Enzimas

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Enzimas
As enzimas são proteínas capazes de catalisar as reações químicas no nosso corpo. Alguma delas podem possuir uns componentes químicos adicionais que aumentam seu repertório de capacidades catalíticas. Esses componentes são conhecidos como grupos prostéticos, cofator e coenzima. 
Grupos prostéticos: São incorporados de maneira firme e estável na estrutura da proteína. Por exemplo: temos a piridoxal fosfato e a flavina mononucleotídeo (FMN), a flavina adenina dinucleotídeo (FAD), a tiamina pirofosfato, biotina e íons metálicos. Quase todas que contém um grupo metálico firmemente ligado são denominadas metaloenzimas. Os metais podem funcionar nas reações redox, facilitar a ligação com o substrato ou atuar como bases ou ácidos de Lewis para tornar os substratos mais eletrofílicos ou nucleofílico.
Cofatores: Se associam de maneira reversível com as enzimas e os substratos. Nesse caso também temos o exemplo os íons metálicos mas aqui elas são conhecidas como enzimas ativadas por metal. 
Coenzimas: Servem como transportadores recicláveis ou agentes de transferência de grupamentos. Elas podem estabilizar espécies como átomos de hidrogênio ou íons hidretos que podem ser reativos para persistir durante qualquer intervalo de tempo significativo na presença de água ou moléculas orgânicas e podem facilitar o reconhecimento e a ligação de pequenos grupamentos químicos a enzima-alvo, como por exemplo, a coenzima A. 
A enzima completa, cataliticamente ativa, ligada à coenzima e/ou íon, é chamada de holoenzima, a porção proteica da mesma enzima é chamada de apoenzima ou apoproteína. Algumas enzimas são modificadas covalentemente por fosforilação, glicosilação e outros processos. Muitas destas alterações estão envolvidas na regulação da atividade enzimática. 
A International Union of Biochemistry (IUB) desenvolveu um sistema de nomenclatura das enzimas, na qual cada uma delas possui um nome próprio e um número código que identificam o tipo de reação catalisada e os substratos envolvidos. São seis as categorias: 
1) Oxidirredutases: Catalisam as oxidações e reduções.
2) Transferases: Realizam a transferência de grupamentos glicosil, metil e fosforil.
3) Hidrolases: Catalisam a clivagem hidrolítica de ligações C-C, C-O, C-N e outras ligações covalentes.
4) Liases: Catalisam a clivagem de ligações C-C, C-O, C-N por meio de eliminação de átomo, gerando duplas ligações.
5) Isomerases: Catalisam alterações geométricas ou estruturais dentro de uma molécula.
6) Ligases: Catalisam a união de duas moléculas nas reações acopladas à hidrólise de ATP.
Funcionamento das enzimas: As enzimas alteram a velocidade da reação não o equilíbrio químico, reduzindo a energia de ativação. 
Estado de transição: No topo da curva de energia é um ponto a partir do qual o decaimento.
Interação enzima-substrato: A ligação com o substrato dá-se em uma região pequena e bem definida da enzima, chamada centro ativo (ou sítio ativo). O centro ativo é formado por resíduos de aminoácidos e constitui uma cavidade com forma definida, que permite à enzima “reconhecer” seu substrato. Uma molécula, para ser aceita como substrato, deve ter a forma espacial adequada para alojar-se no centro ativo e grupos químicos capazes de estabelecer ligações com os radicais do centro ativo. 
A aproximação e a ligação do substrato induz na enzima uma mudança conformacional, tornando-a ideal para a catálise (modelo do ajuste induzido) para o estado S ou para o estado P tem a mesma probabilidade de ocorrer. Mas para atingir esse estado de transição é necessário a formação desses intermediários e por conseguinte, romper as barreiras de energia. Por isso para alcançar o estado de transição eu preciso da energia de ativação. 
As enzimas diminuem a energia de ativação. Uma das estratégias está na própria interação enzima-substrato. Através da energia de ligação que ocorre entre a associação enzima substrato, muda o estado conformacional da proteína e assim as enzimas diminuem a energia de ativação e facilitam a transformação de substratos em produtos. 
 As enzimas diminuem a energia de ativação. 
Então, as enzimas diminuem a energia de ativação com o objetivo de atingir mais rápido o estado de transição e para isso ela pode utilizar a energia de ligação com o próprio substrato. 
As enzimas são catalisadores que aumentam a velocidade das reações por diminuírem as energias de ativação. A etapa com maior energia de ativação é a etapa limitante da velocidade. 
Poder catalítico das enzimas
Energia de ligação: É a principal fonte de energia livre utilizada pelas enzimas para a diminuição da energia de ativação das reações. Essa energia é proveniente da interação enzima-substrato. 
Como as enzimas utilizam a energia de ligação não covalente? Poder catalítico proveniente basicamente da energia livre liberada na formação de muitas ligações fracas e interações entre a enzima e seu substrato. Essas interações fracas são otimizadas no estado de transição da reação. Os sítios de ligação são complementares não aos substratos por si mesmos, mas aos estados de transição pelos quais os substratos passam ao serem convertidos em produtos. 
A energia de ligação contribui para especificidade da reação e a catálise. A entropia (liberdade de movimento) das moléculas em solução – reduz a possibilidade de que elas reajam entre si. 
Grupos catalíticos específicos contribuem para a catálise
Catálise geral ácido-base, utilização de íons H+ (H3O+) ou OH- presentes na água. Entretanto, apenas a água pode ser insuficiente. Assim o termo catálise geral ácido-base refere-se à transferência de prótons mediada por moléculas de outras classes que doam prótons (ácidos orgânicos) ou então recebedores de prótons (bases orgânicas); 
Catálise covalente - Formação de ligação covalente transitória;
 Catálise por íons metálicos - Interações iônicas;
 Reação geral catalisada pelas peptidases. 
 Exercícios
1) O que são enzimas?
São proteínas capazes de catalisar as reações químicas no nosso corpo. Algumas delas podem possuir uns componentes químicos adicionais que podem aumentar seu repertório catalítico. Esses componentes são conhecidos como grupo prostéticos, cofator e coenzima. 
2) O que são cofatores e coenzimas?
Os cofatores são estruturas associadas de maneira reversível com as enzimas e os substratos. Já as coenzimas são estruturas que servem como transportadores recicláveis ou agentes de transferência de grupamentos. Elas podem estabilizar espécies como átomos de hidrogênio ou íons hidretos que podem ser reativos e persistir durante qualquer intervalo de tempo significativo na presença de água ou moléculas orgânicas, e desse também facilitar o reconhecimento e a ligação de pequenos grupamentos químicos a enzima-alvo. Como exemplo podemos citar a coenzima A. 
3) Segundo a International Union of Biochemistry (IUB) como podem ser categorizadas as enzimas?
 Elas podem ser divididas em seis categorias:
 
1. Oxidirredutases: catalisam as oxidações e reduções;
2. Transferases: realizam a transferência de grupamentos glicosil, metil e fosforil;
3. 7- Hidrolases: catalisam a clivagem hidrolítica de ligações C-C, C-O, C-N e outras ligações covalentes;
4. Liases: catalisam a clivagem de ligações C-C, C-O, C-N por meio de eliminação de átomo, gerando duplas ligações;
5. 8- Isomerases: catalisam alterações geométricas ou estruturais dentro de uma molécula;
6. Ligases: catalisam a união de duas moléculas nas reações acopladas à hidrólise de ATP. 
4)Como as enzimas atuam como catalizadores biológicos? 
As enzimas alteram a velocidade da reação química mas não interfere no seu equilíbrio. Essas biomoléculas diminuem a energia de ativação da reação química. 
5) Como a enzima diminui a energia de ativação?
Uma das estratégias está na própria interação enzima-substrato. Utilizando a energia proveniente da interação entre a associação química da enzima com seu substrato em específico, a mudança do estado conformacional da proteínaocorre e é dessa maneira, uma das formas, que as enzimas conseguem diminuir a energia de ativação e facilitar assim, a transformação de substratos em produtos. Na verdade, embora o modelo anteriormente proposto “chave e fechadura” de Fischer tenha contribuído enormemente para a compreensão das especificidades das interações enzimáticas esse modelo de ajuste induzido foi amplamente confirmado por estudos biofísicos. 
6) A fenilcetonúria é uma doença que resulta de um defeito na enzima fenilalanina hidroxilase, que participa do catabolismo do aminoácido fenilalanina. A falta de hidroxilase produz acúmulo de fenilalanina que, por transaminação, forma ácido fenilpirúvico. Quando em excesso, o ácido fenilpirúvico provoca retardamento mental severo. Sobre as enzimas, é correto afirmar que:
a) aumentam a energia de ativação necessária para as reações; b) atuam de forma inversamente proporcional ao aumento da temperatura; 
c) são altamente específicas em função do seu perfil característico;
d) são consumidas durante o processo, não podendo realizar nova reação do mesmo tipo.
7) A enzima EPSP-sintase, presente em praticamente todos os vegetais, é modificada na soja transgênica, tornando-a resistente à inibição pelo herbicida glifosato. Assim, o tratamento com esse herbicida não prejudica o desenvolvimento de culturas de soja transgênica, mas evita o crescimento de outros vegetais indesejáveis. Num estudo para a identificação da variedade transgênica de soja, foi medida, nas mesmas condições experimentais, a atividade da EPSP- sintase em extratos de folhas de diferentes tipos desse vegetal, em presença ou ausência de glifosato. As atividades da enzima nesses extratos, na ausência do inibidor, apresentaram o mesmo valor.
Observe o gráfico: 
A curva que corresponde à razão entre as atividades de uma enzima da variedade transgênica e as atividades dessa mesma enzima da soja comum é a indicada pela seguinte letra: 
a)W 
b) X 
c) Y
d) Z
8) O gráfico seguinte relaciona a velocidade de uma reação química catalisada por enzimas com a temperatura na qual esta reação ocorre. Podemos afirmar que:
a) a velocidade da reação independe da temperatura. 
b) existe uma temperatura ótima na qual a velocidade da reação é máxima. 
c) a velocidade aumenta proporcionalmente à temperatura.
d) a velocidade diminui proporcionalmente à temperatura.
e) a partir de certa temperatura, inverte-se o sentido da reação. 
9) A velocidade de um processo celular foi medida durante 10h. Nesse período, a temperatura foi aumentada gradativamente, passando de 20°C para 40°C. O resultado foi expresso no gráfico abaixo.
A esse respeito, são feitas as seguintes afirmações: 
I. A temperatura de aproximadamente 30°C é ótima para as enzimas envolvidas nesse processo.
II. Na temperatura de 40°C, pode ter havido desnaturação completa de todas as enzimas envolvidas.
III. Se a célula fosse submetida a uma temperatura menor do que 20°C, ela certamente morreria, devido à falta de atividade.
 Assinale: 
a) se somente as afirmativas I e II forem corretas. 
b) se somente as afirmativas II e III forem corretas. 
c) se todas as afirmativas forem corretas.
d) se somente as afirmativas I e III forem corretas.
e) se somente a afirmativa II for correta. 
10) Uma substância X é o produto final de uma via metabólica controlada pelo mecanismo de retro- inibição (feed-back) em que, acima de uma dada concentração, X passa a inibir a Podemos afirmar que, nessa via metabólica:
a) a quantidade disponível de X tende a se manter constante. b) o substrato faltará se o consumo de X for pequeno. 
c) o substrato se acumulará quando a concentração de X diminuir.
d) a substância A se acumulará quando a concentração de X aumentar.
e) a substância B se acumulará quando o consumo de X for pequeno. 
- Na via metabólica citada, a quantidade da substância X tende a se manter constante, devido ao controle exercido pelo mecanismo de retroinibição (feed-back negativo).