Post on 26-Dec-2015
FACULDADE SÃO LUCAS
DISCIPLINA: BIOQUÍMICA
Professor: Dr. Anselmo E. Ferrer Hernández
TEMA: ENZIMOLOGÍA I
“ CARACTERÍSTICAS GERAIS DAS
ENZIMAS”
SUMÁRIO:
●-Enzimas: Definição
●Desenvolvimento histórico.
●Propriedade das enzimas. 1.Ação catalítica.., 2.Estéreo-
especificidade
3. Ação reguladora,, 4. Reversibilidade
●-Nomenclatura
●Classificação das enzimas
●-Complexo enzima-Substrato.
●Co-Fatores enzimaticos . 1.Co-enzima, 2.Grupo prostético.
3.Ativadores
BIBLIOGRAFIA BÁSICA
LEHNINGER, PRINCÍPIOS DE BIOQÙÍMICA
Cap. 8 ( Pág. 189-224)
Apostilha do professor> (Texto e Projeção)
OBJETIVOS:
-Que os alunos conheçam:
●-A estrutura e as propriedades químicas das
enzimas, bem como sua ação catalítica.
●-As principais teorias que explicam a união das
enzimas com o substrato.
●-As características mais gerais dos componentes do
complexo funcional enzimático.
DESENVOLVIMENTO:
Enzimas. As mudanças químicas que têm lugar na matéria viva se
realizam quase em sua totalidade pela ação de catalisadores
biológicos específicos denominados ENZIMAS.
Definição
“A enzimas podem definir-se como catalisadores orgânicos
produzidos nos organismos vivos e capazes de funcionar fora da
célula ou organismo que os produz.”
O conhecimento da existência das enzimas surgiu como conseqüência
dos estudos realizados acerca do mecanismo químico da digestão e a
fermentação.
Desenvolvimento histórico:
●-No século XVII Vão Helmont sugeriu que a digestão consistia na
transformação química dos alimentos mediante a ação dos fermentos.
●-Berzelius em 1836 designou esta ação dos fermentos com o termino
de catálise.
●-As primeiras enzimas isoladas foram a DIASTASA, e a PEPSINA, por
Payan e Pearson , e por Schawnn e Evely, respectivamente, entre os
anos 1833-1936..
● Vinte anos depois Convesant descobriu a TRIPSINA; estas enzimas
participam na transformação dos alimentos no processo da digestão.
●-A finais do século XIX Pasteur afirma que a fermentação era
catalizada por enzimas e postulou “que estas se encontram unidas
de modo inseparável à vida e a estrutura da célula.”
● No entanto, Büchner em 1892 extraiu as enzimas que catalisam a
transformação da glicose em álcool e dióxido de carbono. , uma
das fermentações mais características das células do fermento; isto
demonstrou que as enzimas podiam atuar independentemente da
estrutura da célula e com isso se sentaram as bases da enzimologia
moderna, cujo rápido desenvolvimento contribuiu a impulsionar
o avanço da BIOQUÍMICA.
● No entanto, não foi até muitos anos depois que se pôde isolar o
primeiro enzima em forma cristalina( A UREASE, isolada por
Summer(1926)) e
●em 1930 e 1936 Nortrop, isolou a PEPSINA, a TRIPSINA e a
QUIMOTRIPSINA em forma cristalina, o que permitiu
estabelecer a natureza e constituição química das enzimas.
Atualmente + 2000 enzimas são conhecidas.
Propriedade das Enzimas . Natureza química:
●Demonstrou-se experimentalmente, que a maioria das enzimas
conhecidas são de natureza proteicas, e mais recentemente foram
reconhecidas as Ribozimas, que são RNAs que tem ação catalítica.
●As enzimas que são proteínas tem as mesmas propriedades que as
Proteínas.
●A análise dos aminoácidos que estruturam as moléculas enzimáticas
são similares às que estão presentes em outras proteínas:
●São alfa aminoácidos e se pode afirmar que todas as enzimas são
proteínas, mas não todas as proteínas são enzimas.
ENZIMAS –
ESTRUTURA
RNA
Estrutura Enzimática
Ribozimas
Se covalente
Apoenzima ou Apoproteína
Grupo Prostético
Holoenzima
Cofator
Coenzima
Proteína
Pode ser: • íon inorgânico • molécula orgânica
•Apresentam alto grau de especificidade;
•São produtos naturais biológicos;
•Reações baratas e seguras;
•São altamente eficientes, acelerando a velocidade
das reações (108 a 1011 + rápida);
•São econômicas, reduzindo a energia de ativação;
•Não são tóxicas;
•Condições favoráveis de pH, temperatura,
polaridade do solvente e força iônica.
ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS
Característica Enzimas Catalisadores Químicos
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estrutura complexa simples
Sensibilidade à T e pH alta baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica (geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) alto moderado
Natureza do processo batelada contínuo
Consumo de energia baixo alto
Formação de subprodutos baixa alta
Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples
Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa
Presença de cofatores sim não
Estabilidade do preparado baixa alta
Energia de Ativação baixa alta
Velocidade de reação alta baixa
Comparação das enzimas com catalisadores químicos
●As proteínas que têm ação enzimática possuem iguais propriedades
químicas que o resto das proteínas, mas, as que têm ação enzimática
têm outras propriedades que as diferenciam do resto das proteínas e
que está relacionado com seu modo de ação.
●As enzimas apresentam uma estrutura NATIVA ou PRIMÁRIA
determinada pela seqüência dos aminoácidos na Cadeia Poli-peptídica,
e onde a complexidade em que esta Cadeia se dispõe no espaço ( Alfa
Hélice ou de Folha Pregeada), considera-se um nível de Estrutura
Secundário, um terciário e um nível quaternário.
●Em todas as enzimas, a disposição espacial da Cadeia poli-peptídica
atinge como mínimo um nível terciário ou Estrutura Terciária e é esta a
que lhe confere capacidade catalítica, já que este nível de
complexidade determina a formação de lugares específicos de união da
enzima com a molécula que vai ser transformada, que recebe o nome de
SUBSTRATO.
● O lugar de união da enzima com o substrato recebe o nome de
CENTRO OU SITIO ATIVO.
●No caso das enzimas também se lhe aplica o termino
OLIGÓMERO, àquelas que estão constituídas por mais de uma
cadeia de proteína e PROTÓMEROS a cada una de suas
cadeias..
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS:
●No estudo realizado em Química Orgânica, vocês estudaram as
propriedades gerais das proteínas,e podem lembrar, que estas
substâncias têm caráter anfótero, muitas delas precipitam frente a
determinados reagentes ou frente a diferentes fatores físicos, etc.
●No entanto, por possuir as enzimas atividade catalítica elas
apresentam propriedades particulares que as diferenciam das demais
proteínas. Estas propriedades são:
●AÇÃO CATALITICA
●ESPECIFICIDAD (ESTEREOESPECIFICIDAD)
●AÇÃO REGULADORA
●REVERSIBILLIDADE
AÇÃO CATALÍTICA. ESTRUTURA DO CENTRO OU SITIO
ATIVO.
●Todas as enzimas, além de possuir estrutura primária, secundária ,
terciária e em alguns casos quaternária, possuem um lugar
específico dentro da molécula denominado CENTRO ATIVO ,
SITIO ATIVO OU SITIO CATALÍTICO.
●Este por suposto, está na Cadeia Poli-peptídica , e não é mais do
que a parte da enzima que se combina com o substrato.
● O Centro Ativo está formado por uma agrupação especial e
específica de aminoácidos, constituindo uma parte muito pequena
do enzima, e está determinado pela estrutura terciária ou
quaternária .
Os aminoácidos que formam parte do Centro Ativo têm duas
funções fundamentais:
1- FIXAR O SUBSTRATO AO CENTRO ATIVO
2- TRANSFORMAR O SUBSTRATO EM PRODUTO.
●Os aminoácidos que fixam o substrato ao Centro Ativo recebem o
nome de AMINOÁCIDOS DE FIXAÇÃO O CONTATO.
●Os que se ocupam de transformar ao substrato em produto,
recebem o nome de : AMINOÁCIDOS CATALÍTICOS.
●Os aminoácidos da Cadeia de proteína que não participam na
estrutura do Centro Ativo, servem de suporte à estrutura e
disposição espacial do Centro Ativo.
●
Os aminoácidos que formam o Centro Ativo têm grupos funcionais
que facilitam tanto a fixação como a transformação do substrato
em produto; estes grupos são:
O NH2, presentes na Lisina, o COOH do ácido Glutámico ou
Aspartico, o OH da Serina , o SH da Cisteina, etc.
Estes grupos podem atuar, em dependência de suas
características estruturais como bases ou como ácidos ou como
Agentes Nucleofílicos ( doadores de elétrons) ou como Agentes
electrofílicos( aceptores de elétrons).
ALGUNS MODELOS PROCURAM EXPLICAR A ESPECIFICIDADE
SUBSTRATO / ENZIMA:
MODELO CHAVE/FECHADURA :
-Prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria
rígido como uma fechadura.
- Não explica a reversibilidade das enzimas.
ENZIMAS –
LIGAÇÃO ENZIMA -
SUBSTRATO
Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das enzimas originou Chave-Fechadura , que considera que a enzima possui sitio ativo complementar ao substrato.
ENZIMAS –
LIGAÇÃO ENZIMA -
SUBSTRATO
Koshland (1958): Encaixe Induzido , enzima e o o substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição.
Modelo do Ajuste Induzido :
● Prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, nas sim
moldável à molécula do substrato; a enzima se ajustaria à molécula do
substrato na sua presença.
EXEMPLO: ENZIMA HEXOQUINASE
Hexocinase de levedura na ausência de Glicose
Hexocinase de levedura na presença de Glicose
Além disso, a ligação do substrato na enzima causa mudanças estruturais
que a mantém mais estável. Esse é o caso da hexocinase, que sofre uma
grande mudança conformacional quando glicose se liga ao seu sítio
ativo:
Mecanismo Geral de Catálise
●As enzimas aceleram a velocidade de uma reação por diminuir a
ENERGIA LIVRE DE ATIVAÇÃO da mesma, sem alterar a
termodinâmica da reação, ou seja:
●A energia dos reagentes e produtos da reação enzimática e de sua
equivalente não enzimática são idênticas.
●Para se superar a energia de ativação de uma reação, passa-se pela
formação de um estado intermediário chamado "Estado de
Transição", sempre um composto instável e de alta energia,
representado por "Ts", ligado com altíssima afinidade ao sítio
catalítico.
●Nas reações enzimáticas, este composto de transição "Ts"
não pode ser isolado ou mesmo considerado um
intermediário, uma vez que não é liberado para o meio de
reação; sua formação ocorre NO SÍTIO CATALÍTICO da
enzima!!
●Como a afinidade do "Ts" ao sítio catalítico é muito maior
que a afinidade do substrato com o mesmo, a pequena
quantidade de moléculas em "Ts" será rapidamente
convertida em produto.
● Assim, todo o fator que leva a um aumento do número de
moléculas em "Ts" aumenta a velocidade da reação.
Especificidade Substrato \ Enzima
●As enzimas são muito específicas para os seus substratos;
●Esta especificidade pode ser relativa a apenas um substrato ou
a vários substratos ao mesmo tempo.
●A especificidade pode considerar-se como a propriedade mais
destacada das enzimas e se manifesta na capacidade que têm
as enzimas para combinar-se em forma especifica com um
substrato determinado por apresentar afinidade entre os
grupos químicos presentes no Centro Ativo e no Substrato.
A especificidade pode ser ABSOLUTA OU RELATIVA.
●ABSOLUTA: Quando a enzima é especifica para um tipo de ligação
correspondente a um substrato único; inclusive a enzima não inter-
atua com outro substrato de estrutura muito similar ou relativa.
Exemplo: A enzima ASPARTASE que só transforma ao ácido
Fumárico em Aspartico por adição de amônia ao dupla ligação e não
o faz em outros ácidos não-saturados:
-OOC H COOH
C NH3 CH2
C Aspartase H-C - NH2 + H +
H COO - COOH
Fumarato Ácido Aspartico
●A especificidade relativa se manifesta naquelas enzimas
capazes de transformar mais de um substrato, sendo
variável a afinidade desta por cada substrato.
●A especificidade relativa se apresenta em quatro
modalidades:
●a)Completa de Grupo (Ex. Grupo éster)
●b)Relativa de Grupo ( Ex. Ligação amida)
●c)Genérica de Classe ( oxido-reduçaõ)
●d)Estereo-específica ( isômeros D e não L)
Pode dizer-se, por tanto que a especificidade enzimática determina o
destino de um Metabolito e que numa célula existem numerosas
enzimas diferentes. Um exemplo ilustrativo do antes exposto, pode
ser representado no seguinte esquema:
GLICOSE + ATP 6-P- GLUCONOLACTONA
GLICOSE-6-P.
GLICOSE-1-P FRUTOSE-6-P.
AÇÃO REGULADORA
Regulação Enzimática
●Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, atuando
assim como moduladoras do metabolismo celular.
●Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros
processos metabólicos pela célula.
●Além dos mecanismos já citados de modulação de atividade
enzimática - por variação da concentraçãodo substrato, ou por
inibição enzimática, por exemplo - existem 2 modelos de
regulação enzimática mais conhecidos:
●MODULAÇÃO ALOSTÉRICA:
●Ocorre nas enzimas que possuem um SÍTIO DE MODULAÇÃO, ou
ALOSTÉRICO, onde se liga de forma não-covalente um modulador
alostérico que pode ser positivo (ativa a enzima) ou negativo (inibe a
enzima).
● A ligação do modulador induz a modificações conformacionais na
estrutura espacial da enzima, modificando a afinidade desta para
com os seus substratos;
●Um modelo muito comum de regulação alostérica é a inibição por
"FEED-BACK", onde o próprio produto da reação atua como
modulador da enzima que a catalisa.
MODULAÇÃO COVALENTE:
●Ocorre quando há modificação covalente da molécula da
enzima, com conversão entre formas ativa/inativa.
●O processo ocorre principalmente por adição/remoção de
grupamentos fosfato de resíduos específicos de serina.
REVERSIBILIDADE:
●As enzimas podem reagir nas duas direções.
● Elas podem reagir com um substrato e obter um produto e
logo podem reagir com o Produto pra obter novamente o
substrato de partida.
●Exemplo: Na reação da Glicose 6-P para formar a Frutose 6-
P, a enzima Isomerase catalisa tanto a reação direta como a
reação inversa, de formação de Glicose 6-P a partir da
Frutose-6-P
E: ISOMERASE
Glicose-6-P Frutose -6-P
NOMENCLATURA DAS ENZIMAS
Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática:
Nome Recomendado:
Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com enzimas;
Utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Exs: Urease,
Hexoquinase, Peptidase, etc
Nome Sistemático:
Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função
metabólica da enzima. Ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase
Nome Usual :
Consagrados pelo uso; Exs: Tripsina, Pepsina, Ptialina.
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS:
●As enzimas podem ser classificadas de acordo com vários critérios.
O mais importante foi estabelecido pela União Internacional de
Bioquímica (IUB), e estabelece 6 classes:
1955 - Comissão de Enzimas (EC) da União Internacional de
Bioquímica (IUB) nomear e classificar as Enzimas
Cada enzima código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de reação
catalisada: 1° dígito - classe
2° dígito - subclasse
3° dígito - sub-subclasse
4° dígito - indica o substrato
- Oxidorredutases:
São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, e de
Hidrogênio, ou seja: reações de oxi-redução. São as Desidrogenases e
as Oxidases
- Transferases :
Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos
funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Como
exemplo temos as Quinases e as Transaminases
- Hidrolases :
Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: As
peptidades, Lipases, etc
-Liases
Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de
moléculas de água, amônia e gás carbônico. As Desidratases e as
Descarboxilases são bons exemplos
●Isomerases
Catalisam reações de inter-conversão entre isômeros ópticos ou
geométricos. As Epimerases , Racemases, Isomerases, etc, são
exemplos.
●Ligasè
Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da
ligação entre duas já existentes, sempre às custas de energia (ATP).
São as Sintetases.
Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas.
1. Oxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons)
1.1.atuando em CH-OH
1.2.atuando em C=O
1.3.atuando em C=O-
1.4.atuando em CH-NH2
1.5.atuando em CH-NH-
1.6.atuando em NADH, NADPH 2.Transferases (transferem grupos funcionais entre moléculas)
2.1.grupos com um carbono
2.2.grupos aldeído ou cetona
2.3.grupos acil
2.4.grupos glicosil
2.7.grupos fosfatos
2.8.grupos contendo enxofre 3.Hidrolases (reações de hidrólise)
3.1.ésteres
3.2.ligações glicosídicas
3.4.ligações peptídicas
3.5.outras ligações C-N
3.6.anidridos ácidos
4.Liases (catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico)
4.1. =C=C=
4.2. =C=O
4.3. =C=N-
5.Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros)
5.1.racemases
6.Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-existentes, sempre às custas de energia)
6.1. C-O
6.2. C-S
6.3. C-N
6.4. C-C
Subclasses
Exemplos deSubclasses
Tipo de reação catalisada Classe
Hidratases Adicionam H2O à ligas duplas Liases
Quinases Transferem fosforilas do ATP Transferase
Mutases Movem fosforilas dentro damesma molécula
Isomerase
Sintases Síntese independente de ATP Transferases
Sintetases Síntese dependente de ATP Ligases
ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato
IUB - ATP:glicose fosfotransferase
E.C. 2.7.1.1
2 - classe - Transferase
7 - subclasse - Fosfotransferases
1 - sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila como receptor
1 - indica ser a D- glicose o receptor do grupo fosfato
Nome trivial: Hexoquinase
PARA SEU ESTUDO AS ENZIMAS SÃO CLASSIFICADAS EN
DOIS GRANDES GRUPOS.
ENZIMAS SIMPLES: APOENZIMAS
●São formadas só por a cadeia poli-peptídica que atua na catálise
enzimática sem necessidade de outros fatores.
●Tais enzimas são chamadas de Apoenzimas
●Exemplo: A enzima Urease que transforma a Ureia em Dióxido de
Carbono e Amônia
E: UREASE
UREIA + H2 O CO2 + NH3
ENZIMAS COMPLEXAS: HOLOENZIMAS
●As enzimas complexas precisam , além da parte proteica da enzima
de outros fatores para poder realizar sua ação catalitica.
●Tais enzimas são chamadas de Holoenzima.
HOLOENZIMAS= APOENZIMA + COFATORES
Exemplo: A enzima Hexoquinase que fosforila a Glicose e a
transforma em Glicose-6-P
ATP ADP
GLICOSE GLICOSE -6-P
( Mg 2+)
CO-FATORES ENZIMATICOS:
●Cofatores são pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que
podem ser necessárias para a função de uma enzima;
●Estes cofatores podem o não estar ligados permanentemente à
molécula da enzima mas, na ausência deles, a enzima é inativa;
●Podem atuar segundo 3 modelos:
-Ligando-se à enzima com afinidade semelhante à do substrato
-Ligando-se covalentemente em local próximo ou no próprio sítio
catalítico da apoenzima
- Atuando de maneira intermediária aos dois extremos acima citados.
Coenzimas ●São compostos orgânicos, quase sempre derivados de vitaminas, que
atuam em conjunto com as enzimas. Substratos e coenzimas ligam-se
fraca e temporariamente às enzimas
●
GRUPOS PROSTÉTICOS
●Algumas enzimas contém uma parte não protéica que pode operar
como aceptor de elétrons.
●O grupo prostético mais conhecido é FAD (Flavina Adenina
Dinucleotídeo), que participa de reações de oxi-redução como NAD e
NADP (que são coenzimas solúveis).
● A diferença entre coenzimas, substratos e grupamentos prostéticos
é sutil e varia mais no grau que no tipo de relação com a enzima.
●Os grupos prostéticos estão firmemente presos ao centro ativo.
Enzimas deste tipo são, portanto, proteínas conjugadas; o
fragmento não protéico é chamado de "grupamento
prostético".
● Co-enzimas podem difundir, pois não estão firmemente
presas à enzima, como se dá com os grupos prostéticos.
● O grupamento prostético funciona como um aceptor de
elétrons (agente oxidante) "embutido" no próprio centro
ativo; necessariamente terá que passar os elétrons para um
outro aceptor.
ATIVADORES
Muitas vezes formam parte do Sitio Ativo da Enzima.
●São ánions ou cátions que participam no processo de
ativação do Sitio Ativo das enzimas.
●Certos oligo-elementos são ativadores de enzimas, agindo
em seu sítio ativo ou diretamente na estrutura da proteína
enzimática, modificando sua forma operacional ou
aumentando sua estabilidade. Exemplo. ●Mg 2+, Mn 2+, Zn 2+, Co 2+, Cl- , PO4 3- , etc
● Outros oligo-elementos incorporam-se à estrutura das
vitaminas, como é o caso do cobalto em relação à vitamina
B12; outros agem como co-fatores enzimáticos, participando
da síntese de moléculas de hormônio, ou diretamente sobre
elas, ou ainda, possuem ação direta nos receptores
hormonais.
DISCIPLINA: BIOQUÍMICA
TAREFA NO. 4 ENZIMAS
ENZIMOLOGIA I
1.QUAIS SÃO AS VANTAGENS DAS ENZIMAS EM RELAÇÃO AOS CATALISADORES NÃO-
BIOLÓGICOS ?
2.? QUAL É A FUNÇÃO DE UMA ENZIMA , EM UMA REAÇÃO ?
3./ QUE É O SITIO ATIVO DE UMA ENZIMA E COMO ELE É FORMADO?
4.? QUAIS SÃO AS PROPRIEDADES DE UMA ENZIMA ?
5.? COMO SÃO CLASSIFICADAS AS ENZIMAS DE ACORDO COM O TIPO DE REAÇÃO QUE
ELAS CATALISAM?
6.? QUE É O CONCEITO DE APOENZIMA E DE HOLOENZIMA ?
7.? QUE SÃO OS CO-FATORES ENZIMÁTICOS? PONHA EXEMPLOS.
8.CITE A IMPORTÂNCIA DAS ENZIMAS REGULADORAS NOS SISTEMAS ENZIMÁTICOS .
9.POR QUE AS ESTRUTURAS PRIMÁRIA , SECUNDÁRIA, TERCIÁRIA E QUATERNÁRIA
DAS ENZIMAS SÃO ESSENCIAIS PARA O EXERCÍCIO DAS ATIVIDADES CATALÍTICAS ?
10.O QUE É ENERGIA DE ATIVAÇÃO DE UMA REAÇÃO ? DE QUE MANEIRA OS
CATALISADORES AUMENTAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO ?
11.O TRADICIONAL MODELO CHAVE-FECHADURA APRESENTA UMA INCOERÊNCIA .
EXPLIQUE E CORRIJA-O.
12.? QUAIS MODELOS EXPLICAM A UNIÃO ENZIMA-SUBSTRATO ?