Enzimas e Alcaptonúria

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MARÍLIA ARAÚJO – P1 
 
Enzimas 
Caso clínico: Alcaptonúria 
• Paciente, sexo masculino de 39 anos 
encaminhado para avaliação oftalmológica. 
Sua principal queixa foi a descoloração escura 
nos olhos. História de dores nas articulações 
do joelho e estigma de articulações 
metacarpianas. Em exame geral, houve 
descolorações de palmas em preto azulado, 
pés e cartilagem do pavilhão auricular 
 
• Erro inato do metabolismo da fenilalanina e 
tirosina (aromáticos) – são importantes para a 
geração de alguns receptores 
• Doença genética autossômica recessiva 
• Deficiência de 1,2-dioxigenase de 
homogentisato (HGD), uma enzima que 
converte o ácido homogentísico (HGA) – (ele é 
acumulado, sofre acumulação, gera a 
captonia, que polimeriza e se acumula nos 
tecidos) em ácido maleilacetoacético na via de 
degradação de tirosina 
• A alcaptonúria é um erro inato do 
metabolismo dos aminoácidos fenilalanina e 
tirosina, causado pela deficiência da enzima 
dioxigenase do homogentisato (HGD), que 
origina a acumulação do ácido homogentísico 
no sangue e urina. 
• Quando há interferência com essa via 
catabólica (de degradação) por deficiência 
enzimática da HGD, o ácido homogentísico 
acumula-se no sangue e é eliminado em 
grandes quantidades na urina. Em contato 
com o ar, o ácido homogentísico oxida-se e 
polimeriza, dando origem a um pigmento 
negro, a alcaptona, que dá cor à urina dos 
indivíduos com esta doença, daí o seu nome 
(alcaptonúria). Este pigmento deposita-se 
também no tecido conjuntivo (ocronose), 
dando-lhe um aspeto acinzentado e causando 
a sua degeneração. Quando se deposita nas 
articulações causa uma artropatia 
degenerativa dolorosa e incapacitante. 
 
• À medida que o polímero se acumula na 
cartilagem, os tecidos normalmente 
transparentes tornam-se preto-azulada e isso 
não é visto até a idade adulta (é um processo 
lento) 
• As três principais características: a presença 
de HGA na urina, pigmentação preto-azulada 
no tecido conjuntivo e artrite da coluna 
vertebral e articulações maiores 
• A oxidação do HGA excretado na urina produz 
um produto parecido com a melanina e faz 
com que a urina fique escura 
• Caracteriza-se por uma urina de cor escura, 
ocronose (pigmentação do tecido conjuntivo) 
e artrose degenerativa das articulações 
• Diagnóstico: detecção de grande quantidade 
de HGA na urina 
• Não tem cura – a terapia médica é usada para 
melhorar a taxa de deposição de pigmento 
• Redução da fenilalanina e tirosina reduz a 
excreção de HGA 
• Consumo de vitamina C (até 1g/dia) – A 
natureza antioxidante do ácido ascórbico 
ajuda a retardar o processo de polimerização 
que é depositado em tecídos cartilaginosos 
• Uso limitado de nitisinona, um inibidor de 
enzima 4-hidroxifenilpivurato dioxigenase, 
que medeia a formação de HGA, foi relatado 
• Nenhuma das opções resolve o problema pela 
cura – falta da HGD 
• Doença rara e subnotificada 
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Enzimas 
• Proteínas globulares → Estrutura 
tridimensional (possui até a estrutura 
quaternária) 
• OBS: Com exceção de um pequeno grupo de 
moléculas de RNA com propriedades 
catalíticas chamadas de RIBOZIMAS, todas as 
enzimas são proteínas 
• Proteínas especializadas na catálise das 
reações biológicas 
• Especificidade e poder catalítico, que são 
muito superiores aos dos catalisadores 
sintéticos 
• O homem não consegue sintetizar em 
laboratório um catalisador tão perfeito 
quanto uma enzima 
• Catalizam praticamente todas as reações que 
caracterizam o metabolismo celular 
• Não alteram o equilíbrio das reações 
• Como catalisadores celulares extremamente 
poderosos, aceleram a velocidade de uma 
reação, sem, no entanto, participar dela como 
reagente ou produto 
• Desempenham um papel importante no 
metabolismo, diagnóstico (muitas doenças 
podem ser detectadas em exames de sangue 
pela dosagem de enzimas. Ex: alta quantidade 
de TGO e TGP – indicativo de doença 
hepática) e terapêutico (enzimas digestivas 
podem ser usadas terapeuticamente. Ex: 
consumo da lactase para intolerantes à 
lactose, promovendo a digestão do açúcar do 
leite. Sem a enzima, o leite vai ser 
fermentado, gerando desconfortos 
intestinais) 
• Todas as reações bioquímicas são catalisadas 
por enzimas no organismo vivo 
• O nível de enzima no sangue é de importância 
diagnóstica, e é um bom indicador em 
doenças como o infarto do miocárdio 
Catálise enzimática 
• Mesmo uma reação tão simples quanto a 
hidratação do CO2, é catalisada por uma 
enzima (anidrase carbônica) 
 
• Essa reação ocorreria naturalmente na água, 
mas tão devagar, que seria incompatível com 
as trocas de gases que ocorrem 
constantemente para a manutenção da vida 
• A transferência de CO2 dos tecidos para o 
sangue e depois para o ar alveolar seria 
menos completa na ausência desta enzima 
• A anidrase carbônica é uma das enzimas mais 
rápidas conhecidas. Essa reação catalisada é 
107 vezes mais rápida do que a não catalisada 
• Substrato – substância que vai ser 
reconhecida pelo sítio catalítico da enzima 
para sofrer a ação enzimática 
• O sítio de ligação do substrato de uma enzima 
é dado por um arranjo 3D especial dos 
aminoácidos de uma determinada região 
molécula, geralmente complementar à 
molécula do substrato, e ideal espacial e 
eletricamente p/ a ligação do mesmo 
• Este sítio pode conter um segundo sítio, 
chamada sítio catalítico ou sítio ativo, ou estar 
próximo dele 
• É neste sítio ativo que ocorre a reação 
enzimática → complexo enzima-substrato 
 
• Quando a reação se completa, a enzima está 
inalterada e livre para catalisar novamente a 
mesma reação em um novo substrato 
• Glicose 6-fosfatase – pega a glicose 
fosforilada e retira um grupo fosfato, 
transferindo-o para um ADP, que irá se 
transformar em ATP. Importante para o 
processo de glicemia em jejum 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Gases
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• O substrato possui características químicas 
que permitem a sua interação (forças de van 
der waals, forças eletrostáticas, pontes de 
hidrogênio, interações hidrofóbicas) com os 
resíduos de aminoácidos que formam o sítio 
ativo da enzima. Formando o complexo 
enzima → substrato. Quando ocorre essa 
ligação, o substrato sofre a reação de forma 
rapída, se transforma em produtos, e é 
liberado pelo sítio ativo 
• Há enzimas que reconhecem mais de um 
substrato 
• Emil Fischer (1894): alto grau de 
especificidade das enzimas originou → Chave-
Fechadura , que considera que a enzima 
possui sitio ativo complementar ao substrato 
• 
Koshland (1958): Encaixe Induzido, enzima e 
o substrato sofrem conformação para o 
encaixe. O substrato é distorcido para 
conformação exata do estado de transição 
 
Nomenclatura das enzimas 
• Em função do substrato: 
- Urease: catalisa a desaminação da uréia 
- Arginase: catalisa a hidrólise da arginina 
- Amilase: catalisa a hidrólise do amido 
• De acordo com a função metabólica da 
enzima: 
- Descarboxilase: catalisa a reação de 
descarboxilação 
 
 
 
Classificação da Enzimas 
Oxidorredutases 
• São enzimas que catalisam reações de 
transferência de elétrons, ou seja, reações de 
oxi-redução. Ex. as desigrogenases e as 
oxidases 
• Oxidação: diminuição no número de 
hidrogênios. O malato é oxidado a 
oxaloacetato 
• Redução: o número de hidrogênios aumenta. 
O NAD+ vira NADH, liberando H+ / o FAD vira 
FADH2 
• O par químico sempre vai ser ou NADH ou 
FADH2 (transportadores de elétrons/energia 
na forma de hidretos) 
 
• Enzima: malatodesidrogenase 
*Reação do ciclo de Krebs (matriz mitocondrial) 
Transferases 
• Enzimas que catalisam reações de 
transferência de grupamentos funcionais 
como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. 
Subtipos: transaminases, quinases 
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• O ATP transfere um grupo fosfato para a 
glicose (transferase do tipo quinase) 
•Assim que a glicose entra na célula, para ser 
metabolizada ela precisa ser fosforilada 
• Transferência de fosfato - quinase 
• Transferência de axil e caboxil – transferases 
• Transferência de amina – transaminases 
Hidrolases 
• Enzimas que catalisam reações de hidrólise de 
ligação covalente. Ex. peptidases, lipases, 
sacaridades 
• Todas as enzimas digestivas são hidrolases 
 
*Triacilglicerol (lipídio) 
• Entrada de água com quebra de reações 
covalentes 
• Algumas pessoas que estão de dieta tomam 
inibidores de lipases, então a gordura não vai 
ser digerida e nem absorvida, sendo eliminada 
no bolo fecal 
 
• Quebra da ligação peptídica pela entrada da 
água (numa ligação simples – hidrólise) 
Liases 
• Catalisam a quebra de ligações covalentes e a 
remoção de moléculas de água, amônia e gás 
carbônico. Ex. desidratases e descarboxilases 
 
• Liase do tipo descarboxilase - Quebra de 
ligação com a liberação de carboxila (sai na 
forma de gás carbônico) 
• Liase do tipo desaminase - Retirada de grupos 
amino na forma de amônia 
• Liase do tipo desidratase (catalisa 
desidratação) - Retirada de hidroxilas que 
saem na forma de moléculas de água 
Isomerases 
• Catalisam reações de interconversão entre 
isômeros ópticos ou geométricos. Ex. 
epimerases 
 
*Isomeria de posição 
• Apresentam mesma fórmula molecular 
Ligases 
• Catalisam reações de formação de novas 
moléculas a partir da ligação entre duas já 
existentes, sempre às custas de energia (ATP). 
Ex. sintetases que catalizam a formação de 
ligações C-C, C-N, C-O e C-S 
• Entrada de carboxila (co2): carboxilação – 
carboxilase 
• Entrada de água numa ligação dupla (quebra 
apenas uma ligação): hidratação – hidratase 
• Entrada de amônia ou grupos amino: 
aminação – aminase 
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Teoria da catálise 
 
 
• Energia de ativação – obstáculo energético 
para que a reação aconteça 
• As enzimas aceleram a velocidade de uma 
reação por diminuir a energia livre de 
ativação da mesma 
• Não alteram a termodinâmica da reação, ou 
seja, a energia dos reagentes e produtos da 
reação enzimática e de sua equivalente não 
enzimática são idênticas 
 
Energia de ativação sem enzima / energia líquida 
liberada da divisão de lactose 
 
 
Energia de ativação com enzima / energia líquida 
liberada 
Fatores que alteram a velocidade de 
reações enzimáticas 
• Condições ambiente 
 - Temperatura: temperatura extrema é a mais 
perigosa. Temp. elevada pode desnaturar (desdobrar) 
a enzima. 
As enzimas funcionam bem perto da temperatura 
corpórea 
 
 
- pH: o pH ótimo depende do tipo de ambiente e da 
função da enzima 
 
 - Concentração de substrato: a velocidade da reação, 
com a adição de substrato, aumenta a formação de 
complexo enzima-substrato (até o ponto em que 
todos os complexos estiverem suficientemente 
formados) 
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Ponto de saturação – velocidade máxima 
 
A Constante de Michaelis-Menten 
 
 
Km – constante de Michaelis-Menten: Concentração 
do substrato que faz com que a enzima atinja metade 
da sua velocidade máxima (potencial catalítico). Serve 
para medir qual é a especificidade de um substrato 
por uma enzima 
Km alto – a enzima tem baixa afinidade pelo substrato 
Km baixo – a enzima tem alta afinidade pelo substrato 
 
 
Cofatores e coenzimas 
• A atividade catalítica de 
muitas enzimas depende da presença de 
pequenas moléculas denominadas cofactores, 
embora o papel preciso varie com o cofator e 
a enzima 
 
 
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*Apoenzima – parte puramente proteica de uma 
enzima (sem o cofator) 
 
*Cofator do tipo ativador 
 
*Enzimas que contêm ou necessitam de elementos 
inorgânicos como cofatores 
*Importância dos sais minerais e das vitaminas como 
cofatores 
 
*Enzima com 2 sítios catalíticos 
Inibição enzimática 
• Os inibidores enzimáticos são compostos que 
podem diminuir a atividade de uma enzima 
 
• Inibição Enzimática Reversível Competitiva: 
 - O inibidor tem semelhança estrutural com o 
substrato 
 - O inibidor se liga reversivelmente ao mesmo 
sítio de ligação do substrato 
Coenzima Abrev. Reação catalisada Origem 
Coenzima A CoA-SH Transferência de 
grupo acil 
Pantotenato ou 
Vitamina B5 
Biotina Transferência de 
CO2 
Biotina ou 
Vitamina H 
Piridoxal fosfato PyF Transferência de 
grupo amino 
Piridoxina ou 
Vitamina B6 
Metilcobalamina Transferência de 
unidades de carbono 
Cobalamina ou 
Vitamina B12 
Tetrahidrofolato THF Transferência de 
unidades de carbono 
Ácido fólico 
Tiamina 
pirofosfato 
TPP Transferência de 
grupo aldeído 
Tiamina ou 
Vitamina B1 
 
Inibidores
Reversíveis
Inibição 
Competitiva
Inibição 
Incompetitiva
Inibição 
Mista
Inibidores
Irreversíveis
Inibição Não 
competitiva
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 - O efeito é revertido aumentando-se a 
concentração de substrato 
 
• Inibição Enzimática Reversível Incompetitiva: 
 - Liga-se a um sítio ativo diferente do 
substrato 
 - Liga-se ao complexo Enzima-Substrato 
 
 
• Inibição Enzimática Reversível Mista: 
 - Liga-se a um sítio ativo diferente do substrato 
 - O inibidor pode se ligar tanto à enzima quanto 
ao complexo Enzima-Substrato 
 
• Inibição Enzimática irreversível – Não - 
Competitiva 
- O inibidor não tem semelhança estrutural 
com o substrato 
 - O inibidor se liga irreversivelmente ao 
terminal sulfidrila da enzima proteica 
 - O efeito não é revertido aumentando-se a 
concentração de substrato 
 - São metais pesados 
 
Regulação alostérica 
Enzimas alostéricas: 
 - Funcionam através da ligação não-covalente e 
reversível de um metabólito regulador chamado 
modulador; 
 - Moduladores podem ser inibidores ou ativadores; 
Enzimas reguladas pela modificação covalente 
reversível: 
 - Grupos químicos são ligados covalentemente e 
removidos da enzima reguladora por enzimas ≠, 
podem ser: fosfato, adenosina monofosfato, grupos 
metil, etc. 
 
Medicamentos 
• Muitos inibidores de enzimas são usados para 
tratar doenças; desde as dores de cabeça até 
a AIDS 
• Penicilina (Alexander Fleming, 1928) 
 - Interfere na síntese do peptideo glicano 
 - Inibem reação de transpeptidase →(síntese 
da parede celular) 
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• Tratamento da GOTA 
- Alopurinol – inibidor da xantina oxidase