Importância das Enzimas na Química da Vida

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Enzimas 
 
importância na manutenção da vida em reações 
químicas: 
- termodinâmica: espontaneidade 
- cinética: velocidades adequadas 
- específicas 
 
reagente X produto 
à REAGENTE: vai sofrer transformação química, é o 
que entra na reação 
à PRODUTO: resultado após a reação, é o que sai da 
reação 
* os reagentes e produtos tem níveis de estrutura 
diferentes (elementos e ligações): 
- mais energia do produto 
- menor conteúdo energia do produto 
 
classificação das reações quanto a espontaneidade 
* reação exergônica ou espontânea: produto tem menor 
conteúdo energético (energia liberada para o meio) 
- delta G = negativo (variação de energia) 
ex. oxidação da glicoseà C02 e água (gerar energia 
metabólica) 
 
* reação endergônica ou não espontânea: produto tem 
maior conteúdo energético (precisou de mais energia 
vinda de fora) 
- delta G = positivo 
ex. formação de proteínas 
 
complexo intermediário ou estado de transição 
- tem o maior conteúdo energético associado a reação 
à energia de ativação (maior pico de energia – é uma 
barreira energética) 
* é instável 
* depois que ele for formado, o produto também será 
* as enzimas diminuem a energia de ativação, da 
barreira (acelera a reação química) 
 
 
generalidades das enzimas 
• a enzima é um catalisador biológico 
• reagente = substrato 
• a enzima deve reconhecer e ter afinidade o 
substrato 
• não é destruído ao longo do processo à são 
reutilizáveis 
• a enzima possui sítios catalíticos que 
reconhecem o substrato 
• diminui a energia de ativação 
• a interação entre o substrato e enzima é 
dinâmica 
• quanto maior a afinidade (capacidade de se 
associar) entre substrato e enzima é 
importante para a formação do complexo no 
pico mais alto de energia 
• diminui a velocidade e o tempo da reação 
• maioria das enzimas são proteínas 
conjugadas (região proteica e região não 
proteica), mas existe outras como de RNA 
• no organismo encontramos quantidades basais 
de enzimas (não são sintetizadas a todo 
momento) – sua concentração no corpo é 
continua (síntese e degradação) 
• as enzimas tem tempo de meia vida 
• controlar a quantidade de enzima na célula é 
uma das estratégias do organismo para 
controlar a velocidade de uma reação sem 
que haja alteração na concentração do 
substrato, favorecendo a formação do 
complexo enzima-substrato 
reação: 
(E) + (S) ßà (EP) ßà (E) + (P) 
 
 
reações 
- as reações do corpo acontecem com diferentes 
velocidades 
- as enzimas, as reações que participam e como atuam 
são o potencial alvo da indústria de farmacologia 
(muitos inibem enzimas) 
- reconhecem substâncias específicas nas quais elas 
agem 
- as enzimas catalisam reações 
 
seletividade 
à não são todos substratos que encaixam nos sítios 
catalíticos 
* teoria “chave - fechadura” ou “mão - luva” 
ex1. sacarase (enzima) e sacarose (substrato) 
 
 
ex2. sistema renina- angiotensina – aldosterona 
(SRAA) 
 
 
- a maioria dos anti hipertensivos são inibidores da 
ECA (enzima que catalisa a reação formando 
angiotensina 2 que aumenta a pressão) 
 
as enzimas podem ser desenhadas para atuarem: 
- no meio extra celular à zimogênio 
- no meio intra celular à apoenzima 
 
enzimas do meio extracelular 
à produzida na sua forma inativa (“zimogênio”) 
ex. pepsinogênio (forma ativa – pepsina); tripsinogênio 
(tripsina) 
“ zimogênio = proteína na sua forma inativa (nem toda 
enzima é) 
* hidrólise de ligação peptídica e remoção de um 
segmento de aminoácidos 
à o zimogênio é maior do que sua forma ativada ! 
à deve ser ativado onde irá atuar no processo de 
digestão 
 
enzimas do meio intracelular 
à produzida como apoenzima 
à as apoenzimas tem natureza protéica e precisam se 
associar a um co-fator ou e/ou coenzima para ficar 
na sua forma ativa (podem precisar de mais de um co 
fator e/ou coenzima) 
à co-fator ou e/ou coenzima são grupo prostéticos 
à holoenzima à forma ativa (proteína conjugada = 
aminoácidos + grupo prostético) 
* grupo prostético = substância de natureza não 
proteica (inorgânica) importante para o funcionamento 
de uma proteína (ex. íons metálicos à Fe 3+, Zn 2+, 
Ca2+, ...) 
* coenzimas = subtância de natureza orgânicas 
importante para ativação das enzimas (ex. vitaminas e 
seus derivados – vitaminas do complexo B são muito 
importantes) 
 
reação irreversível 
* enzima só catalisa o processo em um sentido 
 enzima + substrato ßà COMPLEXO 
(enzimasubstrato) à produto 
* grande variação de energia 
* reação não esta em equilíbrio 
* menos comum 
 
reação reversível 
* enzima catalisa o processo nos dois sentidos 
enzima + substrato ßà COMPLEXO 
(enzimasubstrato) ßà produto 
- o aumento da concentração de um dos lados favorece 
a formação (reação) do outro lado à desloca a 
reação para o lado oposto 
* pequena variação de energia 
* reação esta em equilíbrio 
* mais comum (ex. água + gás carbônico à ácido 
carbônico) 
 
velocidade das reações enzimáticas 
à as enzimas são sensíveis a condições do meio como 
pH e temperatura (a proteína pega uma determinada 
estrutura conformacional) 
• pepsina – estômago, baixo pH (ex. antiácidos 
podem desnaturar proteínas) 
• tripsina – intestino, secreção pancreática, pH 
neutro 
à conforme o pH aumenta a atividade das enzimas 
diminui (desnaturação) 
* renaturação: 
- se a estrutura primária é mantida quando a 
estrutura primária é mantida (ainda tem ligação 
peptídica) 
- se acabar com as ligações peptídicas a 
desnaturação é irreversível 
 
classificação das enzimas 
à as enzimas podem ser classificadas de acordo com 
a reações que eles catalisam em seis grandes classes 
 
1. óxi-redutases: catalisam transferência de 
elétrons 
• subclasse: desidrogenase (transferência de 
elétrons associados a hidrogênios, ex. etanol) 
 
2. transferases: catalisam transferência de 
grupos 
• subclasse: quinase ou cinase (transferência 
de grupos fosfato com a participação de atp) 
 
3. hidrolases: catalisam reação de hidrólises 
(introdução de água, desfaz ligação e libera 
dois compostos 
 
4. liases: as liases removem dupla e introduzem 
grupos ou removem grupos e introduzem 
dupla (reações reversíveis) 
 
5. isomerases: catalisa a interconversão entre 
isômeros (ex. com a glicose e frutose são 
isômeras de função) 
 
6. ligases: catalisa a formação de ligação 
covalente com consumo de energia metabólica 
 
 
 
 
subclasses mais comuns: 
 
 * cuidado: sintases X sintetases à não são sinônimos, 
são de grupos diferentes, sintetases gastam atp 
 
regulação: 3 estratégias 
à via de mão dupla: sempre da para fazer o processo 
inverso (ida e volta) 
à processo biológico 
à a enzima deve apresentar disponibilidade e 
afinidade com o substrato 
à quanto maior a afinidade da enzima, favorece a 
formação do complexo enzima-substrato, diminuindo a 
energia de ativação e aumentando a velocidade da 
reação 
 
1. por controle na disponibilidade 
um determinado hormônio atua na célula, 
aumentando/diminuindo a quantidade de enzima - 
consequentemente diminui/aumenta a energia de 
ativação e aumenta/diminui a velocidade 
à gráfico: crescente ou decrescente 
- esse controle é muito eficiente mas relativamente lento 
e energeticamente caro 
ex. hormônios tireoidianos aumentam a concentração 
de enzimas em algumas células acelerando o 
metabolismo 
 
2. fosforilação e desfosforilação 
* fosforilar = adicionar grupos fosfato (utiliza 
transferase, ex. cinases) 
* desfosforilar = remover grupos fosfato (utiliza 
fosfatase) 
- muito importante para insulina e glucagon 
- proteínas com OH na sua cadeia: S, T, Y 
ex. remoção de hidroxila e adição do grupo P04 
 
3. alostérica 
conta com a participação de efetores alostéricos que 
promovem a alteração na conformação do sítio (região 
onde o substrato encaixa na enzima) catalítico 
alterando a afinidade da enzima pelo substrato 
- efetores alostéricos positivos: aumentam a 
afinidade da enzima pelo substrato 
- efetores alostéricos negativos: diminuema 
afinidade da enzima pelo substrato 
ex. lactose favorece expressão de lactase (uma 
pessoa que corta lactose da dieta pode desenvolver 
intolerância) 
 
cinética enzimática 
Ä relação entre a concentração da enzima, do 
substrato e do produto que alteram a 
velocidade das reações catalisadas por 
enzimas 
Ä temperatura e pH do meio devem ser ideais 
 
(E) + (S) ßà (EP) ßà (E) + (P) 
- geralmente a quantidade de enzima é fixa 
* formar o complexo enzima substrato favorece a 
formação do produto 
- para aumentar o complexo, devemos aumentar a 
concentração do substrato 
* conforme o tempo passa, a quantidade de produto 
aumenta, deslocando a reação para o outro lado 
 
• quando a analise é feita em tempos iniciais 
significa que teremos o mínimo de produtos 
formados à isso garante que mesmo que a 
reação seja reversível, ela estará ocorrendo 
apenas em um único sentido 
• para fazermos a analise cinética, a avaliação 
é feita quando temos no máximo 10% do 
produto formado 
 
velocidade X quantidade de substrato 
- quantidade de enzima fixa, variando a quantidade 
de substrato 
- aumentando a concentração do substrato aumenta a 
velocidade da reação à isso acontece porque ainda 
tem concentração de enzima livre, logo, adicionando 
substrato, forma mais complexos enzima-substrato 
- depois, já há uma elevada quantidade de substrato, 
fazendo com que a quantidade de complexos enzima-
substrato seja aproximadamente constante à 
velocidade independe da concentração do substrato 
 
* é importante ressaltar que o Vmáx tem íntima relação 
com a concentração da enzima no meio 
(aumentando a quantidade de enzima livre, aumenta a 
quantidade de complexos formados) 
à hipérbole retangular (atinge o máximo no infinito) 
 
 
GRÁFICO 2: 
 
à de 0 – T1: pouco produto, mesmo sendo reversível, 
a reação esta acontecendo em um sentido só 
velocidade X quantidade de enzima 
- quantidade de substrato fixo, variando a quantidade 
de enzima variando a enzima 
- gráfico crescente: conforme adiciona enzima, formam 
se os complexos, aumentando a velocidade da reação 
 
 
Km 
à o Km corresponde a um valor de concentração de 
substrato responsável por atingir metade da velocidade 
máxima possível. 
* o Km reflete a afinidade da enzima pelo substrato 
- quanto menor for o valor de km, maior será a 
afinidade da enzima pelo substrato, pois precisaremos 
de menos substrato para atingirmos 50% da 
velocidade máxima 
- para cada par de enzima-substrato, encontraremos 
um determinado valor de km que e constante 
- esse valor de km pode sofrer regulação alostérica 
* a afinidade da enzima pelo substrato independe da 
concentração da enzima, ou seja, aumentar a 
concentração da enzima não altera a capacidade da 
sua associação com o substrato, mas aumentaremos o 
numero de complexos formados 
 
 
inibição enzimática irreversível 
(enzima + inibidor irreversível) 
- ligação covalente, na qual, o inibidor não se desliga 
mais 
ex. aspirina: a aspirina (ácido acetilsalicílico) reduz a 
ativação plaquetária por meio da acetilação 
irreversível da COX-1, e, portanto, reduz a produção 
de TXA2 pelas plaqueta 
 
 
inibição enzimática reversível 
 (enzima + inibidor reversível) 
- competitiva 
- não competitiva 
 
inibição enzimática reversível competitiva 
o substrato compete com o inibidor (se o complexo 
enzima-substrato for formado, o produto também é) 
ex. inibidores da ECA 
 
à linha contínua: quantidade de enzima fixa e adição 
de substrato atingindo a velocidade máxima e a 
formação do complexo enzima – substrato 
à linha pontilhada: quantidade de enzima fixa, adição 
de inibidor e depois, adição de substrato, aumentado a 
probabilidade da formação do complexo enzima – 
substrato, contudo, o Km mudou, pois foi necessário 
mais substrato 
 
 
inibição enzimática reversível não competitiva 
- o substrato e o inibidor não competem pelo mesmo 
sítio da enzima 
à se o inibidor se ligar primeiro, o substrato não se 
liga, pois a enzima já estará inibida – produto não 
será formado 
à se o substrato se ligar primeiro, o complexo pode 
ser formado e o produto também; mas se o inibidor se 
ligar, não forma o complexo 
 
à o Km não muda !!