Enzimas: Catalisadores Proteicos

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1. INTRODUÇÃO 
➔ Existem duas condições essenciais para que os 
organismos mantenham a vida: 
a) Capacidade de autorreplicação; 
b) Capacidade de catalisar as reações químicas 
com eficiência e efetividade; 
➔ Sem a catálise, as reações químicas não ocorrem 
no intervalo de tempo adequado, logo o 
organismo não é capaz de sustentar a vida. 
 
 
 
 
 
 
 
1.1 CONCEITO DE ENZIMAS 
❖ Catalisadores proteicos, que aumentam a 
velocidade de uma reação química, sem 
interferir no processo (alto poder catalítico); 
❖ Geralmente, estão associadas às 
biomoléculas, devido a sua especificidade e 
poder catalítico; 
❖ Todas as enzimas são proteínas, com exceção 
das RIBOZIMAS (RNA com atividade 
enzimática). 
 
1.2 CARACTERÍSTICAS DAS ENZIMAS 
❖ São altamente específicas para os seus 
respectivos substratos; 
❖ Constituídas por longas cadeias de 
aminoácidos. 
 
1.3 FUNÇÕES DAS ENZIMAS 
❖ Servem para viabilizar a atividade das 
células, seja quebrando moléculas ou 
juntando-as para formar novos compostos; 
❖ Aceleram as reações químicas e atuam em 
soluções aquosas sob condições suaves de 
temperatura de PH. 
 
1.4 IMPORTÂNCIA DAS ENZIMAS 
❖ Autorreplicação do material genético só é 
possível pela participação de enzimas 
específicas; 
❖ Catálise de reações químicas com eficiência 
e seletividade: a reação não pode apresentar 
erros, sendo a mais específica possível, para 
que tenha o desempenho máximo, logo a 
enzima precisa ser seletiva, para que ela não 
ative outros processos metabólicos 
desnecessários naquele processo; 
❖ Liberam energia em segundos dentro do 
corpo humano, o que, sem sua existência, 
demoraria um tempo muito maior para 
ocorrer; 
❖ Estão no centro de todos os processos 
bioquímicos; 
❖ Diagnóstico de doenças, engenharia 
química, tecnologia de alimentos e 
agricultura. 
 
1.5 OBTENÇÃO DE ENERGIA: 
NECESSIDADE DE ENZIMAS 
❖ Processamento (metabolismo) até chegar 
numa unidade de energia (ATP); 
❖ Para que todo esse processo ocorra, é 
necessária a presença de enzimas; 
Conceito de catálise 
Aumento da velocidade da reação química 
devido a adição de uma substância (catalisador); 
Esse catalisador pode ser recuperado ao final da 
reação, pois não é consumido; 
Enzimas são catalisadores biológicos. 
❖ As enzimas aceleram o processo de obtenção 
de energia ao organismo; 
❖ Enzimas fundamentais para que toda a 
cadeia do metabolismo energético ocorra; 
❖ Necessita de algumas condições para fazer 
uma boa execução e haja uma efetividade na 
sua função. 
 
2. NOMENCLATURA DAS ENZIMAS 
 
2.1 HISTORICAMENTE 
❖ No século XIX, poucas enzimas eram 
conhecidas, então eram nomeadas de forma 
mais arbitrária; 
❖ Critérios utilizados para nomenclatura: 
a) Percebia-se a adição do sufixo “ase” para 
se referir ao substrato de determinada 
enzima; 
b) Outras enzimas foram nomeadas em razão 
de uma função ampla, antes que fosse 
conhecida a reação específica catalisada 
por elas; 
c) Algumas foram denominadas a partir da 
sua fonte. 
 
2.2 AVANÇOS NOS ESTUDOS 
❖ Com o aumento da quantidade de enzimas 
descobertas, foi necessário fazer um sistema 
de nomenclatura universal; 
❖ Sistema de classificação mais específico e 
mais complexo, sem ambiguidades, 
baseando-se no mecanismo de reação da 
enzima; 
❖ Essas enzimas são divididas em seis classes, 
cada uma com subclasse, com base nos tipos 
de ração que catalisam; 
❖ Cada enzima tem um número de código com 
4 dígitos que caracterizam o tipo de reação 
a) 1° dígito → classe; 
b) 2° dígito → subclasse; 
c) 3° dígito → sub-subclasse; 
d) 4° dígito → indica a enzima 
propriamente dita. 
❖ Essa convenção foi adotada em razão da 
descoberta de diversas enzimas, de modo a 
diferenciá-las sem existir ambiguidade, já 
que são catalisadores extremamente 
específicos. 
 
3. PROPRIEDADES DAS ENZIMAS 
➔ As reações sem atuação de catalisadores são 
extremamente lentas; 
➔ As enzimas atuam a fim de acelerar esses 
processos metabólicos. 
 
3.1 INTERAÇÃO ENTRE A ENZIMA E O 
SUBSTRATO 
❖ As enzimas possibilitam a velocidade dessas 
reações ao proporcionarem um ambiente 
específico adequado; 
❖ A propriedade característica das reações 
catalisadas por enzimas é que a reação 
ocorre confinada em um bolsão da enzima 
denominada sítio ativo. 
 
 
❖ A molécula que se liga no sítio ativo sobre a 
qual a enzima age é denominada de 
substrato; 
❖ O sítio ativo também pode ser chamado de 
bolsão ou fenda especial, onde é possível ver 
a ligação do substrato à enzima num encaixe 
perfeito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
❖ Quando a enzima se liga ao substrato, ela 
ativa e tem a capacidade de modificar o 
substrato e produzir um produto; 
❖ Alto grau de especificidade para que ela 
tenha o melhor desempenho na reação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
❖ Associação com cofatores não proteicos 
(geralmente, íons e derivados de vitaminas), 
que auxiliam na atuação das enzimas; 
❖ Papel de regulação, fazendo a ativação e 
inibição, mas respeitando sempre a 
necessidade celular. 
 
3.2 COMO FUNCIONA O SÍTIO ATIVO 
❖ O sítio ativo é o lugar de ligação da enzima 
ao substrato; 
❖ É nesse sítio ativo que ocorre as reações 
enzimáticas; 
❖ Quando ocorre a ligação do substrato com a 
enzima, há uma cadeia de sinalização 
ativada na enzima; 
❖ Quando essa cadeia é ativada, a enzima entra 
em ação e modifica o substrato para que seja 
produzido um produto; 
 
❖ ES e EP são complexos transitórios da 
enzima com o substrato e com o produto; 
 
 
 
 
 
 
ENZIMA + SUBSTRATO → COMPLEXO 
ENZIMA SUBSTRATO 
ESTADO DE TRANSIÇÃO (há ativação da 
enzima) 
Eficiência catalítica 
As reações ocorrem muito mais rápidas do que se 
elas funcionassem sem os catalisadores. 
 
 
Complementaridade geométrica 
Um sítio de ligação de um substrato consiste em 
uma reentrância ou fenda na superfície da 
molécula de enzima que é, na sua estrutura, 
complementar ao substrato. 
 
 
Complementaridade eletrônica 
Os aminoácidos que formam o sítio ativo estão 
organizados de tal modo que interagem 
especificamente com o substrato de uma maneira 
que envolve atração. 
 
 
Turnover (número de renovação) 
Uma enzima se liga a um substrato, converte esse 
substrato a moléculas de produto, depois ela se 
desliga e faz a mesma coisa com outra molécula 
do substrato. Logo, a quantidade de produtos é 
aumentada em grande número; 
 
 
A função do catalisador é aumentar a 
velocidade da reação, ele não vai afetar o 
equilíbrio da reação; 
 
 
COMPLEXO ENZIMA-PRODUTO (pós 
estado de transição) → COMPLEXO ENZIMA 
PRODUTO 
COMPLEXO ENZIMA PRODUTO (é 
desfeito) → ENZIMA + PRODUTO (o produto é 
liberado pronto para agir e a enzima está pronta 
para interagir com um novo substrato) 
 
❖ Reversibilidade das reações; 
❖ Não são consumidas na reação (conserva 
a propriedade de Turnover, para que, 
após produzir um produto, ela possa 
fazer o mesmo processo com uma outra 
molécula do substrato), ou seja, a enzima 
não se altera, ela permanece da mesma 
forma no início e no fim da reação; 
❖ Atuam em pequenas concentrações 
(extremamente econômica, que também 
tem a ver com o turnover); 
a) 1 molécula de catalase → decompõe 5 
milhões de moléculas de H2O2. 
 
3.3 ATUAÇÃO DAS ENZIMAS NA 
CINÉTICA DAS REAÇÕES 
❖ Qualquer reação, como S → P, pode ser 
descrita na forma de diagrama de 
coordenadas de reação; 
❖ Esse diagrama representa a variação de 
energia durante a reação; 
❖ A energia é descrita em termos de energia 
livre (G): 
 
❖ A energia livre é colocada em função do 
progresso da reação; 
❖ O eixo horizontal reflete as mudanças 
químicas progressivas à medida que S é 
convertido em P; 
❖ O ponto de partida, tanto da reação direta, 
quanto da reação inversa, é chamado de 
estado fundamental. 
 
 
 
 
 
❖ A posição e a direção do equilíbrio não são 
afetadas pelos catalisadores;❖ Há uma barreira energética entre S e P, então 
as moléculas precisam superar essas barreiras 
e atingir um nível energético mais alto, 
atingindo o topo da curva de energia (estado 
de transição); 
a) Energia de ativação maior → reação mais 
lenta; 
b) Energia de ativação menor → reação 
mais rápida. 
❖ A adição do catalisador proporciona o 
aumento da velocidade da reação, logo a 
diminuição na energia de ativação; 
❖ Qualquer enzima que catalise a reação S→P, 
também catalisa P→S (não afetam o 
equilíbrio da reação). 
 
3.4 ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA 
❖ As enzimas são altamente específicas, 
interagindo com um ou alguns substratos 
específicos e catalisando somente um tipo de 
reação; 
❖ Existem dois modelos: 
 
Estado fundamental 
O estado fundamental é a contribuição que uma 
molécula (S ou P) fornece para a energia livre do 
sistema. 
 
 
a) Hipótese chave-fechadura 
▪ Prevê o encaixe perfeito do substrato no 
sítio de ligação que seria rígido como 
uma fechadura. 
 
b) Modelo encaixe induzido 
▪ Um sítio de ligação não é totalmente pré-
formado, mas moldável; 
▪ A enzima tem um encaixe parecido, mas 
que precisa apenas se moldar para abraçar 
o substrato; 
▪ As figuras são complementares, mas 
sofrem um pequeno ajuste / molde 
apenas; 
▪ Grau de ajuste induzido ao se ligar ao 
substrato. 
 
3.5 CONSTANTE DE MICHAELIS (KM) 
❖ Medida da eficácia com que uma enzima 
converte um substrato em produto; 
❖ Cinética → comportamento de primeira 
ordem (efeito de curvatura) + 
comportamento de ordem zero (efeito platô); 
❖ A velocidade máxima da reação deve ser 
dividida pela velocidade inicial e o resultado 
deve ser subtraído da concentração do 
substrato. O resultado dá a medida da 
eficácia da enzima: 
 
❖ Influencia na concentração do substrato em 
relação a atividade da enzima; 
a) A formação de produto é proporcional a 
concentração de substrato → reação de 
primeira ordem (quanto maior a 
concentração de substrato, maior a 
quantidade de produto) – levemente 
curvado no gráfico; 
b) A velocidade da reação independe da 
concentração do substrato, não 
adiantando fornecer mais substrato → 
reação de ordem zero (efeito platô, 
retilíneo); 
❖ Quanto menor a constante, maior a afinidade 
da enzima pelo substrato; 
❖ Quanto maior a constante, menor a afinidade 
da enzima pelo substrato. 
 
❖ A constante de Michaelis é numericamente 
igual à concentração de substrato que 
determina a metade da velocidade máxima. 
 
3.6 FATORES QUE AFETAM A 
VELOCIDADE DAS REAÇÕES DA 
ENZIMA 
❖ Quando um fator está alterado, os outros 
precisam estar constantes (fixos) 
 
a) Concentração do substrato 
▪ A velocidade de uma reação catalisada 
por enzima aumenta conforme a 
concentração de um substrato, até uma 
velocidade máxima ser atingida. 
 
b) Temperatura 
▪ A velocidade da reação aumenta com a 
temperatura até chegar a uma temperatura 
ótima; 
▪ Ao ultrapassar a temperatura ótima, pode 
haver uma desnaturação proteica, 
diminuindo novamente a velocidade da 
reação; 
▪ Temperatura ótima → melhor 
aproveitamento da enzima sem favorecer 
riscos à reação; 
▪ Desnaturação proteica → a enzima perde 
a sua função / estado febril (elevação da 
temperatura corporal). 
 
c) PH 
▪ Altera a distribuição das cargas elétricas, 
podendo modificar as ligações químicas 
que mantêm a estrutura tridimensional 
das enzimas; 
▪ Cada enzima tem um PH ótimo de ação 
(PH normal no qual a atividade máxima 
da enzima é atingida); 
▪ Valores extremos de PH → desnaturação 
proteica (a enzima perde a sua função, 
inativando-a); 
 
4. ESTRUTURA DAS ENZIMAS 
 
4.1 RIBOZIMA 
❖ Natureza com base em ácido nucleico, RNA 
 
4.2 DEMAIS ENZIMAS 
❖ Natureza proteica; 
❖ Podem ser simples ou conjugadas; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. ONDE ESTÃO LOCALIZADAS AS 
ENZIMAS? 
➔ Locais relacionados aos mecanismos de reação 
de cada enzima; 
➔ Lisossomos: vesículas repletas de enzimas. 
Organela citoplasmática envolvida no processo 
de digestão celular. A partir daí, surgem as 
enzimas. Essas enzimas vão favorecer a 
degradação de macromoléculas e vão participar 
de processos de fagocitose 
➔ Na célula, pode estar presente em: 
a) Citosol (como enzimas relacionada a síntese 
de ácido graxo, glicólise etc.); 
b) Mitocôndrias (também existem enzimas, 
para a oxidação de ácidos graxos e ciclo do 
TCA); 
c) Núcleo (no processo de síntese de DNA e 
RNA) 
 
6. ENZIMAS ALOSTÉRICAS 
➔ Enzimas que possuem um sítio de modulação ou 
alostérico onde se liga de forma não covalente a 
um efetor alostérico (modificador ou 
modulador); 
➔ Enzimas que possuem mais de um sítio ativo 
➔ Depois que o substrato é modificado, a enzima é 
desligada; 
➔ São enzimas que recebem ativadores pra 
modificar o sítio ativo pra receber o substrato; 
➔ Ela favorece uma curva no formato sigmoide 
(desempenho inicial da enzima e, após sofrer 
modulação, muda o desempenho; 
Proteínas simples → apoenzimas; 
 
Proteínas conjugadas → holoenzimas 
(associação de uma porção proteica a 
apoenzima – associada a uma porção não 
proteica, chamada de cofator, coenzima ou 
grupo prostético). 
 
 
➔ Efetor homotrópico → o substrato é o efetor (o 
mesmo substrato que se liga no sítio de ação, 
pode ter afinidade pelo sítio alostérico, 
promovendo a modificação da enzima) 
➔ Efetor heterotrópico → substância diferente do 
substrato. 
 
7. INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 
➔ Inibidor enzimático: agentes moleculares que 
interferem cm a catálise, diminuindo ou parando 
as reações enzimáticas; 
➔ Pode ser específico (diminui a atividade de uma 
única enzima ou de um grupo restrito de 
enzimas) ou inespecífico (diminui a atividade de 
todas as enzimas – inibidor desnaturante) 
➔ Pode de ligar de modo reversível (que pode se 
desligar e pode ser de forma competitiva ou não 
competitiva) ou irreversível (não vai se desligar) 
a uma enzima 
 
a) Inibidor reversível competitivo 
▪ Inibidor semelhante ao substrato; 
▪ Liga-se ao sítio ativo da enzima; 
▪ Em sua presença, diminui-se a afinidade da 
enzima pelo substrato; 
▪ Efeito revertido com o aumento da 
concentração do substrato para que a enzima 
funcione normalmente. 
 
b) Inibidor reversível não competitivo 
▪ Não se liga ao sítio ativo da enzima, mas em 
outro local; 
▪ Aumento da concentração de substrato não 
diminui a inibição; 
▪ Constante de Michaelis não se altera; 
▪ A velocidade máxima diminui na presença do 
inibidor. 
 
8. ENZIMAS E A CLÍNICA MÉDICA 
➔ Alteração primária; 
➔ Erros inatos do metabolismo (muito comuns em 
crianças e recém-nascidos). 
 
9. ENZIMAS E COENZIMAS