Enzimas: Conceito e Funcionamento

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Enzimas 
CONCEITO 
As enzimas são proteínas que catalisam as 
reações biológicas por meio de mecanismos que 
reduzem a energia de ativação, aumentando, 
assim, a velocidade da reação. A enzimas não 
alteram o equilíbrio da reação. 
COENZIMAS 
Coenzimas são enzimas que necessitam de 
moléculas orgânicas ou metalorgânicas para seu 
funcionamento. Elas funcionam como 
carreadores transitórios de grupos funcionais 
específicos. 
COFATORES 
Cofatores são compostos químicos como os íons 
inorgânicos que as enzimas necessitam para o 
seu funcionamento. 
HOLOENZIMAS 
Holoenzimas são enzimas completas, ou seja, 
cataliticamente ativa, junto com a sua coenzima 
e/ou íons metálicos. 
APOENZIMA 
Apoenzima é a parte proteica de uma 
holoenzima. 
CATALIZADORES BIOLÓGICOS 
As atividades catalíticas dependem da estéreo-
especificidade da enzima. Desta forma, sua 
estrutura é essencial para o bom 
funcionamento catalítico. As enzimas são 
classificadas de acordo com a reação que 
catalisam. 
O princípio de funcionamento catalítico consiste 
em um sitio ativo, bolsão da enzima, e um 
substrato, molécula que se liga ao sitio ativo e 
sobre a qual a enzima age. 
 
TEORIA DA CATÁLISE 
A teoria da catálise visa afirmar que um 
catalisador reduz a barreira energética criando 
recursos alternativos da reação para a formação 
do estado de transição. Desta forma, considere-
se a reação: 
 
No equilíbrio da reação, as velocidades direta e 
indireta se igualam. Desta forma, as 
concentrações de todos os reagentes não se 
alteram mais. 
 
A termodinâmica da reação não se altera. Com 
isso, o catalisador não é consumido na reação e 
pode atuar em baixar concentrações. 
 
ENERGIA DE ATIVAÇÃO 
Energia de ativação ou barreira energética é a 
quantidade de energia mínima necessária para a 
reação ocorrer. 
Os principais fatores físicos e termodinâmicos 
que aumentam a energia de ativação são a 
redução da entropia, a dessolvatação, a 
distorção do substrato e o ajuste induzido que 
seria a necessidade de um alinhamento 
apropriado dos grupos funcionais catalíticos das 
enzimas. 
ESTADO DE TRANSIÇÃO 
Forma molecular intermediária entre o reagente 
e o produto, existe somente no alto grau 
energético, ou seja, no topo da curva da 
barreira energética. Esse estado de transição é 
altamente instável. 
No estado de transição, as interações fracas 
entre enzima e substrato são otimizadas, visto 
que o sítio ativo da enzima são complementares 
aos estados de transição que o substrato passa. 
TERMODINÂMICA 
O equilíbrio da reação está relacionado a 
variação da energia livre padrão da reação, 
∆G'º, e a velocidade da reação à energia de 
ativação ∆G¹. 
O equilíbrio é descrito por uma constante 
de equilíbrio, Keq, logo : 
Keq = [ P ] 
 [ S ] 
Na termodinâmica, relaciona-se a energia livre 
padrão da reação e a constante de equilíbrio da 
seguinte forma: 
 
lnKeq = ∆G'º 
 - RT 
Keq = e-∆G'º/RT 
Em que, 
R -> constante universal dos gases 
T -> temperatura em kelvin 
A velocidade da reação é expressa por: 
V = K[S] 
Em que, 
K é a constante de velocidade. 
A partir da teoria do estado de transição pode-
se derivar a expressão que relaciona a 
magnitude da constante de velocidade e a 
energia de ativação. 
 
 
Onde, 
K -> constante de Boltzmann 
h -> constante de Planck 
Essa expressão matemática explica porque a 
relação entre a energia de ativação e a 
velocidade da reação são inversamente 
proporcionais. 
ENERGA DE LIGAÇÃO (∆GB) 
A energia de ligação é a energia derivada da 
interação substrato-enzima. 
Esta energia de ligação é a principal fonte de 
energia livre utilizada pelas enzimas para A 
diminuição da energia de ativação das reações. 
Essa energia contribui tanto para a 
especificidade como para a catálise. 
 
TIPOS DE CATÁLISES 
Quando o substrato se encontra ligado à 
enzima, os grupos funcionais específicos 
posicionados de modo apropriado ajudam no 
rompimento e na formação de ligações por 
vários mecanismos como: catalise acidobásico, 
catalise covalente e catalise por íons metálicos. 
CATÁLISE ACIDOBÁSICA 
A catalise acidobásica é do tipo que usa apenas 
H+ ou íons OH- presente na água. Seu princípio 
básico é a transferência de elétrons na reação. 
 
 
 
CATÁLISE COVALENTE 
Na catálise covalente há a formação de uma 
ligação covalente transitória entre a enzima e o 
substrato. A enzima tem grupo funcional 
especifico sendo um nucleofilo. 
 
CATÁLISE POR ÍONS METÁLICOS 
Os metais podem participar da catálise de 
diversas maneiras. As interações iônicas entre 
metais ligados a enzimas e substratos podem 
ajudar a orientar o substrato para a reação ou 
estabilizar estados de transição carregados. 
 
 
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
Leonor Michaelis e Maud Menten postularam 
que a enzima forma o complexo enzima-
substrato por meio de uma etapa reversível e 
rápida. 
 
Então, o complexo ES é rompido em uma 
segunda etapa mais lenta, fornecendo a enzima 
livre e o produto. 
 
Uma vez que a segunda etapa é a mais lenta, é 
ela quem determina a velocidade global da 
reação. Desta forma, a velocidade da reação 
está relacionada com a concentração do 
complexo ES. 
 
 
Onde: 
E -> enzima 
S -> substrato 
P -> produto 
VELOCIDADE MÁXIMA DA REAÇÃO 
A velocidade inicial máxima de uma reação 
catalisada ocorre quando quase toda a enzima 
existe na forma de complexo ES e a [E] estiver 
baixa. Nessas condições, diz-se que a enzima 
está “saturada” com o substrato e a adição de 
mais substrato não alteraria a velocidade. 
 
A equação que relaciona a velocidade inicial e a 
concentração de substrato chama-se equação 
de Michaelis-Menten, é expressa como: 
 
Em que Km significa a constante michieliana. 
ENZIMA MICHAELIANA 
As enzimas michaeliana são enzimas que 
apresentam graficamente uma curva 
hiperbólica e que sua velocidade de reação 
pode ser calculada como sendo: 
V0=Vmáx/2 
E que a constante Michaeliana é igual a 
concentração de substratos. 
Km = [S] 
FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE 
ENZIMÁTICA 
As enzimas apresentam características 
específicas que permite sua ativação ou 
inativação de acordo com o ambiente que a 
mesma é exposta. Tais características seria o 
pH, em que a atividade enzimática é máxima 
somente se a mesma estiver em seu pH ótimo. 
INIBIDORES DE ENZIMAS 
Os inibidores de enzimas são moléculas que 
interferem a catálise, diminuindo ou 
interrompendo as reações catalíticas. Existem 
duas classes de inibidores, a saber os reversíveis 
e os irreversíveis. 
INIBIDORES REVERSIVEIS 
Um exemplo de inibição reversível seria a 
inibição competitiva. Neste caso, o inibidor 
competitivo compete com o substrato pelo sítio 
ativo da enzima, impedindo, assim, a catálise. 
Deve-se observar que o inibidor não inativa a 
enzima, apenas ocupa o seu sítio ativo, e assim 
que haver a dissociação, o substrato consegue 
se ligar à enzima. 
Outros exemplos de inibidores reversíveis 
seriam inibidores incompetitivos e mistos. 
Inibidores incompetitivos ligam-se ao complexo 
enzima substrato (ES), não ao sitio ativo da 
enzima. Já no caso dos inibidores mistos, estes 
podem se ligam tanto à enzima como ao 
complexo ES. 
INIBIDORES IRREVERSÍVEIS 
Os inibidores irreversíveis ligam-se 
covalentemente com ou destroem um grupo 
funcional essencial para a enzima, e então 
formam associações não estáveis. Desta forma, 
o inibidor inativa a atividade enzimática. 
ENZIMAS REGULATÓRIAS 
As enzimas regulatórias são enzimas que 
trabalham conjuntamente em vias sequenciais 
para realizar determinado processo metabólico. 
Exemplos de enzimas regulatórias seriam as 
enzimas alostéricas (não-covalente), e 
modificadores covalentes. 
ENZIMAS ALOSTÉRICAS 
Enzimas alostéricas são enzimas que sofrem 
ajustes conformacionais por conta a ligação de 
moduladores. Estas são enzimasreversíveis e 
não covalentes. Graficamente são 
representadas por uma curva sigmóide 
diferentemente das enzimas não regulatórias 
(michaelianas) 
MODIFICADORES COVALENTES 
Os modificadores covalentes alteram atividade 
de um ou mais resíduos de aminoácidos da 
molécula da enzima. Em geral os grupos 
modificadores incluem a fosforila, acetila, 
adenilina, uridilina, metila, amida, carboxila, 
hidroxila dentre outros. 
A ligação de grupos fosforila a resíduos de 
aminoácidos é catalisada pela protease cinase. 
Já a remoção do grupo fosforila das proteínas 
alvos é feito pela fosfoproteinas – fosfatases. 
 
A imagem acima exemplifica a ação das 
proteases cinase e fosfatase. A fosforilase beta e 
alfa se referentes as formas do glicogênio, 
sendo a alfa mais ativa do que a beta.