AULA 12 Enzimas e Cinética Enzimática

Prévia do material em texto

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.