ENZIMAS

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ENZIMAS 
MECANISMO GERAL DE AÇÃO E REGULAÇÃO 
ENZIMÁTICA 
- o organismo deve ser capaz de se autorreplicar 
- capaz de catalisar reações químicas com eficiência e 
seletividade 
 
IMPORTÂNCIA DO ESTUDO SOBRE ENZIMAS 
- ERRO INATO DO METABOLISMO: pode haver uma 
deficiência, ausência total de uma ou mais enzimas ou 
atividade excessiva de determinada enzima 
→ defeito no material genético 
- DIAGNÓSTICO DE ENFERMIDADES: a determinação das 
atividades de enzimas no plasma sanguíneo, nas hemácia 
ou em amostras de tecidos é relevante para o 
monitoramento da funcionalidade dos órgãos, tecidos... 
- ENTENDIMENTO DA AÇÃO DE MEDICAMENTOS 
- IMPORTANTÂNCIA TECNOLÓGICA: engenharia química, 
indústria alimentícia e agricultura 
 
TÓPICOS IMPORTANTES 
- distribuição das enzimas 
- mecanismo de ação geral 
- mecanismos de catálise 
- isoenzimas 
- classificação das enzimas 
- mecanismos de regulação 
 
DISTRIBUIÇÃO DAS ENZIMAS NAS CÉLULAS 
→ ENZIMAS INTRACELULARES 
- correspondem à grande parte das enzimas 
citoplasmáticas e apresentam baixo teores séricos 
- os níveis tornam-se elevados após lesão de tecido/órgão 
(para tentar superar a dificuldade pode ocorrer aumento 
na expressão de determinada enzima), aumento na 
renovação celular, aumento na síntese enzimática 
ex. transaminases, lactato desidrogenase, CPK (creatina 
quinase) 
 
→ ENZIMAS EXTRACELULARES SECRETADAS 
- acredita-se que estas são sintetizadas pelos ribossomos 
associados à membrana celular, passando para fora da 
célula sob forma linear, assumindo sua conformação 
própria e característica, tornando-se ativa fora da célula 
ex. enzimas digestivas (amilases, proteases e lipases) 
 
→ ENZIMAS EXTRACELULARES PLASMA ESPECÍFICAS 
- atuam no processo de coagulação sanguínea e fibrinólise 
ex. calicreína, trombina, plasmina 
 
- enzimas separadas - tem autonomia mas dependem 
umas das outras para funcionar 
- complexo multienzimático - rotas metabólicas 
- sistema ligado à membrana - sinalização para a célula, 
sensíveis à hormônios 
 
CONFORMAÇÃO ESTRUTURAL 
- reflete no mecanismo de ação 
 
 
1. MICHAELIS-MENTEN 
 
- estrutura tridimensional no nível terciário 
- 1 subunidade proteica (1 cadeia polipeptídica) 
- resíduos-chave (de aminoácidos) do sítio ativo/catalítico 
(tem a ver com o domínio; é altamente específico) 
obs. domínio da proteína - região conservante na proteína 
e determinante para sua função biológica 
 nem sempre é o grupo prostético (grupo químico 
inorgânico ou orgânico importante para a função 
biológica) 
 
 
2. ALOSTÉRICAS 
 
- nível quaternário 
- conformação T (tensa)- 4 subunidades → organização em 
nível quaternário (definição: 2+ subunidades/cadeias 
polipeptídicas) 
 inativa 
obs. hemoglobina (é uma proteína alostérica, não enzima) 
- conformação T → não está ligada ao oxigênio 
 ativa - ligação dos grupamentos heme (Fe) com o 
O2 
obs. princípio da cooperatividade - explica a transição da 
forma inativa para a ativa 
 no exemplo, várias moléculas de S (substrato) 
cooperam para essa transição 
- conformação R (relaxada) - molécula plenamente 
funcional; substratos/ligantes induziram essa mudança 
estrutural - tornaram a molécula ativa 
obs. os cofatores nem sempre estarão ocupando o sítio 
catalítico 
 
AS ENZIMAS PRECISAM DE: 
- pH ideal 
- níveis de ADP, Pi e ATP 
- níveis de substratos 
 
→ ESTRUTURA ENZIMÁTICA 
 RIBOZIMAS → RNAs 
 PROTEÍNAS 
 SIMPLES → APOENZIMAS (não requerem 
nenhum fator de colaboração ex. grupo 
prostético) 
 CONJUGADAS → APOENZIMA + COFATOR 
(ÍON METÁLICO OU COENZIMA - esta 
última molécula orgânica) → HOLOENZIMA 
(enzima completa, com cofator) 
 
COFATORES 
→ INORGÂNICOS - íons: Ca+2, Mg+2, Zn+2, K+, Na+ 
→ ORGÂNICOS (COENZIMAS) 
1. grupos prostéticos (fortemente ligados à E) ex. FAD 
2. co-substrato (fracamente ligados à E) ex. NAD 
obs. essas proteínas (FAD e NAD) são obtidas por meio das 
vitaminas (precursoras) → FAD - B2, NAD - niacina 
 enzimas necessitam de vitaminas para atuar 
 
COMO AS ENZIMAS ATUAM - ESTEREOESPECIFICIDADE 
(leva-se em consideração a estrutura da molécula do 
substrato) 
- reconhecimento molecular 
- proximidade e orientação 
- ligação - formação do complexo ES (enzima-substrato) 
 
- enzimas são catalisadores biológicos 
equação geral de uma reação enzimática: 
E + S ←→ ES ←→ P + E 
 especificidade 
 ajuste conformacional da enzima 
 modificações do substrato 
obs. ES - representa o estado de transição (estado crítico 
para a catálise - pq o substrato pode por alguma razão se 
dissociar da enzima) → ligações fracas (para favorecer a 
liberação de produtos a uma velocidade que atenda a 
demanda celular e liberar o substrato novamente no meio) 
 - ligações não covalentes (iônicas, de hidrogênio…) 
 Haldane escreveu um tratado intitulado “Enzymes” 
- notável suposição de que ligações fracas entre a 
enzima e seu substrato poderiam ser usadas para 
catalisar a reação 
- a enzima não é consumida na reação 
- muda o substrato liberando o produto e sai intacta no 
meio celular 
- aceleram a velocidade das reações químicas 
obs. desnaturação - quebra da ligação do padrão 
formacional, não necessariamente muda a ligação 
polipeptídica 
 
 
→ complexo ativado: ES 
→ a energia de ativação é reduzida pela ação da enzima 
→ transformação: substrato ⇒ produtos 
 
MECANISMO DE AÇÃO DAS ENZIMAS 
1. ENZIMA COMPLEMENTAR AO SUBSTRATO 
- o mecanismo chave-fechadura não é aceito para explicar 
a especificidade enzimática 
- ES ⇒ poucos produtos - isso acontece em decorrência do 
atraso no processamento da molécula de ES (por causa do 
nível discrepante de energia livre necessária para processar 
a molécula de substrato) e, consequentemente, atraso na 
liberação dos produtos 
→ a molécula de substrato fica ancorada/aprisionada em 
todos os magnetos (nesse caso, eles representam os sítios 
ativos/catalíticos da enzima) 
 a variação da energia livre (G) é superior para 
reverter esse aprisionamento 
- o substrato ocupa toda a região do sítio ativo - esse 
modelo de chave-fechadura não permite que uma mesma 
enzima processe mais de uma molécula de substrato - 
desvantagem para a célula 
→ obs. uma mesma enzima pode processar ao mesmo 
tempo ou não várias moléculas de substrato 
- para liberar a molécula de substrato do complexo ES é 
necessária uma energia de ativação maior para que ocorra 
uma elevação no nível energético e um decréscimo para 
liberação do produto 
 
 
 
2. ENZIMA COMPLEMENTAR AO ESTADO DE 
TRANSIÇÃO (estado de formação do complexo ES) 
- o S está ancorado em posições estratégicas no domínio 
catalítico (sítio ativo) - só vai ter uma variação de energia 
livre a partir do momento em que a reação prossegue 
- S se adapta ao sítio ativo - ajuste conformacional → 
facilita a liberação dos produtos e da enzima livre 
- variação de energia livre menor quando comparada à 
reação não catalisada 
- vantagem para a célula 
- modelo mais aceito - modelo do ajuste induzido 
 
 
SENTIDO DAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS 
 
→ reação da direita para a esquerda nos pulmões 
 pCO2 menor - expiração 
 pO2 maior 
- entrada de CO2 nos TEP (tecidos extrapulmonares) - os 
quais geram CO2 e H2O nas reações metabólicas 
- a difusão de CO2 para o interior das hemácias e o 
mecanismo de ação da anidrase carbônica cooperam para 
acelerar a retirada de CO2 dos TEP e a produção de HCO3- 
(tamponamento no plasma) 
- as enzimas não são consumidas na reação 
→ possibilidade de reversibilidade da reação 
- atuam em pequenas quantidades (quantidade E < S) 
- são capazes de tornar uma reação química quase 
instantânea, ao diminuir a energia de ativação 
 
ISOENZIMAS: DISTRIBUIÇÃO E IMPORTÂNCIA 
- são enzimas diferentes que catalisam a mesma reação 
enzimática 
- os substratos são os mesmos 
 
→ CPK - FOSFOCREATINA KINASE (CINASE) 
- presente em muitos tecidos 
- produção aumentada em tecidos/órgãos com alta 
demanda energética - coração e músculo esquelético→ creatina - metabólito gerado a partir de aminoácidos 
precursores 
 metabolização no fígado - onde a creatina é 
originalmente gerada 
 prevalência no músculo cardíaco e esquelético - 
onde, por meio da ação da CK (CPK), a creatina 
será metabolizada em fosfocreatina (esta será 
metabolizada para gerar ATP para o trabalho 
desses músculos - também por meio da CK) 
 
→ ADP será fosforilado pelo grupamento fosfato da CK 
para gerar ATP 
 
→ ATP tem um consumo rápido pelas céls 
→ creatina fosfato = fosfocreatina - também é consumida 
rapidamente pelos órgãos 
 
 
 ISOFORMAS DE CPK (CREATINA CINASE) 
- as formas de CPK são diferentes entre os músculos 
- EC (Enzyme Commission) - código 
1. oxidorredutases 
2. transferases 
3. hidrolases 
4. liases ou sintases 
5. isomerases 
6. ligases ou sintetases 
- toda enzima cinase pertence à classe de número 2 - 
transferases 
 2.7 - indica que o fosfato é o grupo transferido na 
reação enzimática 
obs. CPK - EC 2.7.3.2 
 
→ LDH - LACTATO DESIDROGENASE 
1. oxidorredutase 
 
→ reação reversível - o que determina a direção é a 
disponibilidade dos substratos no meio 
→ coenzimas - NADH ou NAD+ (depende da direção) 
 
 
 DIFERENÇAS ENTRE AS ISOFORMAS DE LDH 
- isoformas cardíaca e muscular - diferentes Km e Vmax 
para piruvato e lactato 
- LDH1 e LDH2 - maior afinidade por lactato - ↑ piruvato 
- LDH4 e LDH5 - maior afinidade por piruvato - ↑ lactato 
obs. Km = concentração de substrato necessária para que a 
enzima alcance 50% de sua velocidade 
→ nesse caso, 50% de produto já estará disponível no meio 
→ Km é fruto das constantes de velocidade da formação 
do produto do meio 
 
 
 NÍVEIS ALTERADOS DE LDH 
obs. LDH - enzima intracelular 
- o LDH é uma proteína tetramérica (4 cadeias 
polipeptídicas/subunidades), onde suas subunidades são 
codificadas por 2 genes: H e M 
- no total, existem 5 isoformas (podem ser consideradas 
marcadores clínicos juntamente com outras substâncias, 
não isoladamente)): 
1. LDH1 - H4 (4 subunidades idênticas do tipo H) - 
coração 
2. LDH2 - H3M (3 subunidades do tipo H e 1 
subunidade do tipo M) - sistema retículo endotelial 
3. LDH3 - H2M2 - pulmão 
4. LDH4 - HM3 - rim, placenta, pâncreas 
5. LDH5 - M4 - músculo esquelético e fígado 
- em um paciente normal, os níveis da LDH2 estão maiores 
que as demais 
- atividade física vigorosa - libera no meio LDH1, LDH2, 
LDH5 → alterações nos níveis dessas enzimas no plasma 
- pneumonia e ataque cardíaco - LDH1, LDH3 
- câncer - metástase - alteração de várias isoformas (vários 
órgãos afetados) 
 
→ HEXOKINASE 
- hexokinase I, II e III - neurônios, hemácias, coração, tecido 
adiposo, tecido muscular esquelético, córtex renal, etc 
- hexokinase IV (glucokinase/glicokinase) - fígado 
- isoenzimas classificadas na classe das transferases - 
grupo químico transferido: fosfato 
 
→ reação irreversível 
→ só é espontânea com o consumo de ATP - variação de G 
negativa 
→ glicose e ATP - substratos 
→ catalisadores: glicoquinase e todas as outras 
isoformas/isoenzimas (tipos diferentes de enzima que 
participam da mesma reação - os substratos são sempre os 
mesmos) 
 
SIGNIFICADO FISIOLÓGICO DE Km 
- hexoquinase (I, II, III) - presente em todas as céls 
→ Km = 0,1 mM (milimolar) 
→ saturada após as refeições (o substrato é a glicose) 
 
- glicoquinase (hexoquinase IV) - presente no fígado 
→ Km = 10 mM - Km maior: precisa de muito mais glicose 
circulante para poder metabolizar, não utiliza 
preferencialmente o açúcar para atender as demandas 
energéticas do fígado - só utiliza o açúcar quando estiver 
sobrando no meio 
 Km elevado - menor afinidade pela glicose 
→ restringe a captação de glicose em glicemia baixa 
→ em glicemia alta - estoque de glicose 
 
MECANISMO DE REGULAÇÃO ENZIMÁTICA 
- modificação covalente reversível: 
fosforilação/desfosforilação 
- modificação covalente irreversível: ativação de 
zimogênios - clivagens proteolíticas 
- alosteria - ATCase (aspartato transcarboamilase) 
- feedback ou retroalimentação 
 
 
1. ATIVAÇÃO DE ZIMOGÊNIOS 
- pró-enzimas - forma inativa → precursor 
 
→ clivagem proteolítica - um tipo modificação pós-
traducional (para ativação de alguma substância inativa) 
- tripsinogênio (inativo) - ENTEROPEPTIDASE -> tripsina 
(ativa) 
- quimiotripsinogênio (inativo) - TRIPSINA -> quimiotripsina 
(ativa) 
- zimogênios ativados distantes do local onde vão atuar 
fisiologicamente 
obs. bases fisiopatológicas da pancreatite aguda 
 lesão das células acinares pancreáticas (estocam os 
precursores inativos - que serão ativados quando 
houver a presença do alimento - secreção das 
enzimas que farão a clivagem proteolítica) 
 
→ alças 42-58 - resíduos de cisteína - grupo tiol deixa de 
estar reduzido para estar oxidado - facilita a formação das 
pontes dissulfeto 
 
ESPECIFICIDADE ALTA (ABSOLUTA) 
- tripsina - E.C. 3.4.21.4 (proteases pertencentes à classe 
das hidrolases - 3) 
→ específica para ligações peptídicas -> peptidases 
→ R1 carga + (Arg, Lys) 
 basta ter um desses aminoácidos associados a 
outros que a tripsina já reconhece como uma 
região de corte 
 
- quimiotripsina - E.C. 3.4.21.1 (hidrolase) 
→ específica para ligações peptídicas -> peptidases 
→ R1 hidrofóbicas (Phe, Tyr, Trp) 
 
 
2. ALOSTERIA - ATCase 
 
→ reação reversível 
→ substratos: carbamoil e aspartato 
→ produtos: nucleotídeos de pirimidinas 
- ATCase (aspartato transcarbamoilase) - 12 subunidades (6 
R - reguladoras + 6 C - catalíticas) → nível quaternário 
 
→ eixo Y - velocidade da reação 
→ eixo X - consumo do substrato 
→ ATP - modulador alostérico positivo 
 associa-se aos sítios alostéricos (das subunidades R 
da enzima) - otimiza a ocorrência da reação 
química 
→ CTP - modulador alostérico negativo 
 também associa-se às subunidades R, mas atrasa a 
reação enzimática (por causa do ajuste 
conformacional - não deixa os substratos se 
ligarem ao sítio ativo → enzima inativa - 
conformação T) e, ao mesmo tempo, estimula um 
maior consumo de aspartato para que a reação 
enzimática possa alcançar o mesmo patamar de 
velocidade no eixo Y 
 é preciso de muito aspartato para reverter o efeito 
do CPT - favorecimento da conformação ativa da 
enzima (R) 
 
→ moduladores fisiológicos e não tóxicos