Enzimas: Proteínas Catalisadoras Biológicas

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Enzimas
DEFINIÇÃO
Enzimas são proteínas que agem como catalizadores biológicos:
Enzimas: São catalisadores biológicos específicos de estrutura protéica, que aceleram as reações em condições fisiológicas de temperatura e pH. 
Catalizador é uma substância que acelera uma reação química até torná-la instantânea ou quase, mas NÃO PARTICIPA DA REAÇÃO. 
Algumas enzimas são constituídas somente de aminoácidos 
Outras podem conter: 
· Carboidratos 
· Grupos fosfato 
· Cofatores: íons metálicos, coenzimas, grupos prostéticos 
Algumas proteínas, enzimas em especial, contêm em sua molécula uma porção não proteica, que é essencial para atividade biológica.
Cofatores de origem orgânica
Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis 
• Muitos organismos não conseguem sintetizar certas porções das coenzimas essenciais. Tais substâncias devem estar presentes na dieta desses organismos e são, portanto, chamadas de vitaminas.
• Classificam-se em: 
• transportadoras de hidrogênio 
• transportadoras de grupos químicos.
NOMENCLATURA-ENZIMAS
Nome recomendado (nome clássico): utiliza-se o sufixo “ase” unido ao substrato da reação. Ex: glicosidase (glicose), urease (uréia), sacarase (sacarose). Ou uma descrição da ação realizada. Ex: lactato desidrogenase (retira um H do lactato). 
Nome sistemático (nome oficial): segundo a União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (IUBMB). As enzimas são divididas em 6 classes, cada qual com numerosos subgrupos. O sufixo “ase” é unido a uma descrição complexa da reação química catalizada. Ex: D-gliceraldeído 3- fosfato:NAD oxiredutase. 
Nome trivial: consagrados pelo uso: tripsina, pepsina e ptialina.
• Século XX - quantidade de enzimas descritas 
• Nomenclatura existente se tornou ineficaz 
• 1955 - IUB - União Internacional de Bioquímica adotou um novo sistema de nomenclatura e classificação 
• mais complexo 
• sem ambigüidades 
• baseado no mecanismo de reação.
• Cada enzima código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de reação catalisada: 
• (E.C.- Enzime Comission) 
• 1° dígito – classe 
• 2° dígito – subclasse 
• 3° dígito - sub-subclasse 
• 4° dígito - indica o substrato.
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
Exemplo:
ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato
 Glicose fosfotransferase
E.C
2 - Classe - Transferase
7 - Subclasse - Fosfotransferases
1 - Sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupoNome trivial:
Hexoquinase
hidroxila como receptor
1 - Indica ser a D-glicose o receptor do grupo fosfato
FUNÇÕES
• Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas.
• Como catalisadores celulares extremamente poderosos, as enzimas aceleram a velocidade de uma reação sem, no entanto, participar dela como reagente ou produto.
• As enzimas atuam ainda como reguladoras deste conjunto complexo de reações.
• As enzimas são consideradas as unidades funcionais do metabolismo celular
• São muito importantes devido à especificidade quanto ao substrato: sítio ativo.
CARACTERÍSTICAS DO CATALISADOR
- Modificar a velocidade da reação sem ser nela consumido ou aparecer entre os produtos;
- Não apresentar efeito termodinâmico global (a energia livre liberada ou absorvida na reação independe da presença ou ausência do catalisador).
- Atuar pela redução da energia de ativação;
- Gerar estados de transição mais estáveis.
Enzima
Substrato(s)---------> Produto(s)
PROPRIEDADE DAS ENZIMAS: ESPECIFICIDADE
As enzimas interagem com um ou com alguns substratos ESPECÍFICOS e catalisando somente um tipo de reação química.
Especificidade de Grupo: Uma enzima pode apresentar especificidade de grupo, ou seja, um grupo de compostos pode servir como substrato.
 MECANISMO DE AÇÃO
• A reação enzimática ocorre em duas etapas:
• 2 modelos:
• Modelo chave-fechadura
• Modelo do ajuste induzido
MECANISMO DE AÇÃO MODELO DE AÇÃO “CHAVE-FECHADURA”
Modelos propostos para explicar o tipo de ligação estabelecida entre enzima e substrato:
Em 1894 Emil Fischer enunciou a sua teoria na qual a especificidade enzimática é comparada a um conjunto de chave e fechadura onde a chave, neste caso o substrato, deve se ajustar a fechadura, neste caso a enzima.
MECANISMO DE AÇÃO SISTEMA DE AÇÃO: AJUSTE INDUZIDO
Em 1958, koshland propôs este modelo para explicar o poder catalítico e a especificidade apresentada pelas enzimas.
Considera que o sitio ativo não precisa preexistir sob uma forma geométrica rígida. O arranjo espacial se dá induzido pelo contato com o substrato.
Estudos por raio X indicam que os sítios de ligação aos substratos da maioria das enzimas são, em grande parte, pré-formados, mas sofrem mudanças conformacionais no momento da ligação do substrato (um fenômeno denominado ajuste induzido).
PROPRIEDADE DAS ENZIMAS: REGULAÇÃO
A atividade das enzimas pode ser regulada: Isto é, as enzimas podem ser ativadas ou inibidas de modo que a velocidade de formação do produto responde as necessidades da célula.
1. Controle da disponibilidade da enzima na célula: hormonal
2. Controle da atividade da enzima efetuado por mudanças estruturais nas moléculas em função do ambiente:
Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, atuando assim como moduladoras do metabolismo celular. Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros processos metabólicos pela célula.
Modulação Alostérica e Modulação covalente
PROPRIEDADE DAS ENZIMAS REGULAÇÃO POR MODIFICAÇÃO ESTRUTURAL
Um modulador alostérico (moléculas que se ligam a outro sitio diferente do sitio ativo) que pode ser positivo (ativa a enzima) ou negativo (inibe a enzima). Um modelo muito comum de regulação alostérica é a inibição por "feed-back", onde o próprio produto da reação atua como modulador da enzima que a catalisa. Fosfofrutoquinase – inibida alostericamente por excesso de ATP.
Modulação Covalente: Ocorre frequentemente por adição/remoção de grupamentos fosfato de resíduos específicos de serina, treonina ou tirosina da enzima. A fosforilação das proteínas é reconhecida como uma das formas primárias pelas quais o metabolismo celular é regulado.
COMO FUNCIONAM AS ENZIMAS?
Velocidade de reação
Para as moléculas reagirem devem conter energia suficiente para superar a barreira do estado de transição. A velocidade da reação é determinada pelo número de 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.
Uma enzima permite que a reação ocorra rapidamente sob condições normais, oferecendo uma rota de reação alternativa com uma menor energia livre de ativação.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
É a parte da enzimologia que estuda a velocidade das reações enzimáticas, e os atores que influenciam nesta velocidade.
A cinética de uma enzima é estudada avaliando-se a quantidade de produto formado ou a quantidade de substrato consumido por unidade de tempo de reação.
PRINCIPAIS FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO
(ATIVIDADE ENZIMÁTICA)
• Concentração de substrato
• Temperatura
• pH
• Concentração da Enzima
• Concentração da Enzima
A velocidade máxima da reação é uma função da quantidade de enzima disponível (existindo substrato em excesso).
Figura: Efeito da [ ] da enzima sobre a velocidade inicial (V0) com de
substrato em excesso.
Velocidade máxima (Vmax): (quantidade de moléculas de substrato convertidas em produto por unidade de tempo – micromoles/min).
A Vmax de uma reação ocorre a elevadas concentrações de substrato na qual a enzima está saturada, está inteiramente na forma enzimasubstrato (ES).
FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA -
TEMPERATURA
Temperatura:
Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação, até se atingir a TEMPERATURA ÓTIMA (aumenta o número de moléculas com energia suficiente para reagir); a partir dela, a atividade volta a diminuir, por desnaturação térmica da enzima.
FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA
- PH
pH: existe um pH ÓTIMO, onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sítio catalítico,é ideal para a catálise. Acima ou abaixo desse valor, a atividade enzimática é diminuída.
CONVERSÃO DE ZIMOGÊNIOS EM ENZIMAS
ATIVAS
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
• Grande parte do arsenal farmacêutico
(Por ex. tratamento da AIDS feito com drogas que inibem a atividade de certas enzimas virais.)
INIBIÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Os inibidores podem ser reversíveis ou irreversíveis
Os inibidores reversíveis se ligam por ligações covalentes, e podem desligados da enzima com recuperação da atividade enzimática.
Os inibidores irreversíveis não permitem que a enzima retome sua atividade enzimática.
•Competitivo : Compete pelo centro ativo.
Uma molécula apresenta estrutura semelhante ao substrato da enzima que se liga para realizar a catálise, ela poderá aceitar esta molécula no seu local de ligação, mas não pode levar ao processo catalítico, pois ocupando o sítio ativo do substrato correto. Portanto o inibidor compete pelo mesmo local do substrato.
O efeito é revertido aumentando-se a concentração de substrato. Este tipo de inibição depende das concentrações de substrato e de inibidor.
INIBIÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA -
INIBIDORES REVERSÍVEIS
•Competitivo: Compete pelo centro ativo.
Uma molécula apresenta estrutura semelhante ao substrato da enzima que se liga para realizar a catálise, ela poderá aceitar esta molécula no seu local de ligação, mas não pode levar ao processo catalítico, pois ocupando o sítio ativo do substrato correto. Portanto o inibidor compete pelo mesmo local do substrato.
Não Competitivo: Ocorre quando uma molécula ou íon pode se ligar em um segundo local
na superfície enzimática (não no sítio ativo). Isto pode distorcer a enzima tornando o processo
catalítico ineficiente.
Este tipo de inibição depende apenas da concentração do inibidor.
TRATAMENTO DE ENVENENAMENTO COM METANOL
 Metanol: muito tóxico, 30mL pode causar morte humana.
 Toxidade: não é do metanol, mas do formaldeído, que é produto metabólico.
 Metanol é oxidado para formaldeído pela enzima álcool desidrogenase no fígado.
• Tratamento: Ministrar ao paciente etanol, através de via oral ou intravenosa, em grandes quantidades.
Inibidores não competitivos
• Inibidores de tripsina presentes em soja: não competitivos.
• Inibidores de proteases: arroz, trigo, milho, batata inglesa, batata doce.
• Ascaris Lumbricoides: produz inibidores de pepsina e tripsina. O verme não é digerido no intestino.
Ex: metais pesados como Hg2+, Pb2+ e Ag2+, que reagem com os grupos -SH das proteínas.
Inibidores irreversíveis
Há modificação covalente e definitiva no sítio de ligação ou no sítio catalítico da enzima, ou seja, acaba com a atividade enzimática.
Ex: Inibição da enzima ciclo-oxigenase pelo acetilsalicilato
 Inibição por armas Químicas
Ex: DIPF = Diisopropilfluorofosfato ( gás dos nervos). Inibe a enzima acetilcolinesterase, que tem papel importante na transmissão do impulso nervoso.
O ácido cianídrico e grande número de pesticidas, como o DDT, são exemplos.
Ex: compostos compostos organofosforados organofosforados
→ formam ligações ligações covalentes covalentes com o grupo -OH de resíduos de serina
Penicilina → liga-se especificamente as enzimas da via de síntese da parede bacteriana, tornando-as susceptíveis à lise