Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 Enzimas Introdução → Por que estudar enzima? Um dos fundamentos das enzimas é que uma reação catalisada acontece de forma mais rápida do que uma reação não catalisada. Catalase: enzima muito importante que contém ferro, e é antioxidante. Considerações iniciais → As enzimas reduzem o uso de energia de ativação, ou seja, não se doa calor em grande quantidade para uma reação poder acontecer. → A vida é um conjunto de reações bioquímicas e ela seria inconcebível se fosse sem enzimas, pois as reações não ocorreriam tão rápidas o suficiente para a manutenção das funções fisiológicas. → Quase todas as reações do corpo são mediadas por enzimas, que são catalisadores biológicos de natureza protéica* que aumentam a velocidade das reações químicas sem serem elas próprias alteradas pelo processo. *Lembrar das moléculas de RNA cataliticamente ativas, onde são conhecidas MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 – 2025.2 BIOQUÍMICA - CHARBELL Enzimas Por que estudar enzima? Um dos fundamentos das enzimas é que uma reação catalisada acontece de forma mais rápida do que uma enzima muito importante que contém ciais As enzimas reduzem o uso de energia de ativação, ou seja, não se doa calor em grande quantidade para uma reação poder acontecer. A vida é um conjunto de reações bioquímicas e ela seria inconcebível se fosse sem enzimas, m tão rápidas o suficiente para a manutenção das funções Quase todas as reações do corpo são mediadas catalisadores biológicos que aumentam a velocidade das reações químicas sem serem alteradas pelo processo. moléculas de RNA onde são conhecidas como ribozimas. Essas de natureza RNA catalíticas. → As enzimas catalisam as reações através da estabilização dos estágios de transição químicas de maior energia no caminho da reação. • Início: reagente + enzima + substrato • Estado de transição. • Produto. O que acontece é que a enzima tem um papel de catalisar esse caminho da reação, é uma facilitadora do estágio de transição, ela faci a transformação do substrato em um produto. → As enzimas são essenciais para a o ordenamento e eficiê → A regulação de atividade das enzimas possibilita adaptações ao metabolismo a depender das mudanças que ocorrem a momento. → ¼ do genoma humano é codificado por genes de enzimas. CARACTERÍSTICAS → Enzimas diminuem a energia de ativação, levando a altas velocidades de reação com menos calor/energia. → São muito específicas. → São sintetizadas pelas próprias células. → Têm concentração e atividade moduláveis. → São importantes no 1 como ribozimas. Essas ribozimas são enzimas de natureza RNA catalíticas. As enzimas catalisam as reações através da estabilização dos estágios de transição, formas químicas de maior energia no caminho da reagente + enzima + substrato Estado de transição. O que acontece é que a enzima tem um papel de catalisar esse caminho da reação, é uma facilitadora do estágio de transição, ela facilita a transformação do substrato em um produto. As enzimas são essenciais para a organização, ordenamento e eficiência das vias metabólicas. A regulação de atividade das enzimas possibilita adaptações ao metabolismo a depender das mudanças que ocorrem a todo ¼ do genoma humano é codificado por genes Enzimas diminuem a energia de ativação, levando a altas velocidades de reação com menos calor/energia. São muito específicas. São sintetizadas pelas próprias células. Têm concentração e atividade moduláveis. diagnóstico/ prognóstico. MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 – 2025.2 BIOQUÍMICA - CHARBELL 2 Como nomear enzimas? → Cada enzima possui três nomes: o nome recomendado. O sistemático e o usual. NOME RECOMENDADO → Nome para o uso do dia-a-dia. → Utiliza o sufixo ase adicionando ao nome do substrato que irá degradar. Ex: uréase (degrada uréia). → Ou descreve sua ação, por exemplo, aldeído desidrogenase (vai fazer a oxirredução do aldeído). NOME SISTEMÁTICO → Nome mais usado no mudo por ser padronizado pela IUBMB (União internacional de bioquímica e biologia molecular). → Sistema de nomenclatura em 6 classes principais. → Definição do nome da enzima em 4 dígitos: classe principal, classes e subclasses de substratos, número de série da enzima. NOME USUAL → Nome consagrado pelo uso, por exemplo, tripsina/ pepsina/ ptialina. Classes principais baseadas na nomenclatura sistemática 1. OXIDORREDUTASES → São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja, reações de oxi-redução. → São as desidrogenases e as oxidases. → Se uma molécula se reduz, tem que haver outra que se oxide. 2. TRANSFERASES → Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. → Exemplos: cinases e as transaminases. 3. HIDROLASES → Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: as peptidases. → Quebra do produto em dois devido a presença de água. MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 4. LIASES (SINTASES) → Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. (quebras de dupla ligação). → Ex: desidratases e descarboxilases. 5. ISOMERASES → Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. Ex: epimerases. 6. LIGASES (SINTETASES) → Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, sempre às custas de energia (ATP). MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 – 2025.2 BIOQUÍMICA - CHARBELL Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carboxilases. Catalisam reações de interconversão entre Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligação entre duas já energia (ATP). Propriedades das enzimas SÍTIO ATIVO → Também chamado de centro ativo ou ativo. → Por definição, o sítio ativo é uma fenda complementar especial contendo aminoácidos, configurando uma estrutura tridimensional que vai ter a presença d cadeia laterais que participam da geração e da quebra de ligações como grupamentos catalíticos. Isso é muito importante porque quem faz a catálise são os aminoácidos estão ligados nessa fenda. → Trata-se também de uma região de ligação o substrato e ao cofator/coenzima/íon metálico. (ligação da enzima com o substrato) → Trata-se do sítio catalítico. → Desenha-se como uma fenda complementar especial, contendo aminoácidos, configurando uma estrutura tridimensional, ocorrida pela presença de aminoácidos com grupamentos laterais que participam na geração e na quebra das ligações, como grupamentos catalíticos. Ocupa uma posição relativamente pequena no volume total de uma enzima. 3 Propriedades das enzimas Também chamado de centro ativo ou ponto Por definição, o sítio ativo é uma fenda complementar especial contendo aminoácidos, configurando uma estrutura tridimensional que vai ter a presença de aminoácidos de cadeia laterais que participam da geração e da quebra de ligações como grupamentos catalíticos. Isso é muito importante porque quem faz a catálise são os aminoácidos que estão ligados nessa fenda. se também de uma região de ligação com o substrato e ao cofator/coenzima/íon metálico. (ligação da enzima com o substrato) se do sítio catalítico. se como uma fenda complementar especial, contendo aminoácidos, configurando uma estrutura tridimensional, ocorrida pela de aminoácidos com grupamentos laterais que participam na geração e na quebra das ligações, como grupamentos catalíticos. Ocupa uma posição relativamente pequena no volume total de uma enzima. MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 ESPECIFICIDADE → As enzimas são altamente específicas, r com um ou outro substrato específico.• Especificidade absoluta que só se ligam a substratos específicos (ex: catalse-urease). Ou sej enzimas cujo sítio ativo só catalisam com um substrato específico. • Especificidade relativa: as ligam a vários substratos, desde que sejam semelhantes (ex: serina quebra de ligações peptídicas proteases tripsina, elastase, quimiotripsina). • Obs: a especificidade de uma enzima é dada pelo tamanho da estrutura, cargas, polaridade e ca hidrofóbico do local de ligação com substrato. Assim, a enzima pode ter uma certa flexibilidade e conseguir fazer uma quebra de outros componentes além dos substratos específicos • As fendas tem caráter apolar (o que melhora a catálise), e as ligações substratos são por força de Van der Waals, pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas e ligações eletrostáticas (são várias ligações que MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 – 2025.2 BIOQUÍMICA - CHARBELL As enzimas são altamente específicas, reagindo com um ou outro substrato específico. Especificidade absoluta: as enzimas que só se ligam a substratos específicos Ou seja, são as enzimas cujo sítio ativo só catalisam com um substrato específico. : as enzimas se ligam a vários substratos, desde que sejam semelhantes (ex: serina- faz quebra de ligações peptídicas- proteases tripsina, elastase, Obs: a especificidade de uma enzima é dada pelo tamanho da estrutura, cargas, polaridade e caráter hidrofóbico do local de ligação com Assim, a enzima pode ter uma certa flexibilidade e conseguir fazer uma quebra de outros componentes além dos substratos As fendas tem caráter apolar (o que e as ligações aos substratos são por força de Van der Waals, pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas e ligações (são várias ligações que são mais fracas para que rapidamente o substrato entre e vire produto). MODELO DE LIGAÇÃO ENZIMA SUBSTRATO 1. Chave fechadura: enzima e substrato. 2. Induced Fit (encaixe induzido): possui flexibilidade conformacional e o encaixe é perfeito quando há ligação enzima substrato (ES), de modo que o sítio catalítico é moldável à molécula do substrato. OBS: Evidências experimentais sugerem um terceiro modelo que combina o ajuste induzido a uma torção da molécula do substrato, que o ativaria e o prepararia para a sua transformação em produto. 4 são mais fracas para que rapidamente o substrato entre e vire produto). MODELO DE LIGAÇÃO ENZIMA SUBSTRATO : perfeito encaixe entre Induced Fit (encaixe induzido): a enzima possui flexibilidade conformacional e o encaixe é perfeito quando há ligação enzima substrato , de modo que o sítio catalítico é moldável substrato. Evidências experimentais sugerem um terceiro modelo que combina o ajuste induzido a uma torção da molécula do substrato, que o ativaria e o prepararia para a sua transformação em MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 – 2025.2 BIOQUÍMICA - CHARBELL 5 *Mostra a elastase (tem uma glicina), a tripsina (tem a lisina) e a quimitripsina (possui uma fenil- alanina). Isso significa que essas enzimas têm a serina e elas são importantes porque possuem a capacidade de ser diferentes daquelas outras enzimas altamente específicas. Elas possuem a capacidade de reaizar uma quebra na carboxila dessas proteínas alvo que são interesses. COENZIMAS E ÍONS METÁLICOS (COFATORES) → São essenciais para a atividade enzimática e podem ou não ser consumidos na reação. Ex: vitaminas hidrossolúveis/ íons metálicos (Zn, Fe). HOLOENZIMA- ENZIMA + COFATOR/COENZIMA (apoenzima) (grupamento prostético) → Cofatores são íons metálicos que podem ser necessárias para a função de uma enzima. • São os cofatores ou coenzimas que realizam a catálise. • Os cofatores não estão ligados permanentemente à molécula da enzima, mas na ausência deles, a enzima é inativa. → Coenzimas são compostos orgânicos, quase sempre derivados de vitaminas, que atuam em conjunto com as enzimas. Podem atuar segundo 3 mensageiros: • Ligando-se à enzima com afinidade semelhante á do substrato. • Ligando-se covalentemente em local próximo ou no próprio sítio catalítico da apoenzima. • Atuando de maneira intermediária aos dois extremos acima citados. *ATENÇÃO ZINCO/ MAGNÉSIO/ SELÊNIO são importantes para a nossa proteção contra radicais livres porque esses metais que fazem o papel de estabilização dos elétrons. ISOENZIMAS → São enzimas que catalisam a mesma reação, mas diferem na sua estrutura primária e/ou na composição de suas subunidades. Ex: lactato desidrogenase. DEFINIÇÃO DE ATIVIDADE ENZIMÁTICA: uma unidade internacional (UI) de enzima catalisa a conversão de 1µmol (micro mol) de substrato em MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 – 2025.2 BIOQUÍMICA - CHARBELL 6 produto por minuto. A velocidade de uma reação enzimática é definida como a conversão do substrato em produto por unidade de tempo. Quanto mais veloz a enzima, é aquela que consegue fazer o turn over, fazer essa transformação de substrato em produto, quanto mais rápido melhor. Assim percebemos que algumas enzimas têm atividade específica de uma enzima, o que seria um número referenciado por micro unidade/miligrama de proteína, avaliando a pureza da enzima e atividade por tecido alvo. Então temos cada enzima atuando mais em um tecido e sendo mais ativa com a sua atividade específica mais funcional em determinados tecidos. LOCALIZAÇÃO DENTRO DA CÉLULA → As enzimas se localizam em organelas específicas. → Compartimentalização: cada organela subcelular tem o seu local específico. Isola o substrato da reação ou produto de outras reações específicas. Funcionamento das enzimas ALTERAÇÕES DE ENERGIA DURANTE A REAÇÃO a) A diferença de energia livre entre produtos e reagentes (delta G-entalpia). b) A energia necessária para se transformar reagentes em produtos. → Todas as reações químicas possuem uma barreira separando os reagentes dos produtos formando um estado de transição. → O estado de transição é um período na catálise onde há maior energia do que os reagentes e produtos. É um estágio intermediário, reativo. → Para se levar os reagentes ao estado de transição, há necessidade de energia de ativação. Sem enzimas, gasta se mais energia para se energizar os reagentes. → Enzima essa que catalisa a etapa lenta do processo, a etapa limitante da reação. Enzima reguladora. MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 – 2025.2 BIOQUÍMICA - CHARBELL 7 Fatores que alteram a velocidade das reações CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATO → Velocidade máxima é o número de moléculas de substrato convertidas em unidade de tmepo (micromoles/ min). → AV máx aumenta graças ao aumento de substrato. → Platô: quando ocorre a saturação de todos os sítios ativos de ligação. Ex: as enzimas estão se ligando a substratos, e cada vez mais substratos, mas vai chegar uma hora que terá um limite, o que chamamos de platô. • Cada enzima tem o seu platô de acordo com a sua cinética, com a sua velocidade, com a sua afinidade. TEMPERATURA → Com uso de catalisadores inorgânicos em uma reação, mesmo que se aumente a temperatura da reação a velocidade da reação aumenta. → O aumento da temperatura leva ao aumento da velocidade até um pico máximo, onde qualquer aumento de temperatura levará à diminuição da velocidade por desnaturação. INFLUÊNCIA DO PH → O hidrogênio iônico influencia na velocidade de reação por influir no sítio ativo através da presença de grupos especializados. → Extremos de pH levam a mudanças no caráter iônico das cadeias laterais. → Enzimas citossólicas- pH de 7-8. → Enzimas lissossomias- pH ácido. Equação de Michaelis – Menten DEFINIÇÃO → A equação representa o efeito da concentração de substrato sobre a velocidade da redação enzimática. → Pode ser expressa graficamente.→ V0= Vmáx . [S] /Km + [S] • Vo= velocidade inicial. • Vmáx= velocidade máxima. MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 – 2025.2 BIOQUÍMICA - CHARBELL 8 • [S] = concentração de substrato. • Km= constante Michaelis-Menten. → Equação de Michaelis–Menten: 2 pesquisadoras que propuseram um modelo simples de cinética das reações catalisadas por enzimas. A partir desse modelo, estas pesquisadoras criaram uma equação que nos permite demonstrar como a velocidade de uma reação varia com a variação da concentração do substrato. → O Km de um substrato para uma enzima específica é característico e nos fornece um parâmetro de especificidade deste substrato em relação à enzima. Quanto menor o Km, maior a especificidade, e vice-versa. → No momento em que o substrato (S) se liga a enzima E, forma-se o intermediário enzima- substrato. Assim ocorrem as reações entre enzima e substrato, há o estágio de transição e por fim a formação de enzima + produto (P). A decomposição de ES em P é a etapa limitante da catálise. INFERÊNCIAS → As concentrações de enzimas são sempre menores do que as de substrato. → O V0 somente é usado, pois a velocidade das reações enzimáticas só são medidas pela velocidade inicial. CONCLUSÕES → Km reflete a afinidade ES. → É numericamente igual a concentração do substrato quando a velocidade da reação é igual à metade da Vmáx. → Km baixo= alta afinidade ES • Enzimas eficientes que operam com baixa concentração de substrato. → Km alto – baixa afinidade ES. • Enzimas somente atingem eficiência máxima com elevada concentração de substrato. → OBS: Enzimas alostéricas não respeitam os parâmetros de Michaelis-menten. Inibição da atividade enzimática → Inibidor: qualquer substância que pode diminuir a velocidade de uma reação catalisada por enzimas. Podem ser reversíveis ou irreversíveis, covalentes ou não. Se for MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 – 2025.2 BIOQUÍMICA - CHARBELL 9 reversível, ainda pode ser competitiva ou não- competitiva. INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL → Certo compostos interagem tão firmemente que seus efeitos são irreversíveis. → Em geral, qualquer reagente que modifique por covalência a cadeia lateral de um aminoácido em uma proteína pode potencialmente funcionar como um inibidor irreversível. INIBIÇÃO REVERSÍVEL a) Inibição competitiva → Ligação do inibidor reversivelmente ao mesmo sítio que o substrato ocuparia, competição com o substrato pelo sítio. Ou seja, a enzima o substrato vão competir pelo mesmo sítio ativo. → A velocidade máxima não modifica. → Ex: finasteride (inibidor competitivo da 5 alfa redutase; redução da testosterona) e azidotimidina (AZT- inibidor competitivo da HIV-RV) b) Inibição não competitiva → Ligação do inibidor reversível no sítio alostérico da enzima, levando à diminuição da Vmáx. → Pode ser revertido pela síntese de mais enzimas. → O inibidor age em outro lugar, por definição, vai agir em um ponto distante do sítio ativo, local chamado de sítio alostérico. → Ocorre quando o inibidor e o substrato encontram-se em sítio diferente da enzima. → O inibidor se dissocia muito lentamente da sua enzima alvo, mas que essencialmente não forma produtos. Logo, este inibidor age no número de renovação da enzima. → Ex: intoxicação por metais pesados Hg+, Pb+ e Ag+ levam a inibição não competitiva por agirem no sítio alostérico. *Inibidor A competitivo: específico, quando o inibidor paralisa a enzima e não sai mais dali. Fica enzima, substrato e inibidor preso. MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 – 2025.2 BIOQUÍMICA - CHARBELL 10 Efeitos sobre o Vmáx: � O inibi dor não competitivo diminui a Vmáx, o que não é influenciado pelo aumento da [S]. � O Km é o mesmo e não interfere na afinidade. Isso se dá pois o inibidor diminui a concentração de enzima funcional. � OBS: inibidor acompetitivo se liga somente no complexo enzima substrato, criando ESI que interfere no número de enzimas. Regulação da atividade enzimática → Fundamental para o controle metabólico por controlar enzimas-chave. → A regulação acontece em etapas limitantes- enzimas-alvo SÍTIOS DE REGULAÇÃO ALOSTÉRICA → Enzima isostérica: curva de saturação do substrato é hiperbólica sendo de um único formato. → Enzimas alostéricas possuem curvas de velocidade x substrato com gráficos sigmóides. Neste caso, geralmente há ligação de um efetor alostérico ligando-se a um outro local diferente no sítio ativo. → Se o efetor com efeitos alostéricos for o substrato- homotrópico- pode ter cooperatividade positiva ou negativa (cooperatividade é a medida do substrato quando a reação chegar a metade, positivo acelera a enzima e o negativo desacelera). → Se o efetor é diferente do substrato- heterotrópico. Enzimas alostéricas MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 – 2025.2 BIOQUÍMICA - CHARBELL 11 Regulação por efetores (ação no sítio alostérico) Alteram a velocidade da enzima Alteram a afinidade ES Efetores positivos ou negativos Efetores homotrópicos ou heterotrópicos REGULAÇÃO HOMOTRÓPICA *Modelo concertado: um dos modelos teóricos sugerido para a hemoglobina, em que todas as subunidades se convertem do estado tenso (baixa aifinidade pelo substrato) para o relaxado (maior afinidade). *Modelo seqüencial: outra teoria para a hemoglobina, com mudanças diferentes de afinidade para cada subunidade. REGULAÇÃO HETEROTRÓPICA *O efetor é diferente do substrato e se liga em um local diferente. A enzima está sendo ativada ou inibida pelo seu sítio alostérico através de um produto diferente do substrato. São os 3 tipos abaixo: REGULAÇÃO POR MODIFICAÇÃO COVALENTE → Regulação por adição ou retirada de fosfato das enzimas. → Mecanismos de fosforilação e desfosforilação. INDUÇÃO X REPRESSÃO → As células podem regular a concentração de enzimas. → Síntese aumentada- indução. → Síntese diminuída- repressão; → Ex: insulina. ATIVIDADE PROTEOLÍTICA → As enzimas nesse caso são classificadas em ativas ou inativas. → Muitas enzimas existem na forma inativa, ou proenzimas, onde são chamadas de Zimogênios. → Ao hidrolisarmos certas ligações peptídicas deste zimogênio, estaremos ativando-o, do MARIA EDUARDA SARDINHA ESTRELLA 58 – 2025.2 BIOQUÍMICA - CHARBELL 12 mesmo modo como acontece com as cascatas de coagulação e as enzimas digestivas. Importância do tema → Drogas inibidoras competitivas (Ex: AZT). → Pesquisa para drogas com menos efeitos colaterais.
Compartilhar