrato. 
 
❖ Cinética 
- As enzimas alostéricas apresentam curva sigmoide e 
não hiperbólica, demonstrando que a afinidade da enzima 
pelo substrato se altera com a variação da concentração 
de substrato., o que configura a elas um comportamento 
não-Michaeliano. Isso ocorre, pois elas são mais sensíveis 
em sua resposta a mudanças nas concentrações 
do substrato que outras enzimas e apresentam uma 
transição "do tipo interruptor" da taxa de 
reação baixa para alta à medida que a concentração do 
substrato aumenta. 
- Logo, uma enzima de Michaelis e Menten não tem sua 
afinidade pelo substrato alterada pela variação da 
concentração deste. Devido a isso, é possível estimas o 
Km das enzimas, coeficiente que mede essa afinidade. 
- Km: é característico da enzima e de seu substrato 
específico, não varia com a concentração da enzima e 
é numericamente igual à concentração de substrato em 
que a velocidade é ½ da Vmáx da reação. 
• Quanto menor o Km, será necessáriauma 
menor concentração de substrato para atingir 
metade da velocidade máxima, o que revela uma 
maior a afinidade ES. 
 
❖ Inibição enzimática 
- A inibição da atividade enzimática refere-se a qualquer 
substância ou fator que possam diminuir a velocidade de 
uma reação catalisada por uma enzima. 
- As inibições enzimáticas podem ser classificadas de 
diversas maneiras: 
1) As inibições podem atuar em diversas enzimas, 
como é o caso dos agentes desnaturantes, 
fazendo com que sejam classificadas como 
inespecíficas. Também, há casos de inibições 
específicas. 
2) Essa inibição, ainda, pode ser reversível, que 
ocorre quando o inibidor e enzima formam 
complexo instável e não há formação de ligação 
covalente, ou irreversível, quando há 
combinação do inibidor com o sítio 
ativo da enzima formando um complexo estável, 
também, geralmente, há ligação covalente entre 
o inibidor e a enzima 
3) A inibição competitiva ocorre quando o inibidor 
se liga à enzima ocupando o sítio que seria 
ocupado pelo substrato. Logo, nesse tipo de 
inibição há competição entre inibidor e substrato. 
Há formação de um complexo entre a 
enzima e o inibidor, porém ele nunca resultará 
num produto. A presença do inibidor competitivo 
basicamente diminui a afinidade da enzima pelo 
substrato, aumentando o Km aparente da 
enzima e, consequentemente, a concentração 
de substrato necessária que a enzima funcione 
normalmente. Na inibição não-competitiva, a 
reação ocorre como se houvesse uma 
concentração menor de enzima, e, sendo a 
velocidade da reação proporcional à 
concentração de enzimas ativas, a velocidade 
será menor do que na ausência de inibidor para 
qualquer concentração de substrato, logo a 
Vmáx será reduzida. 
✓ Reversibilidade: a inibição competitiva 
pode ser evertida aumentando-se a 
concentração do substrato, e a não-
competitiva, com o consumo do inibidor. 
 
 
❖ Regulação enzimática 
- A regulação enzimática ocorre, basicamente, em três 
tipos: 
• Inibição por feedback: tipo de regulação 
enzimática em que o produto de uma via 
metabólica inibe a atividade de uma enzima 
envolvida na sua síntese, a fim de manter a 
concentração em níveis ideais do produto 
formado. 
• Regulação Alostérica: nesse tipo de regulação, a 
atividade da enzima é controlada pela ligação de 
pequenas moléculas em sítios regulatórios sobre 
a enzima. O termo "regulação alostérica" vem do 
fato de que a molécula reguladora não se liga ao 
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sítio catalítico, mas em um outro local sobre a 
proteína. A ligação da molécula reguladora muda 
a conformação da proteína, que por sua vez 
altera a forma do sítio ativo e sua atividade 
catalítica. 
• Regulação por fosforilação: a atividade das 
enzimas pode, também, ser regulada por 
modificações covalentes, tais como a adição de 
grupos fosfato a resíduos de serina, treonina ou 
tirosina. A fosforilação é um mecanismo muito 
comum na regulação da atividade enzimática, já 
que a adição de grupos fosfato estimula ou inibe 
as atividades de muitas enzimas