Enzimas: Estrutura, Função e Classificação

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ENZIMAS 
Caso clínico 1 
Um recém-nascido apresentou vômitos e diarreia frequentes a partir do 4º dia de vida, o que causou 
uma perda de peso significativa. Foi constatado no 20º dia de vida, icterícia, hepatomegalia e ligeira 
opacificação do cristalino. Os exames laboratoriais revelaram aumento de bilirrubina conjugada e 
não conjugada, aumento de açúcares redutores na corrente sanguínea e presença de galactose na 
urina (galactosúria)
 
Caso clínico 2 
Paciente masculino, branco, 29 anos, motorista. Há uma semana iniciou quadro de dor precordial 
opressiva, com irradiação para membro superior esquerdo, intermitente. Os episódios tiveram 
duração superior a 40 minutos. A dor não foi respiratório-dependente e se iniciou em repouso, sem 
alívio com mudança postural. Procurou serviço de emergência cerca de uma semana depois com 
piora da intensidade da dor. Negou quaisquer sintomas associados, bem como história prévia de 
hipertensão arterial, diabetes mellitus, dislipidemia ou antecedentes familiares de doenças 
cardiovasculares. Negou tabagismo, etilismo ou uso de drogas ilícitas, bem como de suplementos 
alimentares ou anabolizantes. A creatinofosfoquinase (CPK) na admissão foi 434 e sua fração MB 
(CKMB) foi 49. Na avaliação seriada, quatro horas após a admissão, sofreram incremento para 867 e 
104, respectivamente 
1) Descreva a estrutura e a função das enzimas 
• Uma estrutura primária, produzida sob controle do DNA = a sequência dos aminoácidos 
• Uma estrutura secundária, = o α-helix (tipo mola) da estrutura primária 
• Uma estrutura terciária, = o resultado quando o α-helix se vai dobrar em 3 dimensões; a 
forma tridimensional defina a especificidade e a sua inibição 
• Uma estrutura quaternária (nem sempre) é um conjunto de (4) estruturas terciárias iguais 
• Aumentar a velocidade das reações sem elevar a temperatura. Isso ocorre porque elas 
diminuem a energia de ativação necessária para a ocorrência da reação. Por isso, elas são 
chamadas catalisadores biológicos. Se não fossem as enzimas, diversas reações do nosso 
metabolismo aconteceriam de maneira exageradamente lenta, o que prejudicaria e muito o 
nosso sistema 
2) Defina energia de ativação. Como as enzimas interferem com essa energia? 
• É a energia mínima para que uma reação química possa ocorrer, ou seja, é um dos fatores 
determinantes para a ocorrência de uma reação, juntamente com o contato e a colisão 
favorável entre as moléculas dos reagentes 
• A enzima provoca uma diminuição da energia de ativação necessária para que uma reação 
química aconteça e isso facilita a ocorrência da reação 
3) Como as enzimas são classificadas? Descreva as 6 grandes classes 
• Hidrolases: São aquelas enzimas que se associam às moléculas de água para promoverem a 
quebra das ligações covalentes, ex: peptidases 
• Ligases: São responsáveis por formar novas moléculas através da união de duas já pré-
existentes, ex: sintetases 
• Oxidoredutases: São responsáveis por efetuar a transferência de elétrons, o que podemos 
definir como oxi-redução, ex: desidrogenases 
• Transferases: São enzimas que têm como finalidade realizar a translocação de grupos 
funcionais como grupamento amina, carbonila, carboxila, fosfato, de uma molécula para 
outra, ex: quinase 
• Liases: Atuam na remoção de molécula de água, gás carbônico e amônia, a partir da ruptura 
de ligações covalentes, ex: descarboxilase 
• Isomerases: Responsáveis por mediar a conversão de substâncias isoméricas, sejam elas 
geométricas ou ópticas, ex: epimerases 
4) O que são cofatores e coenzimas? 
• Cofatores: substâncias orgânicas ou inorgânicas necessárias ao funcionamento das enzimas 
• Coenzimas: é uma molécula orgânica ou metalorgânica unida a uma enzima, que juntas tem 
uma função catalítica, e que é necessária ao funcionamento da mesma. Caracterizadas por 
possuírem ligações fracas entre si, essas moléculas orgânicas não permanecem ligadas às 
enzimas todo o tempo, sendo libertadas após a catálise 
Enzimas são catalisadores: aceleram reações (podem ser proteicas ou ribozimas) 
• Final de 1700: Componentes da degradação da carne pelos sucos gastrointestinais 
• 1850: Louis Pasteur - açúcar → álcool por leveduras “fermentos” inseparáveis de células 
 
 
• Controle da pressão arterial 
• Digestão 
• Glicólise 
• Eficiência: 10^15 vezes – 10000000000000000 
Propriedades 
• Complementar ao substrato / Altamente específico 
 
 
 
 
Por que a catalise por enzima é mais eficiente? 
1) Aumento da concentração dos reagentes na superfície da enzima: “atração” dos reagentes para 
interação com a enzima 
2) Orientação correta dos reagentes (substratos): parte da energia de ativação representa o 
posicionamento adequado dos reagentes para que haja contato entre os átomos corretos. O sítio 
ativo da enzima favorece o posicionamento correto dos reagentes 
3) Aumento da reatividade dos reagentes: as cadeias laterais (R) dos aminoácidos da enzima ou 
cofatores e coenzimas podem interagir diretamente com os substratos, dando-lhes carga elétrica ou 
polarizando-os, tornando-os quimicamente mais reativos, ou ainda cedendo ou transferindo funções 
químicas 
4) Indução de deformação física no substrato, por contato com as cadeias laterais (R) dos 
aminoácidos das enzimas, que desestabilizam a molécula do substrato e facilitam o rompimento de 
ligações covalentes 
 
 
Nomenclatura 
Prefixo – substrato + sufixo – ase 
Ex: Elastase, Urease 
• Descrição da Ação: 
Ex: lactato-desidrogenase, adenilato-ciclase 
• 6 classes: 
• Oxidorredutases: Oxidorredução 
• Transferases: Transferências de grupos 
• Hidrolases: Quebra de ligações - hidrólises 
• Liases: Quebra de ligações – C-C, C-S, C-N 
• Isomerases: Racemização de isômeros opticos ou geométricos 
• Ligases: Formação de ligações 
Fatores que afetam a atividade enzimática 
 
 
 
Vários são os fatores que afetam o funcionamento das enzimas como catalisadores. Alguns desses 
fatores são decorrentes da natureza proteica das enzimas, como o efeito do pH e da temperatura 
Enzimas como marcadores de diagnósticos 
 
 
Propriedades das enzimas 
1. Sítio ativo 
E + S → ES → catálise → EP → E + P 
• Cavidade com forma definida, revestida por cadeias laterais de aminoácidos que interagem 
com o substrato 
2. Especificidade 
3. Eficiência catalítica 
• Podem atuar em quantidades mínimas 
• Aumentam a velocidade de 103 até 1012 
4. Compartimentalização 
• Isolar o substrato de outras reações competitivas 
• Organizar as milhares de enzimas em vias definidas 
5. Regulação 
• Ativação ou inibição de acordo com as necessidades da célula 
• Diferenças na expressão gênica entre os tecidos 
Cinética enzimática 
• A concentração do substrato afeta as velocidades das reações catalisadas por enzimas 
 
• Determinar a velocidade da reação e como ela se modifica é uma abordagem utilizada para 
entender o mecanismo das enzimas 
 
• O complexo ES é a chave para o entendimento do comportamento catalítico 
• Velocidade máxima: Ocorre quando toda a enzima estiver como complexo ES → platô 
(enzima saturada com o substrato) 
 
• O Km é numericamente igual à concentração do substrato em que a velocidade da reação é 
igual a ½Vmáx 
• Vmáx é o número de moléculas de substrato convertidas em produtos por unidade de 
tempo quando a enzima está totalmente saturada com o substrato 
 
Características do Km 
• Reflete, em parte, a afinidade da enzima pelo substrato 
• O Km pode variar muito de acordo com a enzima e mesmo para substratos diferentes de 
uma mesma enzima 
• Km não pode ser considerado apenas como uma simples medida da afinidade da enzima 
pelo substrato → pode se tornar uma função muito complexa de muitas constantes de 
velocidade, em reações com várias etapas 
 
Gráfico de Lineweaver-Burk (gráfico dos duplos-recíprocos) 
Aplicabilidade: 
• Calcular Km e determinar quando a Vmáx é atingida 
• Determinaro mecanismo de ação de inibidores enzimáticos 
 
Kcat ou número de renovação 
Kcat: constante de velocidade que descreve o número de moléculas de substrato convertidas em 
produto por unidade de tempo por uma única molécula de enzima 
Comparar a eficiência catalítica de enzimas diferentes: constante de especificidade kcat/Km 
• Eficiência catalítica: número de vezes que diferentes substratos são catalisados por uma 
mesma enzima 
• kcat/Km: velocidade para a conversão de E + S em E + P 
Fatores que alteram a velocidade das reações 
1. Concentração do substrato 
Velocidade de uma reação: número de moléculas de substrato convertidas em produto por unidade 
de tempo 
Platô: saturação sítios de ligação disponíveis nas moléculas enzimáticas presentes 
 
2. Concentração da enzima 
3. Temperatura 
 
4. Ph 
 
• O pH ótimo varia para cada enzima 
• Afeta a ionização de determinados grupamentos químicos 
• Valores extremos = desnaturação 
Inibição enzimática 
Inibidores: interferem com a catálise, interrompendo ou diminuindo as reações 
• Irreversíveis: ligações covalentes com a enzima 
• Reversíveis: 
- Competitivos: ligação no mesmo sítio 
- Não competitivos: ligação em outro sítio 
 
Inibidor reversível 
 
Inibidor competitivo 
 
• Substrato e inibidor são estruturalmente análogos 
• Reduz a eficiência da enzima 
• Mais substrato é necessário para atingir ½ Vmáx 
• Efeito revertido pelo aumento da concentração de substrato 
Estatinas: Inibidores competitivos da hidroximetilglutaril-CoA-redutase (HMG-CoA-redutase) → 
redução dos níveis plasmáticos de colesterol 
 
 
Inibidor não competitivo 
 
• Não interferem na ligação do substrato na enzima, mas na velocidade com que o substrato é 
convertido no produto → reduz concentração de enzimas ativas 
 
 
Regulação enzimática 
Tipos de regulação 
As vias metabólicas são reguladas pelo controle da atividade das enzimas regulatórias 
• Regulação alostérica 
• Modificações covalentes 
• Regulação hormonal 
Regulação alostérica 
Enzimas alostéricas são enzimas regulatórias que têm, tipicamente, múltiplos sítios ativos 
Apresentam cooperatividade: a ligação de um substrato a um sítio ativo aumenta as propriedades 
catalíticas dos outros sítios de ligação 
Enzimas cooperativas apresentam uma transição da taxa de velocidade: de reação baixa para alta à 
medida que a concentração do substrato aumenta → interações sequenciais 
 
Além do sítio ativo, as enzimas alostéricas em geral têm um ou mais sítios regulatórios, ou 
alostéricos, para ligarem o modulador (ou efetor alostérico) 
Moduladores alostéricos promovem mudanças conformacionais entre formas mais ativas e menos 
inativas, resultando uma catálise mais ou menos eficiente 
• Positivos: mudança conformacional favorece a ligação do substrato com o sítio ativo → 
aumento da catálise 
• Negativos: mudança conformacional dificulta ou impede a ligação do substrato no sítio ativo 
→ diminuição da catálise 
 
 
Em muitas enzimas alostéricas, o sítio de ligação ao substrato e o sítio de ligação com o modulador 
estão em subunidades diferentes, nas subunidades catalítica (C) e regulatória (R), respectivamente. 
A ligação de um modulador (M) positivo ao sítio específico na subunidade regulatória promove uma 
mudança conformacional na enzima que afeta a o sítio ativo, que então é capaz de ligar o substrato 
(S) com afinidade maior 
 
Modulador homotrópico 
• O próprio substrato atua como efetor 
 
Efeitos de diferentes concentrações de um modulador homotrópico positivo (+) e de um negativo (–
), no qual há alteração do Km 
Modulador heterotrópico 
• O efetor tipicamente é um produto da via metabólica 
 
Fig. Inibição de uma via metabólica por retroalimentação (ou inibição pelo produto). Esse 
mecanismo fornece à célula quantidades adequadas de um produto 
Regulação por modificações covalentes 
• Modificações covalentes ocorrem em um ou mais resíduos de aminoácidos 
• Existem vários grupos modificadores: fosforil, acetil, metil… 
• Ex: Fosforilação e Desfosforilação das enzimas hepáticas no metabolismo do glicogênio 
• Fosforilação é uma das principais formas de regulação por ligações covalentes reversíveis 
 
Regulação hormonal 
INSULINA e GLUCAGON regulam as enzimas hepáticas 
Função do fígado: controlar a glicemia 
Período absortivo (após a refeição): Hiperglicemia → a insulina ativa as enzimas das vias 
metabólicas hipoglicemiantes (oxidação da glicose - glicólise / armazenamento como glicogênio - 
glicogênese / síntese de lipídeos - lipogênese) 
Período pós absortivo (jejum): Euglicemia → o glucagon ativa as enzimas das vias metabólicas 
hiperglicemiantes, para tentar manter a glicemia constante (degradação do glicogênio - glicogenólise 
/ síntese de novas moléculas de glicose - neoglicogênese ou gliconeogênese / β oxidação dos 
lipídeos - lipólise) 
 
Enzimas no diagnóstico clínico 
Os níveis plasmáticos de determinadas enzimas são rotineiramente utilizados como parte do 
diagnóstico de doenças do coração, fígado, músculo esquelético e de outros tecidos 
 
 
A creatina-cinase ( CK) ocorre na forma de três isoenzimas. Cada isoenzima é um dímero, composto 
por dois polipeptídeos (chamados de subunidades B e M) associados em uma de três combinações: 
CK1 = BB, CK2 = MB e CK3 = MM 
CK1: abundante no cérebro 
CK2: abundante no músculo cardíaco 
CK3: abundante no músculo esquelético 
Isoenzimas: enzimas que catalisam a mesma reação; mas apresentam subunidades diferentes