Praticamente todas as reações no organismo são mediadas por enzimas. Enzimas são proteínas catalisadoras que aumentam a velocidade das reações, sem...

Praticamente todas as reações no organismo são mediadas por enzimas. Enzimas são proteínas catalisadoras que aumentam a velocidade das reações, sem sofrerem alterações no processo global. As enzimas comandam todos os eventos metabólicos, de forma seletiva, pois comandam especificamente os seus substratos. Cada enzima recebe dois nomes: O primeiro é curto e recomendado, conveniente – sufixo “ase” + nome do substrato. Ex: glicosidade e uréase, lactato-desidrogenase. O segundo nome é mais completo e sistemático – As enzimas são divididas em seis classes principais com acréscimo do sufixo “ase” para a descrição completa da reação química catalisada + nomes dos substratos. Ex: lactato:NAD-oxirredutase. Sítios ativos: As enzimas são catalisadores proteicos. Aumentam a velocidade de uma reação química. Não são consumidas durante a reação que catalisam. Sítios ativos compreendem uma região específica, em forma de fenda ou bolso. Esses sítios contém cadeias laterais de aminoácidos que participam da ligação com o substrato e da catálise. A formação do complexo enzima-substrato sofre alteração conformacional para um encaixe induzido que permite a catálise. O complexo enzima-substrato é convertido em enzima-produto que se dissociam. Eficiência catalítica: As reações catalisadas por enzimas são altamente eficientes. Ocorrem 103 a 106 vezes mais rapidamente que as reações não catalisadas. Número de renovação (turnover) ou Kcat é o número de moléculas de substrato convertidas em moléculas de produto por uma molécula de enzima em um segundo. Valor de Kcat = 102 a 104 s-1. Especificidade: As enzimas são altamente específicas. Interagem com um ou alguns poucos substratos. Catalisam apenas um tipo de reação química. Holoenzimas: Algumas enzimas precisam de outras moléculas além da proteína para sua atividade enzimática. Holoenzima: enzima ativa com seu componente não proteico (cofatores e coenzimas). Ex de cofatores: íons metálicos Zn2+. Ex de coenzimas (cosubstratos): molécula orgânica pequena que, se retornar ao seu estado original após uma reação enzimática, é chamada de grupo prostético - vitaminas. Apoenzima: enzima sem seu componente proteico e é inativa. Regulação: A atividade enzimática pode ser regulada, isto é, enzimas podem ser ativadas ou inibidas. A velocidade de formação de produto tem a finalidade de responder às necessidades da células. Localização dentro da célula: Podem estar localizadas em organelas específicas para isolar o substrato ou o produto da reação de outras reações competitivas. Funcionamento das enzimas: Catálise – aborda as alterações de energia que ocorrem durante a reação. Energia livre de ativação – é a diferença de energia dos reagentes e aquela de um intermediário de alta energia que ocorre durante a formação do produto. Velocidade da reação- duas moléculas reagem entre si se tiver energia suficiente para superar a barreira de energia do estado de transição. Rota alternativa da reação - uma enzima permite que uma reação ocorra rapidamente nas condições normais da célula através de uma rota alternativa com menor energia livre de ativação. Sítio ativo – máquina molecular complexa que facilita quimicamente a conversão do substrato em produto. Fatores que interferem na eficiência catalítica das enzimas: 1) Estabilização do estado de transição: O sítio ativo atua como molde molecular flexível, que se liga ao substrato e inicia a conversão para o estado de transição. Ao estabilizar o estado de transição, a enzima aumenta muito a concentração do intermediário reativo, que pode ser convertido em produto. 2) Outros mecanismos: O sítio ativo pode fornecer grupos catalíticos que aumentam a probabilidade de o estado de transição se formar pois eles podem participar em uma catálise ácido básica geral doando ou aceitando prótons ou a formação de complexo covalente. Fatores que afetam a velocidade da reação: As enzimas podem ser isoladas das células e ter as suas propriedades estudas in vitro. Diferentes enzimas mostram diferentes respostas às alterações de concentração de substrato, temperatura e pH. Concentração do substrato: 1) Velocidade máxima: a velocidade de uma reação é o número de moléculas de substrato convertidas em produto por unidade de tempo (µmol/min). A velocidade de uma reação catalisada aumenta com a concentração do substrato até uma velocidade máxima. 2) Cinética de Michaelis-Menten: Representada com gráfico em formato hiperbólico. Esse é um modelo que explica a maioria das características das reações catalisadas por enzimas. Nesse modelo, a enzima combina-se reversivelmente com o substrato que subsequentemente forma o produto, regenerando a enzima livre. Temperatura: A velocidade de reação aumenta com a temperatura até um pico. Nessas condições, atinge-se um número maior de moléculas com energia suficiente para atravessar a barreira da energia de ativação e formar produtos da reação. Porém, uma elevação maior da temperatura resulta em redução da velocidade de reação devido desnaturação da enzima. pH: O processo catalítico requer que a enzima e o substrato tenham determinados grupos químicos em estado ionizado ou não para interagirem. Valores extremos de pH podem levar à desnaturação da enzima. O pH ótimo varia de acordo com a enzima. Concentração do substrato: A equação de Michaelis-Menten descreve como a velocidade da reação varia com a concentração do substrato. Inibição competitiva: Ocorre quando o inibidor liga-se reversivelmente ao mesmo sítio que o substrato ocuparia. O efeito do inibidor competitivo pode ser revertido com o aumento da [S]. Um inibidor competitivo aumenta o Km aparente para determinado substrato. Inibição da atividade enzimática: Qualquer substância que é capaz de diminuir a velocidade das reações catalisadas por enzimas é chamada de inibidor. Inibidores irreversíveis ligam-se às enzimas por meio de ligações covalentes. Inibidores reversíveis ligam-se às enzimas por meio de ligações não covalentes. Inibição não-competitiva: Acontece quando o inibidor e o substrato ligam-se a sítios diferentes na enzima. Essa inibição não pode ser superada pelo aumento da concentração do substrato. Não há interferência no valor de km. Exemplo de inibidores não competitivos são os organofosforados que resultam na ligação covalente ao sítio catalítico da enzima AchE. Outros exemplos de fármacos inibidores enzimáticos: Antibióticos β-lactâmicos em enzimas envolvidas na síntese de parede celular bacteriano. Anti-hipertensivos inibidores de ECA. Regulação das enzimas alostéricas: São reguladas por moléculas moduladoras que se ligam de forma não covalente a outro sítio que não o sítio ativo. A presença de um efetor alostérico pode alterar a afinidade da enzima pelo substrato ou modificar a atividade catalítica máxima da enzima. Efetor positivo é aquele que aumenta a atividade da enzima. Efetor negativo é aquele que diminui a atividade da enzima. Efetores homotrópicos: O próprio substrato atua como efetor – efeito homotrópico. Efetores heterotrópicos: O efetor por ser diferente do substrato. Ex: inibição por retroalimentação. Regulação das enzimas por modificação covalente: Frequentemente pela adição ou pela remoção de grupos fosfato de resíduos específicos de serina, treonina ou tirosina na enzima. O processo de fosforilação de proteínas é uma das principais formas de regulação celulares. Esses processos são catalisados pel