Enzimologia

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ENZIMOLOGIA
FUNÇÕES BIOLÓGICAS
31/03/2021
Julia Ladeira de Moraes
- A grande maioria das enzimas é formada por proteínas (ex: pepsina e lactase), embora existam enzimas feitas de moléculas de RNA (ex: ribozimas) com atividade catalítica, que atua catalisando/acelerando a quebra ou a síntese de ligações fosfodiéster entre nucleotídeos de RNA
- As enzimas aceleram a reação química, mas não sofrem alterações, não são consumidas durante a catálise e não alteram o equilíbrio da reação
- A maioria das enzimas necessitam de cofatores e coenzimas para exercerem sua atividade catalítica 
- As enzimas são catalizadores orgânicos
- Elas são altamente específicas em relação aos seus substratos
- Elas tem suas atividades reguladas geneticamente ou por condições metabólicas
- A ausência ou redução da atividade de algumas enzimas causa impactos significativos em vias metabólicas
ENZIMAS :
CARACTERÍSTICAS:
- Enzimas da classe oxidorredutases catalisam reações de oxidorredução
- Enzimas da classe transferases catalisam a transferência de grupos funcionais
- Enzimas da classe hidrolases catalisam reações de hidrólise
- Enzimas da classe liases catalisam a quebra de ligações
- Enzimas da classe isomerases catalisam a isomerização
- Enzimas da classe ligases catalisam a formação de ligações entre carbono e O, S ou N
CLASSIFICAÇÃO:
- Molécula orgânica ou metalorgânica complexa que agem como carreadores transitórios de grupos funcionais específicos
- A maioria delas é derivada das vitaminas e nutrientes orgânicos que precisam estar presentes em pequenas quantidades na dieta
GRUPO PROTÉTICO/COENZIMA:
- São formas moleculares múltiplas de uma enzima, em que cada uma tem afinidade diferente a seus ligantes, que realizam a mesma ação catalítica e ocorrem na mesma espécie animal (ex: lactato-desidrogenase, LDH, é um tretâmero formado por dois tipos diferentes de cadeias polipeptídica, denominadas M nos músculos e H no coração) 
ISOENZIMA/ISOZIMA:
- Holoenzimas são enzimas ativas com seu componente não proteico, chamado cofator, ou seja, elas possuem uma porção proteica e não proteica
- Apoenzimas são enzimas inativas sem seu componente não proteico, ou seja, elas possuem somente uma porção proteica
HOLOENZIMAS X APOENZIMAS:
OBS: As enzimas conjugadas são formadas pela apoenzima (porção proteica) + Coenzima ou Cofator (porção não proteica ou radical prostético)
OBS: Zimogênios são precursores inativos de enzimas que, para serem ativados, necessitam da remoção de um segmento da cadeia polipeptídica (ex: pepsina)
- As enzimas diminuem a energia de ativação, o que resulta na aceleração da reação
- Elas são capazes de aumentar a velocidade das reações em, no mínimo, 10 vezes
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MODO DE AÇÃO:
- Região formada pelo dobramento da proteína, na qual contém cadeias laterais de aminoácidos que participam da ligação não covalente (que é mais rápida do que a covalente) com o substrato, e também da catálise, formando um complexo enzima-substrato (ES) que é um modelo de encaixe induzido (depois, esse complexo ES é convertido em
enzima-produto, EP, o qual subsequentemente se dissocia em enzima e produto)
SÍTIO ATIVO:
- A equação de Michaelis-Menten descreve como a velocidade da reação varia com a concentração do substrato
- A velocidade máxima da reação (Vmax) é o número de moléculas de substrato convertidas em produto por unidade de tempo, na qual todas as enzimas estão ligadas aos substratos, logo elas estão saturadas
- A concentração de substrato necessária para atingir a metade da velocidade média (Km) reflete a afinidade da enzima por seu substrato. Quanto maior o Km, maior a afinidade da enzima pelo seu substrato, e vice-versa
CINÉTICA DE MICHAELIS-MENTEN:
OBS: Catálise: Para que uma reação ocorra, as espécies reagentes devem possuir energia que lhes permita atingir um estado reativo, chamado estado de transição. Para levar todos os átomos ou moléculas de um mol de substância ao estado de transição, necessita-se de uma quantidade de energia, em calorias, definida como energia de ativação (Ea), o que determina a velocidade da reação. Quanto menor a energia de ativação, mais moléculas têm energia suficiente para atingir o estado de transição, superando-o, e, assim, mais rápida é a velocidade da reação. Devido à grande energia de ativação, a velocidade das reações químicas não-catalisadas são lentas, diferentemente das catalisadas que são rápidas.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA:
- Inibidor é qualquer substância que é capaz de reduzir a velocidade de uma reação enzimática
- Quando a enzima é inibida, a quantidade de substrato aumenta, pois não haverá a ligação enzima-substrato (ES)
- Inibidores reversíveis (ligados por ligações não-covalentes que não são fortes):
. Competitivos: Substâncias de estrutura muito parecida com a do substrato que concorre diretamente com ele pelo sítio ativo/catalítico da enzima, comprometendo a catálise, porém não há a formação do complexo-substrato, ou seja, de produto (ex: alguns fármacos, estatinas e captopril que é um anti-hipertensivo capaz de inibir a ECA que é a enzima conversora de angiotensina)
. Não competitivos/Alostéricos: Substâncias que podem se ligar tanto à enzima quanto ao complexo enzima-substrato em sítios do ativo, chamados sítios alostéricos/regulatórios (ex: alguns inseticidas se ligam a acetilcolinesterase)
. Incompetitivos: Substâncias que se ligam ao complexo enzima-substrato, mas em um sítio de ligação diferente do que o substrato se liga, logo a ligação do inibidor com a enzima não atrapalha a ligação do substrato com ela, mas gera uma alteração que impede a formação do produto da reação
- Inibidores irreversíveis (ligados por ligações covalentes que são fortes): Substâncias que se ligam covalentemente à enzima, destroem um grupo funcional da enzima essencial à atividade dela ou formam uma associação não covalente estável. A formação de uma ligação covalente entre inibidor irreversível e enzima é uma maneira especialmente efetiva de inativar uma enzima, fazendo com que ela fique bloqueada por muito tempo, possuindo a necessidade de serem formadas novas enzimas 
OBS: As enzimas alostéricas são reguladas por moléculas chamadas de efetores/modificadores, que se ligam de forma não-covalente em outro sítio, sem ser o sítio ativo. Os efetores podem ser positivos (aceleram a velocidade da reação catalisada pela enzima) ou negativos (diminuem a velocidade da reação). Um efetor alostérico pode alterar a afinidade da enzima pelo seu substrato ou modificar a atividade catalítica máxima da enzima ou de ambos 
OBS: O aumento (indução) ou a diminuição (repressão) da síntese da enzima leva a uma alteração na população total de sítios ativos, sem afetar a eficiência das moléculas existentes da enzima. As enzimas sujeitas à regulação da síntese em geral são aquelas que são necessárias apenas 
em um estágio do desenvolvimento ou em condições fisiológicas especiais (ex: níveis elevados de insulina)
OBS: Muitas enzimas podem ser reguladas por modificação covalente, mais frequentemente pela adição (fosforilação) ou pela remoção (desfosforilação) de grupos fosfato de resíduos específicos de aminoácidos (serina, treonina ou tirosina) na enzima, o que pode aumentar ou diminuir a afinidade dela pelo substrato. A fosforilação de proteínas é reconhecida como uma das principais formas pelas quais os processos celulares são regulados. As reações de fosforilação e desfosforilação são catalisadas por uma família de enzimas, denominadas de proteína-cinases, que utilizam trifosfato de adenosina (ATP) como doador de fosfato. Os grupos fosfato de enzimas fosforiladas são clivados/separados pela ação das fosfoproteínas-fosfatases 
INIBIÇÃO COMPETITIVA
INIBIÇÃO INCOMPETITIVA
INIBIDOR IRREVERSÍVEL
INIBIDOR NÃO COMPETITIVO/ALOSTÉRICO
FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO:
- Concentração de substrato
. A velocidade de uma reação catalisada por enzima aumenta conforme 
a concentração do substrato, até atingir a uma velocidade máxima (Vmax)
- Presença de inibidores
. A presença deles diminui avelocidade da reação
- Temperatura
. O aumento da temperatura leva ao aumento da velocidade da reação, pois as moléculas adquirem energia suficiente para atingir o estado de transição. O valor de temperatura no qual a atividade da enzima é máxima, se chama temperatura ótima (entre 35 e 40 graus). Temperaturas muito elevadas resultam na mudança da estrutura da proteína, ou seja, na desnaturação, diminuindo a atividade da enzima
- pH
. Alterações moderadas de pH afetam o estado iônico das cadeias laterais dos aminoácidos das enzimas e, frequentemente, do substrato também. O valor de pH no qual a atividade da enzima é máxima, se chama pH ótimo. O pH muito elevado resulta na mudança da estrutura da proteína, 
ou seja, na desnaturação, diminuindo a atividade da enzima
- Muitas enzimas estão localizadas em organelas específicas dentro da célula. Essa compartimentalização isola o substrato ou o produto da reação de outras reações que possam ser competidoras, o que garante um meio favorável para a reação 
e organiza as milhares de enzimas presentes na célula em vias definidas
- Todas as enzimas são sintetizadas dentro de uma célula
LOCALIZAÇÃO DAS ENZIMAS:
inativação térmica da enzima (desnaturação)
ENZIMAS COM APLICABILIDADE CLÍNICA:
 
1) AMILASE:
- Atua na catálise do amido e glicogênio
- O principal órgão secretor é o pâncreas (amilase pancreática)
- É sensível no diagnóstico de pancreatite aguda, elevando-se 12h após o inicio e persistindo por 3 a 4 dias
- Seu valor é elevado também na caxumba/parótide (pois a amilase pode ser salivar que é secretada na boca), na úlcera péptica perfurada e na obstrução intestinal
- Valores 3 vezes acima do nível normal são considerados significativos
- Valores de referencia: 20 a 105 U/L.
2) LIPASE:
- São enzimas que catalisam a hidrólise dos ésteres de glicerol de ácidos graxos de cadeia longa (triglicerídeos). As ligações éster nos átomos de carbono 1 e 3 são rompidas produzindo 2 mols de ácidos graxos de cadeia longa por mol de triglicerídeo hidrolisado
- O pâncreas o seu principal órgão secretor, logo a lipase é útil no diagnóstico da pancreatite (lipase pancreática) 
- Ela é encontrada também na mucosa gástrica, células intestinais e tecido adiposo
- A lipase aumenta de 2 a 12 h após o inicio do quadro e os valores voltam ao normal de 10 a 14 dias
- A dosagem da atividade da lipase sérica se faz por teste mais específico que o da amilase no diagnostico da pancreatite aguda
- Na pancreatite crônica, a lipase sérica apresenta aumento de valor, mas nos estágios finais da doença ocorre uma destruição do tecido glandular funcionante, provocando redução da quantidade de enzima que entra na circulação
3) FOSFATASE ALCALINA:
- É uma enzima relativamente inespecífica, que catalisa a hidrólise do grupo fosfato terminal de vários fosfomonoesteres
- É encontrada em vários tecidos como no fígado (canalículos biliares), nos ossos e na placenta
- Os níveis de fosfatase alcalina são de grande significados na investigação das desordens hepatobiliar e óssea
- A hiperfosfatasemia é encontrada em várias enfermidades ósseas, especialmente naquelas com osteólise (redução da massa óssea devido à reabsorção dela)
- Discretos aumentos se verificam na osteomalácia (enfraquecimento e desmineralização de ossos maduros), raquitismo, hiperparatireoidismo, fraturas e crescimento ósseo
- Desordens hepatocelulares, como a hepatite e a cirrose, mostram pequeno aumento em seu valor
- Nas enfermidades hepatobiliares, elevações são encontradas principalmente na obstrução extra-hepática (cálculo ou câncer de cabeça de pâncreas) em que esses aumentos são decorrentes do incremento na síntese da enzima, induzida pela colestase. Os principais locais desta síntese são os hepatócitos adjacentes aos canalículos biliares
- Valores muito elevados são encontrados no câncer osteogênico e pequenos aumentos são observados no 3º trimestre de gravidez
obstrução extra-hepática
raquitismo osteomalácia
4) GAMAGLUTAMILTRANSFERASE (GGT):
- Ela catalisa a transferência do grupo gama glutamil de peptídeos para outros peptídeos
- A Gama Glutamiltransferase é encontrada na membrana das células, predominantemente, do fígado e dos rins
- No fígado, a GGT se localiza nos canalículos das células hepáticas e nas células epiteliais que revestem os ductos biliares. Deste modo, seu valor se eleva quando há desordem hepatobiliar e maiores aumentos ocorrem na obstrução biliar pós-hepática
- Ela é mais sensível do que a fosfatase alcalina na icterícia obstrutiva
- Seu valor não se altera em problemas ósseos e na gravidez
- Paciente com hepatite viral e com fígado gorduroso pode possuir um aumento moderado no valor dessa enzima
- A GGT está presente em grande quantidade no reticulo endoplasmático liso (REL), logo ela é suscetível à indução de drogas como fenitoína, fenobarbital e alguns anti-inflamatórios sobre as estruturas microssomais. Os níveis de GGT atingem até 4 vezes o valor normal com o uso dessas drogas
- Devido aos efeitos tóxicos do álcool sobre as estruturas microssomais, a determinação da atividade da GGT é um indicador do alcoolismo, e, nesse caso, eleva de 2 a 3 vezes o valor normal. No caso de abstenção do álcool os níveis retornam ao normal em torno de 2 semanas
OBS: Marcadores de Colestase:
- GAMA GLUTAMIL TRANSFERASE (GGT):
. Localiza-se, principalmente, no epitélio dos ductos biliares, mas também é encontrada nos rins, pâncreas, baço, coração, pulmão e cérebro
. É ausente nos ossos
. Possui meia-vida de 3 a 4 dias
. As drogas indutoras são anticonvulsivante, cumarínicos e álcool
- FOSFATASE ALCALINA (FA):
 . Isoenzimas: hepática, óssea, intestinal, rins, placenta e leucócitos
 . Localiza-se nos hepatócitos e no epitélio biliar 
. Possui meia-vida de 7 dias
. Variações: Valores 4 vezes acima do nível normal: Colestases; Valores 3 vezes acima do nível normal: Inespecíficas
OBS: Colestase:
- Valores 4 vezes acima do nível normal estão relacionados à FA e à GGT, enquanto valores 3 vezes acima do nível normal estão relacionados à TGO/AST e à TGP/ALT
OBS: Necrose celular:
- Valores 8 vezes acima do nível normal estão relacionados à TGO/AST e à TGP/ALT, enquanto valores 3 vezes acima do nível normal estão relacionados à FA e à GGT
5) CREATINA QUINASE (CK):
- Ela catalisa a fosforilação reversível da creatina pela adenosina trifosfato (ATP) com a formação de creatina fosfato
- A CK se encontra em vários tecidos, sendo os principais: músculo esquelético, cérebro e músculo cardíaco, logo a atividade dessa enzima é um indicador sensível no infarto do miocárdio, distrofia muscular, AVC e degeneração nervosa
- Isoenzimas: 
- O aparecimento da CK-MB no plasma apresenta especificidade para o infarto do miocárdio, pois ela aparece no sangue com aumento aproximadamente de 4 a 8 horas após o infarto, com pico de valor após 24 horas
7) TRANSAMINASE GLUTÂMICA OXALACÉTICA (TGO) / ASPARTATO AMINO TRANSFERASE (AST):
- Catalisa a transferência reversível da amina do glutamato para o oxalacetato, formando o ácido alfa-ceto glutárico e o ácido aspártico
- É encontrada em vários tecidos, sendo o fígado e o coração os que apresentam maior importância 
- Apresenta aumento de até 5 vezes no valor normal em pacientes com cirrose e doenças hepáticas obstrutivas e até 25 vezes no valor normal em pacientes com hepatite viral
- Apresenta aumento de seu valor também no infarto do miocárdio
8) TRANSAMINASE GLUTÂMICA PIRÚVICA (TGP) / ALANINA AMINO TRANSFERASE (ALT):
- Catalisa a transferência reversível da amina do glutamato para piruvato
- A TGP é encontrada em vários tecidos em pequenas concentrações, sendo que apresenta maior importância no fígado
- Apresenta aumento no valor normal em pacientes com cirrose e doenças hepáticas obstrutivas
OBS: Marcadores de Necrose:
- TRANSAMINASES
. TGP ou ALT: Localizada no citosol do hepatócito, é praticamente exclusiva do hepatócito e correlaciona-se com grau de necrose, atividade histológica, gravidade e prognóstico. TGO ou AST: Localizada na mitocôndria, presente fígado, coração, músculos, rins, cérebro, pâncreas, pulmão, leucócitos e hemácias, e possui etiologia alcoólica
6) DESIDROGENASE LÁCTICA (DHL):
- Ela catalisa a conversão reversível do lactato a piruvato em uma reação de oxidorredução na presença do NAD+
- A DHL está presente no citoplasma de praticamente todas as células do organismo, sendo que 
alguns tecidos ocorrem em maior quantidade como coração, fígado, músculo esquelético, rins e eritrócitos
- Isoenzimas:
OBS: Relato de casos:
- Um senhor de 63 anos foi admitido no pronto socorro com dor precordial que irradiava para membro superior esquerdo, mandíbula e região cervical. Na rápida anamnese, ele relatou que a dor teve início súbito a cerca de 120 minutos, contou que é hipertenso, tabagista e sedentário. Feito analgesia e realizado eletrocardiograma, RX tórax e exames laboratoriais, os resultados foram: Eletrocardiograma (ECG) normal; RX tórax normal; dentre os exames de sangue, a dosagem de CK-MB estava aumentada (167U/L) VR= até 16U/L: A principal causa diagnóstica desse caso é infarto
- Um jovem de 20 anos procura atendimento médico com queixas de fadiga, náuseas, dor abdominal, perda de apetite e febre baixa. Na sua anamnese, há relato de recente acampamento com amigos em área rural sem água tratada e esgoto a céu aberto. Ao exame físico foi visto icterícia. Os exames mostraram bilirrubina aumentada, AST e ALT aumentadas (ALT/TGP= 540U/L VR até 44U/L; AST/TGO= 330U/L VR até 38U/L: A principal causa diagnóstica desse caso é hepatite A
- Uma senhora de 68 anos foi admitida no pronto socorro com dor abdominal em hipocôndrio direito após festa com libação alcoólica e churrasco com comidas gordurosas. Relata que já teve esses episódios de cólicas abdominais em outros eventos parecidos. O exame indicou abdômen doloroso à palpação em hipocôndrio direito, peristáltico, timpanismo normal e sem visceromegalias. Foram realizadas algumas condutas como analgesia, hidratação, solicitação de exames bioquímicos e ultrassonografia abdominal total. Resultados: Amilase=28 U/L (30 a 120 U/L); Lipase=18U/L (5 a 68U/L); GamaGT=160U/L (7 a 38U/L); Fosfatase Alcalina=540U/L (36 a 110U/L): A principal causa diagnóstica desse caso é obstrução das vias biliares