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Enzimas ❖ Enzimas são catalisadores biológicos e como todo catalisador elas participam das reações sem sofrer modificações durante o processo. ❖ São proteínas globulares, mas existem moléculas de RNA com atividade catalítica (Ribozimas – componentes que tem ação enzimática mas não são proteínas – fragmentos de RNA). ❖ Biocatalisadores – composto/molécula que reduz a energia de ativação de reações químicas. (componentes que aceleram processos químicos, reduzindo a necessidade energética). ❖ A manutenção da estrutura da proteína é necessária para a manutenção da atividade catalítica. ❖ Elas são caracterizadas pelo alto grau de especificidade, pois cada enzima tem seu substrato específico de atuação. Além da ação catalisadora, as enzimas podem atuar como reguladoras, ativadoras ou inibidoras {capacidade de pegar determinado reagente ou substrato e transformar em produto}. ❖ Sua atividade pode ser influenciada por diferentes fatores, como temperatura e pH. ❖ As enzimas aceleram as reações químicas sem alterar o equilíbrio da reação. ❖ CONCEITO! Catálise, em química, é o aumento da velocidade de uma reação, devido à adição de uma substância (catalisador); sendo assim, a catálise pode ser simplesmente definida como sendo a ação do catalisador. Esta substância, que normalmente está presente em pequenas quantidades, pode ser recuperada ao final da reação, não Enzimas sendo consumida pela mesma. Por sua vez, as enzimas consistem nos catalisadores biológicos, as quais participam das reações bioquímicas. ❖ A função do catalisador é aumentar a velocidade da reação. A catálise não afeta o equilíbrio da reação. Mecanismos Energia Livre de Gibbs (G) = energia interna capaz de realizar trabalho. A variação desta energia (G) entre os substratos e produtos é capaz de determinar a espontaneidade de uma reação. A energia de ligação é a principal fonte de energia livre utilizada pelas enzimas para a diminuição da energia de ativação das reações. REAÇÕES EXERGÔNICAS: apresentam uma variação de energia negativa = energia dos produtos é MENOR do que a energia dos reagentes = REAÇÃO ESPONTÂNEA. REAÇÕES ENDERGÔNICAS: apresentam uma variação de energia positiva = energia dos produtos é MAIOR do que a energia dos reagentes = REAÇÃO NÃO ESPONTÂNEA. As enzimas podem catalisar ambas as reações!!! Mesmo a reação espontânea, sem a necessidade de uma enzima, ela poderá atuar para aumentar a velocidade desta reação. ESTADO DE TRANSIÇÃO = quando a enzima está catalisando a reação e está na metade do caminho, se voltar atrás forma complexo enzima-substrato, e, se continuar, forma complexo enzima- produto. - Neste momento é necessária a ENERGIA DE ATIVAÇÃO. → A completa complementaridade entre o substrato e a enzima ocorre apenas quando o substrato estiver no estado de transição. AS ENZIMAS AUMENTAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES ATRAVÉS DA SUA CAPACIDADE DE REDUZIR A ENERGIA DE ATIVAÇÃO E ESTABILIZAR O ESTADO DE TRANSIÇÃO. Logo: Quanto maior a energia de ativação de uma reação, menor a sua velocidade; Quanto menor a energia de ativação de uma reação, maior a sua velocidade. Modelos de Funcionamento Enzimático ● Chave-fechadura (modelo antigo): cada enzima é específica para apenas um substrato. (exemplo: enzima sacarase realiza a hidrólise apenas da sacarose). Sítio ativo – local onde vai encaixar o substrato Substrato – componente que vai sofrer a ação da enzima (ex: amido é o substrato da amilase salivar). ● Modelo encaixe-induzido/ ajuste- induzido (modelo atual): Mais flexível que o modelo chave- fechadura – uma mesma enzima pode atacar vários tipos de substratos, desde que sejam semelhantes. Formato do sítio ativo começa a se ajustar ao substrato. A mudança de formato da primeira enzima, induz a mudança de formato da outra que está ao lado dela (ex: a pepsina estomacal, que digere vários tipos de proteínas) Algumas enzimas apresentam cofatores - eles se ligam à enzima e permitem que ela exerça sua função. (NEM TODA ENZIMA PRECUSA DE COFATOR, MAS AS QUE PRECISAM SÓ AGEM COM A PRESENÇA DELES). Os cofatores podem ser: íons metálicos ou moléculas orgânicas (coenzimas - geralmente derivadas de vitaminas no complexo B). Outros conceitos: ✓ Grupo prostético = utilizado para se referir ao cofator quando este se encontra ligado fortemente à enzima. ✓ Apoenzima = utilizado para se referir a uma enzima que não está ligada ao seu cofator. ✓ Holoenzima = utilizado para se referir a uma enzima que está ligada ao seu cofator. Classificação Quanto ao Tipo de Reação Cinética Enzimática Enzimas de Michaelis-Menten ❖ A maioria das enzimas do metabolismo estão nesse grupo. ❖ Característica: a velocidade da catálise se eleva de modo linear até que atinge uma Vmáx. ❖ A Vmáx é atingida quando todas as enzimas presentes em um sistema estão ocupadas com o substrato em seu sítio ativo - ou seja quando a enzima está SATURADA. Constante de Michaelis-Menten (Km) = concentração de substrato necessária para atingir a metade da velocidade máxima de uma enzima (Vmax/2). Quanto maior o Km, maior é a concentração de substrato necessária para atingir a metade da Vmáx; A AFINIDADE DO SUBSTRATO PELA ENZIMA É BAIXA. Quanto menor o Km, menor é a concentração de substrato necessária para atingir a meta da Vmáx; A AFINIDADE DO SUBSTRATO PELA ENZIMA É ALTA. Número de renovação (Kcat, ou turnover) = mede quão rápido uma enzima catalisa a sua reação e se “livra” do produto. Enzimas Alostéricas (regulatórias) ❖ Gráfico sigmóide; Ao ocorrer a ligação dos substratos com a enzima, ela adquire progressivamente uma conformação estrutural na qual possui uma maior atividade, aproximando- se de sua Vmáx. ❖ Possuem vários sítios ativos e vários sítios alostéricos (diferente do sítio ativo, nesse local algumas moléculas - moduladores alostéricos - podem se ligar de forma reversível e afetar, ou modular, a atividade da enzima) Moduladores positivos = ao se ligarem nas enzimas alostéricas as tornam mais ativas = aumentam a velocidade da reação - enzima assume um estado mais relaxado - ESTADO R. Moduladores negativos = ao se ligarem tornam as enzimas menos ativas = diminuem a velocidade da reação - enzima assume um estado mais tenso - ESTADO T. Os moduladores podem ser de natureza metálica, orgânica ou até mesmo o substrato de uma enzima pode se ligar e afetar a atividade dela ou fazê-la transitar entre os estados R e T. Além dos moduladores, as enzimas regulatórias podem ser reguladas por: ✓ Modificações covalentes em sua estrutura ✓ Quebra de ligações peptídicas Modificações Covalentes = normalmente acontecem de forma reversível e podem ser: adição de fosfatos, grupos metil, grupos amida, grupos carboxi, entre outros. Alteram a sua estrutura e, consequente, alteram a função de toda proteína. Modificações por Proteólise: enzimas que estão em fase de latência, aguardando a proteólise, são chamadas pró-proteínas. Ex: tripsinogênio, após clivado por proteólise, origina tripsina, sua forma ativa. Fatores de Influência ● Temperatura » Temperatura ótima de funcionamento – velocidade da reação enzimática é máxima (ex: seres humanos 36,5ºC) ● pH (potencial hidrogeniônico) – escala numérica que vai de 1 a 14. Cada enzima tem uma faixa de pH ideal para o seu funcionamento. Se mudar o pH do ambiente – a enzima desnatura e perde seu formato tridimensional e deixa de reagir. 3 enzimas importantes: pepsina (2); amilase salivar (7 – neuto/ levemente ácido – porque é 6,...); tripsina e lipases (8 – levemente alcalino). » pH ótimo: velocidade da reação enzimáticaé máxima. ● Concentração do susbtrato: aumento da concentração eleva a velocidade da reação. (quanto maior a concentração do substrato – maior a tendência de ocorrência da reação) Atinge a velocidade limite de formação do produto final – todas as enzimas estão ocupadas. ● Radiação ● Salinidade Outros fatores que podem alterar a velocidade da enzima: Mecanismos Inibidores. Inibição Irreversível Inibidor se liga à enzima de maneira forte (por meio de ligações covalentes, ou não). Irreversível = inibidor demora muito para soltar-se da enzima - não permite mais sua atividade. Ex: penicilina (antibiótico) - inibe a bactéria transpeptidase impedindo a síntese da parede bacteriana que leva a morte. Inibição Reversível Inibidor se liga à enzima, geralmente de forma não covalente, e pode ser rapidamente desligado desta - permite que a enzima retorne à atividade. ● INIBIÇÃO COMPETITIVA: composto compete com o substrato pelo sítio-ativo da enzima – não deixa o substrato se ligar (ex: intoxicação por metanol; usa para desintoxicação o etanol; ambos competem pelo sítio ativo do álcool-desidrogenase). Dica: esse tipo de inibidor “não quer” que o substrato se ligue a enzima, ou seja, ele “quer” diminuir a afinidade da enzima pelo substrato. Como Km e a afinidade são grandezas inversamente proporcionais, o Km irá aumentar. ● INIBIÇÃO INCOMPETITIVA: inibidor só se liga ao complexo enzima-substrato. Não há como reverter pelo aumento da concentração do substrato. Dica: o inibidor “quer” que o substrato se ligue e, para atuar, “aumenta a afinidade” da enzima pelo substrato e, portanto, o Km irá diminuir. ● INIBIÇÃO NÃO COMPETITIVA: inibidor consegue se ligar independente da presença ou não do substrato; composto se liga à estrutura da enzima, fora de seu sítio ativo, mas esta ligação altera a estrutura terciária da enzima deformando/distorcendo seu sítio-ativo (composto compete com o substrato pela enzima; composto se liga na enzima (não no sítio ativo); distorce o sítio ativo, fazendo com que o substrato não se ligue na enzima, ou, se ligar, a ligação não ocorre). ● Competidor enzimático: composto compete com a enzima pelo substrato; ele é parecido com a enzima. ● Feedback (retroalimentação) enzimático: retroalimentação onde um produto final de uma via metabólica realiza inibição não competitiva na primeira enzima da via; (cascata de reações) isso controla a quantidade de produto final de forma indireta (ex: hormônio). Cofatores e Coenzimas • Os cofatores podem ser íons metálicos ou moléculas orgânicas, não proteicas, de complexidade variada, que recebem o nome de coenzimas. • As coenzimas atuam como aceptores de átomos ou grupos funcionais do substrato em uma dada reação e como doadores destes mesmos grupos ao participarem de outra reação - são transportadoras de determinados grupos. • Em reações metabólicas subsequentes, o substrato sofrer novas alterações, enquanto a coenzima volta à sua forma original. • Algumas coenzimas, como o ATP e o GTP, são integralmente sintetizadas pelas células. Outras apresentam em sua molécula um componente orgânico que não pode ser sintetizado pelos animais superiores. Este componente, ou um seu precursor, deve então ser obtido da dieta, constituindo uma vitamina.
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