Enzimas I

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Enzimas 
Definição 
Praticamente todas as reações no organismo são mediadas por enzimas, as quais são proteínas catalisadoras que aumentam 
a velocidade das reações, sem sofrerem alterações no processo global. Dentre as muitas reações biológicas 
energeticamente possíveis, de forma seletiva, as enzimas canalizam reagentes (chamados de substratos) para rotas uteis. 
As enzimas comandam, assim, todos os processos metabólicos. 
 
 
 
 
Tipos: 
● Proteicas (a maioria, e será nosso foco!) 
● Ribozimas (Encontradas nos ribossomos, geralmente catalisando a quebra e a síntese de ligações fosfodiéster) 
 
Histórico 
Final de 1700 
● Componentes da degradação da carne pelos sucos gastrointestinais 
1850 
● Louis Pasteur 
 Açúcar ➔ álcool por leveduras ‘’ fermentos’’ inseparáveis de células. 
 
Importância das enzimas 
Atuam acelerando as reações necessárias ao nosso corpo. 
Elementos básicos de uma reação enzimática: 
 
 
 
** As enzimas são capazes de catalisar reações químicas de outras substancias no organismo 
** O substrato é aquele que constitui parte essencial do ser, a origem... 
** Produto é a substancia que resulta de um processo químico. 
 
→ As enzimas aumentam a eficiência da reação: 1015 = 100000000000000 
 
Alguns exemplos de processos que utilizam enzimas 
 Controle da pressão arterial 
 Digestão 
 Glicólise 
 
Reação enzimática 
As moléculas enzimáticas contêm uma região 
específica, em forma de fenda ou bolso, chamada de 
sítio ativo. Este sítio contém cadeias laterais de 
aminoácidos que participam da ligação com o 
substrato e da catálise. O substrato liga-se à enzima, 
formando um complexo enzima-substrato (ES). 
Acredita-se que a ligação cause uma alteração 
conformacional na enzima (encaixe induzido) que 
permite a catálise. O complexo ES é convertido no 
complexo enzima-produto (EP), que posteriormente se 
dissocia em enzima e produto. 
 
Enzima – substrato – produto 
Resumindo... As enzimas são moléculas catalisadoras, que atuam alterando a velocidade de uma reação química, 
que ou o que provoca catálise. Levam a redução do tempo necessário para que a reação ocorra. 
 
 
Modelo chave-fechadura 
 
As enzimas são altamente específicas, interagindo com um ou alguns poucos 
substratos e catalisando apenas um tipo de reação química. 
 
As reações catalisadas por enzimas são altamente específicas. O número de 
moléculas de substrato convertidas em moléculas de produto por uma 
molécula de enzima em um segundo é chamado de número de renovação 
(turnover) ou Kcat e tipicamente está na faixa de 102 a 104 s-1. 
 
 
 
Mecanismo de catálise 
 
Praticamente todas as reações 
químicas têm uma barreira de energia 
separando os reagentes dos produtos. 
Essa barreira é denominada energia 
livre de ativação, é a diferença entre a 
energia dos reagentes e aquela de um 
intermediário de alta energia, que 
ocorre durante a formação do 
produto. 
Devido à grande energia livre de 
ativação, as velocidades das reações 
químicas não catalisadas são 
frequentemente lentas. 
Para as moléculas reagirem, devem conter energia suficiente para superar a barreira de energia no estado de transição. Na 
ausência de uma enzima, somente uma pequena proporção da população de moléculas possui energia suficiente para atingir 
o estado de transição entre o reagente e o produto. A velocidade da reação é determinada pelo número dessas moléculas ‘’ 
energizadas’’. Em geral, quanto menor a energia livre de ativação, mais moléculas tem energia suficiente para superar o 
estado de transição e, assim, mais rápida é a velocidade da reação. Geralmente a enzima oferece à célula uma rota 
alternativa de baixa energia livre de ativação, assim ela não altera a energia livre dos reagentes ou dos produtos. Entretanto 
acelera a velocidade da reação. 
 
 
 
 
→ Produto nunca volta a se ligar a enzima, 
portanto, a terceira etapa da reação não 
tem volta, não está correta. 
→ ES significa um estado de transição. 
 
 
 
 
 
Alguns exemplos de processos que utilizam enzimas em nossas células: 
Mitocôndria 
 Ciclo do ácido cítrico. 
 Oxidação de ácidos graxos. 
 Descarboxilação do piruvato. 
Citosol 
 Glicólise. 
 Ciclo das pentoses. 
 Síntese de ácidos graxos. 
Núcleo 
 Síntese de DNA e RNA. 
Lisossomo 
 Degradação de macromoléculas complexas. 
 
 
Química do sítio ativo 
O sítio ativo não é um receptáculo passivo para a ligação do substrato mas sim uma máquina molecular complexa, 
empregando uma diversidade de mecanismos químicos para facilitar a conversão do substrato em produto. Diversos fatores 
são responsáveis pela eficiência catalítica das enzimas, entre eles: 
 Estabilização do estado de transição: o sítio ativo frequentemente atua como um molde molecular flexível, que se 
liga ao substrato e inicia sua conversão para o estado de transição, uma estrutura na qual as ligações não são iguais 
àquelas do substrato ou do produto. Estabilizando o estado de transição, a enzima aumenta muito a concentração 
do intermediário reativo que pode ser convertido no produto e, assim, acelera a reação. 
 Outros mecanismos: o sítio ativo pode fornecer grupos catalíticos que aumentam a probabilidade de o estado de 
transição se formar. 
 Visualização do estado de transição: a conversão do substrato em produto, catalisada por enzimas, pode ser 
imaginada como remoção de um suéter de um bebê não cooperativo. O processo possui elevada energia de 
ativação, pois a única estratégia razoável para retirar a roupa requer que a agitação aleatória do bebê resulte em 
uma posição em que os dois braços fiquem completamente estendidos acima da cabeça – uma postura improvável. 
 
Propriedades: 
Holoenzimas 
Algumas enzimas precisam de outras moléculas além da proteína para a sua 
atividade enzimática. O termo holoenzima se refere à enzima ativa com seu 
componente não proteico, enquanto a enzima sem seu componente não 
proteico é chamada de apoenzima e é inativa. Se esse componente não 
proteico for um íon metálico como Zn2+ ou Fe2+, ele é chamado de cofator. 
Se esse componente for uma molécula orgânica pequena, é chamado de 
coenzima. Caso a coenzima estiver permanentemente associada à enzima 
retornar a seu estado original, é chamada de grupo prostético. 
 São formadas por grupos prostéticos. 
 São enzimas conjugadas. 
As holoenzimas dependem de outras moléculas para sua atividade, podendo ser: 
 Metálicas: Cofatores – Zn2+ 
 Não Metálicas: Coenzimas – NAD+ 
 
Grupo prostético formando a holoenzima... 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Alguns íons inorgânicos que servem de cofatores para enzimas: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Íons Enzimas 
Cu2+ Citocromo-oxidase 
Fe2+ ou Fe3+ Citocromo-oxidase, catalase, peroxidase 
K+ Piruvato-cinase 
Mg2+ Hexocinase, glicose-6-fosfatase, piruvato-cinase 
Mn2+ Arginase, ribonucleotídeo-redutase 
Mo Dinitrogenase 
Ni2+ Urease 
Zn2+ Anidrase carbônica, álcool-desidrogenase, carboxipeptidases A e B. 
 
 
Regulação da atividade das enzimas 
A atividade enzimática pode ser regulada, isto é, as enzimas podem ser atividades ou inibidas, a fim de que a velocidade de 
formação do produto responda às necessidades da célula. 
 
Localização dentro da célula 
Muitas enzimas estão localizadas em organelas específicas dentro da célula. Essa compartimentalização serve para isolar o 
substrato ou o produto da reação de outras reações competitivas. Isso garante um meio favorável para a reação e organiza 
as milhares de enzimas presentes na célula em vias definidas. 
 
Nomenclatura 
Recomendada 
 
 
Exemplo: elastase, urease. 
Descrição da ação 
Exemplo: lactato-desidrogenase, Adenilato-ciclase. 
 
Nome sistemático 
União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular 
Divisão em seis classes: 
1. Oxidorredutases: oxidorredução. 
2. Transferases: transferências de grupos. 
3. Hidrolases: quebra de ligações – hidrólises. 
4. Liases: quebra de ligações C-C, C-S, C-N. 
5. Isomerases: racemização de isômeros ópticos ou geométricos. 
6. Ligases: formação deligações. 
 
Fatores que alteram a atividade enzimática 
1. Condições do meio 
a. pH 
b. Temperatura 
2. Tempo da reação 
3. Concentração dos componentes da reação 
a. Enzima 
b. Substrato 
 
 
 
 
 
 
Variações de temperatura 
A velocidade da reação aumenta com a temperatura, até um 
pico de velocidade ser atingido. Isso ocorre devido ao 
aumento do número de moléculas com energia suficiente 
para atravessar a barreira da energia de ativação e formar os 
produtos da reação. 
→ Ao contrário da curva em forma de sino no caso da 
atividade enzimática versus pH, a enzima só está desnaturada 
em temperaturas acima da temperatura ótima. 
Prefixo - Substrato + Sufixo – ase 
Vários são os fatores que afetam o funcionamento das enzimas como catalisadores. Alguns desses fatores são 
decorrentes da natureza protéica das enzimas, como o efeito do pH e da temperatura. 
 
 
 
 
Variação de pH 
→ O pH ótimo de uma enzima flete variações no estado de ionização de resíduos de 
aminoácidos do sítio ativo. A enzima está pelo menos parcialmente desnaturada em 
pHs afastados do pH ótimo. Quando o substrato é uma molécula ionizável, o pH ótimo 
da enzima também reflete o seu estado de ionização. 
 
 
 
 
Tempo de reação e atividade enzimática 
2. Tempo da reação 
3. Concentração dos componentes da reação: 
Enzima 
Substrato 
 
A [substrato] cai na mesma razão em que a [produto] aumenta em função do 
tempo. 
A enzima existe sob duas formas: enzima livre E e complexo enzima-substrato ES. 
No início da reação, a [E] livre cai e a do complexo [ES] aumenta e atinge um 
máximo, em que não há mais [E] livre no meio. Nessa situação (indicada no 
retângulo cinza), diz-se que a enzima está saturada (só existe no complexo ES). A 
velocidade da reação é a máxima. 
 
 
 
 
 
Formato hiperbólico da curva de cinética enzimática 
A maioria das enzimas mostra uma cinética de Michaelis-Menten, na qual a curva de 
velocidade de reação inicial (Vo) em função da concentração de substrato ([S]) possui 
forma hiperbólica (semelhante a curva de dissociação do oxigênio da mioglobina). Em 
contraste, as enzimas alostéricas não seguem a cinética de Michaelis-Menten e 
frequentemente mostram uma curva sigmoide, semelhante na forma à curva de 
dissociação do oxigênio há hemoglobina.