Enzimas - COMPLETO

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Pontifícia Universidade Católica de Goiás 
 
 Nome: Mariana Moreira Lopes Curso: Medicina Veterinária Turma: A01 
 
Resumo de Bioquímica 
 
Enzimas 
 
As enzimas são estruturas bastante conhecidas atualmente. Entretanto, um 
longo trajeto foi percorrido para que se chegasse a essa nomenclatura. Uma série de 
experimentos foram feitos para a observação dessas estruturas mas foi Frederick W. 
Kühne que deu nome a elas e posteriormente, James Sumner concluiu que toda enzima 
é uma proteína. 
Praticamente todas as enzimas são proteínas, exceto um pequeno grupo de 
RNAs catalíticas. São estruturas quaternárias A atividade catalítica de uma enzima 
depende da conformidade original íntegra, já que uma enzima desnaturada perde sua 
função, assim como toda e qualquer proteína. Algumas enzimas necessitam apenas de 
resíduos de aminoácidos, outros precisam de cofatores, que podem ser inorgânicos 
(íons Fe2+, Mg2+... ou molécula inorgânica) ou orgânicos (coenzimas). 
Esses cofatores possuem função de auxílio na catálise enzimática, são chamados 
de “Entidades Químicas” que auxiliam nesse processo realizado pela enzima. Outra 
característica deles é que eles não estão permanentemente ligados à enzima, mas que 
não ausência deles a enzima se torna inativa. 
As coenzimas agem como carreadores transitórios de grupos funcionais 
específicos e a maioria deles é derivada de vitaminas, nutrientes orgânicos cuja presença 
na dieta é necessária em pequenas quantidades. Uma coenzima ligada firmemente à 
uma enzima é denominada de grupo prostético e uma enzima completa, cataliticamente 
ativa junto com sua coenzima é chamada de holoenzima. A parte proteica de uma 
dessas enzimas é a apoenzima (parte rica em aminoácidos) e a outra parte é dada pelos 
cofatores. Resumindo, as holoenzimas são proteínas conjugadas (apoenzima + cofator) 
alguns exemplos delas são as DNA Polimerase e a RNA Polimerase. Por fim, algumas 
delas são modificadas por fosforilação, glicosilação e outros processos. 
Um sistema de classes foi criado para classificar as enzimas. Existem 6 classes, 
cada uma com subclasses, com base nas reações que catalisam: 
1. Oxidorredutases: transferência de elétrons. Exemplos: Desidrogenases 
 
2. Transferases: reações de transferência de grupo. Exemplos: Quinases 
 
3. Hidrolases: reações de hidrólise (transferência de grupos funcionais p/ a 
água). Exemplos: Peptidases 
 
4. Liases (Polimerases): clivagem de C – C, C – O, C – N, etc; rompimento de 
ligações, duplas, etc. Exemplos: Descarboxilases 
 
5. Isomerases: transferência de grupos dentro de uma mesma molécula 
produzindo formas isoméricas. Exemplos: Epimerases 
 
6. Ligases: formação de ligações por reações de condensação acopladas à 
hidrólise de ATP ou cofatores similares. Exemplos: Sintetases 
 
A catálise enzimática das reações é importantíssima para os organismos vivos, já 
que reações sem catálise enzimática tendem a ser lentas. Processos biológicos de 
digestão do alimento, envio de impulsos nervosos ou até mesmo a contração de 
músculos, seriam impedidos de acontecer se não houvesse a presença de enzimas. A 
reação ocorre em uma parte da enzima chamada sítio ativo e a molécula que vai se ligar 
nesse sítio, na qual a enzima vai agir é denominada de substrato. O contorno da 
superfície do sítio é delimitada por resíduos de aminoácidos com cadeias laterais que se 
ligam ao substrato e catalisam a reação. Frequentemente o sítio ativo engloba o 
substrato retirando-o do meio para que dessa maneira seja evitada a ligação com 
moléculas indesejadas. 
Dessa maneira, é possível pensar em um sistema chave-fechadura entre as 
enzimas e os substratos, pois só a molécula que possui o encaixe perfeito no sítio 
catalítico da enzima é capaz se ligar a ela para que a reação aconteça. O que estimula a 
ação enzimática é a quantidade de substrato, pois assim há o estimulo do metabolismo 
para a conversão do substrato em produto. 
A principal função de uma enzima é aumentar a velocidade de uma reação, mas 
isso não afeta o equilíbrio da reação. O que acontece é uma variação de energia durante 
a reação que pode ser expressa por um diagrama: 
 
Obs: o ponto de partida tanto da reação direta quanto da reação reversa é 
denominado de estado fundamental, a contribuição de uma molécula média (S ou P) 
que fornece energia livre para o sistema sob dadas condições. 
Quando enzimas atuam, diminuem a energia de ativação (gasto mínimo 
necessário para fazer modificações na reação, transformar o substrato em produto) 
desse processo aumentando assim a sua velocidade. Mas qual é a vantagem de se gastar 
menos energia? Significa que o organismo terá um débito energético que será usado em 
outros momentos. É importante também dizer que a enzima não é gasta nesse processo 
por que ao final da transformação a enzima está apta a se ligar à outro substrato, de 
acordo com a equação: 
E + S ⇌ ES ⇌ EP ⇌ E + P 
Quando uma reação tem várias etapas, a velocidade final é determinada pela 
etapa com a maior energia de ativação. Essa etapa é denominada etapa limitante. A 
etapa limitante é a energia de ligação (necessária para a que a enzima continue ligada 
ao substrato para que haja transformação do substrato em produto), porque se ela não 
for suficiente não haverá estado de transição (quando o substrato ainda não é produto). 
A etapa limitante ocorre na reação na parte ES e na E + P. 
 
A diferença entre os níveis energéticos do estado basal e do estado de transição 
é a energia de ativação. A energia de ativação é muito maior sem a presença de enzimas 
e é uma barreira para as reações químicas. Para que a reação ocorra ela precisa 
ultrapassar essa barreira e atingir um nível de energia mais alto. O topo da curva de 
energia corresponde ao estado de transição. A velocidade da reação diminui de acordo 
com o aumento dessa barreira. Contudo, sem a existência dessas barreiras as 
macromoléculas poderiam reverter espontaneamente esses processos durante uma 
reação, para formar moléculas mais simples o que ocasionaria o fim de moléculas 
complexas e específicas. Esse é um fator evolutivo adquirido para sobrevivência das 
espécies. 
Interações covalentes entre enzimas e substratos são diminuem a energia de 
ativação, acelerando a reação por fornecerem condições para que a reação ocorra em 
vias alternativas de baixa energia. Interações não covalentes entre enzimas e substratos 
contribuem para a estabilidade da proteína e das interações proteína-proteína. 
Outra característica das enzimas é sem dúvida a especificidade. Elas são capazes 
de distinguir facilmente substratos de estruturas semelhantes, para que assim elas se 
liguem apenas ao substrato necessário (é importante dizer que uma enzima se liga a 
mais de um substrato). Para inibir a catálise enzimática de uma enzima, é preciso que 
alguma substância ocupe o sítio dessa enzima, e para isso essa substância precisa ter a 
mesma confirmação espacial do substrato dessa enzima (tema: inibidores enzimáticos, 
será abordado ao longo do texto). 
O que realmente distingue as enzimas de outros catalisadores é a formação do 
complexo ES (enzima-substrato) específico (sistema chave-fechadura citado acima no 
texto). Esse tipo de enzima libera energia de ligação que é a principal fonte de energia 
livre utilizada para diminuir a energia de ativação das reações, que também fazem a 
redução da entropia (mobilidade de dois substratos prestes a reagir. Benefício óbvio 
proporcionado pela ligação deles à enzima). A mesma energia de ligação que fornece 
energia para a catálise também dá às enzimas sua especificidade. De maneira geral a 
especificidade deriva da formação de muitas interações fracas entre a enzima e o 
substrato. 
Em geral a enzima sofre uma mudança quando o substrato se liga a ela, induzindo 
múltiplas ligações fracas com o substrato. Isso é chamado de ajuste induzido que ocorre 
durante o estadode transição. Isso pode afetar apenas uma pequena parte da enzima 
nas proximidades do sítio ativo ou podem envolver mudanças no posicionamento de 
domínios inteiros da enzima. O ajuste induzido serve para levar grupos funcionais 
específicos da enzima para uma posição apropriada para catalisar a reação, mas também 
é importante para a interação de praticamente todas as enzimas com seus substratos. 
Ele é uma característica comum da interação reversível dos ligantes com proteínas. 
No sítio ativo das enzimas, onde moléculas de água talvez não estejam 
disponíveis como doadoras ou aceptoras de prótons, a catálise ácido-básica se torna 
crucial. Algumas cadeias laterais dos aminoácidos podem assumir o papel dos agentes 
doadores e aceptores de prótons. Esses grupos podem estar posicionados precisamente 
no sítio ativo da enzima de modo a possibilitar a transferência de prótons, 
proporcionando um aumento da velocidade. Esse tipo de catálise ocorre na maioria das 
enzimas. 
As enzimas estão sujeitas a sofrerem ação de inibidores enzimáticos que podem 
ser reversíveis ou irreversíveis e são classificados de duas formas: 
Reversíveis → 1) Inibidores competitivos: compete com o substrato pelo sítio 
ativo da enzima. Possuem estruturas similares ao do substrato e se combinam com a 
enzima formando o complexo EI, que não permite a catálise enzimática. 
2) Inibidores incompetitivos: liga-se a um sítio distinto do sítio ativo do substrato, 
ligando-se ao complexo ES. 
3) Inibidores mistos: pode ligar-se tanto a enzima quanto ao ES. 
 
Irreversíveis → ligam-se covalentemente com ou destroem um grupo funcional 
da enzima essencial à atividade enzimática. 
1) Inativadores suicidas: passa pelas etapas da reação mas ao invés de formar 
produto, é convertido em um composto muito reativo que se combina 
irreversivelmente à enzima. 
 
Saindo da parte geral das enzimas, o assunto final deste texto é enzimas 
regulatórias. No metabolismo celular, grupos de enzimas trabalham conjuntamente em 
vias sequenciais para realizar um determinado processo metabólico. Nesses sistemas o 
produto da reação de uma enzima é o substrato da enzima seguinte. Enzimas 
regulatórias tem a atividade catalítica aumentada ou diminuída em resposta a certos 
sinais. Suas atividades são moduladas de várias maneiras. Enzimas alostéricas agem por 
meio de ligações reversíveis e não covalentes denominadas de moduladores alostéricos. 
Resumindo essas enzimas, elas mudam a forma delas para que algum composto possa 
se ligar a ela. Vale ressaltar que nem todas as enzimas são alostéricas (reguladoras). 
A enzima alostérica possui ,além do sítio ativo específico, um sítio de ligação de 
moléculas, denominado sítio alostérico. Nesse sítio pode se ligar os produtos da reação 
para realizar um “feedback” negativo da reação e regulá-la melhor, podendo se ligar 
também efetores (inibidores) que aumentam ou diminuem a afinidade da enzima e 
substrato. O substrato pode se ligar ao sítio alostérico, denominado fenômeno de 
cooperação, o que dá característica ao gráfico das enzimas alostéricas. 
https://pt.m.wikipedia.org/wiki/S%C3%ADtio_de_liga%C3%A7%C3%A3o
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