Enzima (2)

Enzimas

Juliana P. de Castro

ENZIMAS

•Definição:

–Catalisadores biológicos, sem alteração delas próprias;

–Longas cadeias de pequenas moléculas de aminoácidos.

Aminoácidos:

H

R C* COOH

NH2

• Função:

– Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou juntando-as para formar novos compostos.

• Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS.

• OBS!!! Ribozimas catalisam certas reações químicas, como a formação das ligações peptídicas na síntese das proteínas.

ENZIMAS

ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS

• Moléculas polipeptídicas grandes, enroladas sobre si mesmas, formando um glóbulo com um “encaixe”.

• Proteínas especializadas na catálise de reações biológicas.

• Estão entre as biomoléculas mais notáveis devido a sua especificidade e poder catalítico, que são muito superiores aos dos catalisadores produzidos pelo homem.

• Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas.

ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS

• Apresentam alto grau de especificidade;

• São produtos naturais biológicos;

• São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações (103 a 108 + rápida);

• São econômicas, reduzindo a energia de ativação

• Não são tóxicas;

• Condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do solvente e força iônica.

• Propriedades:Propriedades: São catalisadores São catalisadores protéicos que aumentam a velocidade protéicos que aumentam a velocidade de uma reação química e não são de uma reação química e não são consumidos durante a reação.consumidos durante a reação.

• Eficiência catalítica:Eficiência catalítica: É grande, é É grande, é capaz de tranformar 100 a 1000 capaz de tranformar 100 a 1000 moléculas substrato em moléculas substrato em produto/segundo (número de renovação produto/segundo (número de renovação ou turnover ou Kou turnover ou Kcatcat). ).

ENZIMAS

ENZIMAS

• Localização: Organelas específicas.

Esta compartimentalização serve para isolar o substrato ou produtos de outras reações competitivas.

Reação Catalisada por uma Enzima:

• Substrato (S) Substrato (S) Produto (P) Produto (P)Enzima (E)

SubstratoSubstrato é molécula sobre a qual a enzima é molécula sobre a qual a enzima atua, que se transforma em um atua, que se transforma em um produto produto da reaçãoda reação

Regulação:Regulação: Enzimas podem ser ativadas ou Enzimas podem ser ativadas ou inibidas de modo que a velocidade de formação do inibidas de modo que a velocidade de formação do produto é adequado para o momento. produto é adequado para o momento.

ENZIMAS

ENZIMAS - Classificação

1. Oxidorredutases - São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. São as Desidrogenases e as Oxidases.

+ NAD+

Lactato

desidrogenase

+ NADH + H[O]

[R]

2.Transferases - Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos contendo C, N e P.

CH2 – COO- + THF CH2

NH3+

Glicina

CH2 – CH – COO- + THF (tetraidrofolato)

OH NH3+

Serina

Serina hidroxi-metil transferase


H2O

3. Hidrolases - Catalisam quebra de ligações pela adição da água. Ex: urease.


NH2 – C – NH2 + H2O

O

Ureia

CO2 + 2NH3

Urease

4. Liases - Catalisam a quebra de ligações C-C, C-S e certas ligações C-N. As Dehidratases e as Decarboxilases são bons exemplos.

CH3 – C + CO2

O

CH3 – C – COO-

O

Piruvato

Piruvato decarboxilase


Acetaldeído

• 5.Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros). As Epimerases são exemplos.


CH3

OOC – CH – C – CoA

O

Metilmaionil CoA

OOC – CH2 - CH2 – C – CoA

O

Succinil CoA

Metilmaionil CoA mutase

--

6.Ligases - Catalisam a formação de ligaçãoes entre carbono e O, S, N, acoplados a hidrólise de fosfatos de alta energia.

CH3 – C – COO- + CO2 HOOC – CH2 – C – COO-

O O

Piruvato Oxaloacetato

Piruvato carboxilase

ATP ADP + Pi


• Especificidade:Especificidade: Interagem com um ou poucos Interagem com um ou poucos substratos e catalisam poucos tipos de reação;substratos e catalisam poucos tipos de reação;

ENZIMAS

• ““A especificidade reside em uma cavidade ou fenda de A especificidade reside em uma cavidade ou fenda de ligação ao substrato situada na superfície da proteína ligação ao substrato situada na superfície da proteína enzimática (enzimática (sítio ativosítio ativo)”)”

• Sítio ativoSítio ativo: : sítio de ligação do substrato.

– Fenda que contém cadeias laterais de aminoácidos Fenda que contém cadeias laterais de aminoácidos que criam superfície tridimensional complementar ao que criam superfície tridimensional complementar ao substrato. Liga-se ao substrato e depois é convertido substrato. Liga-se ao substrato e depois é convertido em produto e, então liberado da enzima.em produto e, então liberado da enzima.

ENZIMAS

• Modelo Chave/Fechadura: prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura.

ENZIMAS

• Modelo do Ajuste Induzido: prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato;

ENZIMAS

Ação das Enzimas

1. Efeitos de proximidade e orientação: substrato se aproxima da enzima específica por uma orientação espacial apropriada;

2. Catálise eletrostática (por íons metálicos): A distribuição de cargas no sítio ativo pode influenciar a reatividade química do substrato;

3. Catálise ácido-básica: os grupos químicos podem se tornar mais reativos pela adição ou remoção de prótons. Os sítios ativos das enzimas podem atuar como doadores ou receptores de prótons;

4. Catálise covalente: Formação de ligação covalente transitória entre enzima-substrato.

ENZIMAS – ENZIMAS – Mecanismos catalíticosMecanismos catalíticos

• Algumas enzimas além do sítio ativo, tem Algumas enzimas além do sítio ativo, tem um um sítio alostéricosítio alostérico para ligação de para ligação de moléculas específicas (moléculas específicas (Co-fatores ou Co-fatores ou coenzimacoenzima) que aumentam ou reduz a ) que aumentam ou reduz a atividade enzimática.atividade enzimática.

ENZIMAS – Holoenzimas

• Coenzimas - moléculas orgânicas (vindos em geral de vitaminas como NAD+, FAD, coenzima A).


• Cofator - são colaboradores não protéicos necessários para a atividade da enzima. Podem ser íons metálicos (Zn+2, Fe+2).


Como Funcionam as Como Funcionam as enzimasenzimas

• Alterações de energia que ocorre durante a reação:

1. Energia Livre de ativação – barreira energética que separa reagentes e produtos;

Energia livre de ativação (catalizada)

Energia livre de ativação (não-catalizada)

Cont. Alterações de energia que ocorre durante a reação:

2. Velocidade da reação – necessita de energia suficiente para superar a barreira de energia do estado de transição;

3. Rota Alternativa de reação – uma enzima permite uma reação mais rápida em uma rota alternativa com menor energia de ativação

Como Funcionam as Como Funcionam as enzimasenzimas

– Concentração da enzima:Concentração da enzima:

• A velocidade inicial da reação é em função da quantidade de enzima disponível.

– Concentração do substrato:Concentração do substrato:

• Determina a velocidade máxima da reação; • Quanto mais substratos mais irá saturar o sítio

ativo das enzimas e chega a um ponto que não ocorre o aumento da velocidade da reação.

Fatores que influenciam a Fatores que influenciam a atividade enzimáticaatividade enzimática

Cinética enzimática

• É o estudo do mecanismo pelo qual as enzimas ligam substratos e os transformam em produtos

Equação de Michaelis-MentenEquação de Michaelis-Menten• modelo da cinética de Michaelis-Menten

E + S ES E + P

K1 e K2 = contante de velocidade

Equação: Descreve como a velocidade da reação varia de acordo com a concentração do substrato.

V0 = Vmax [S] Km + [S]

V0 = velocidade inicial de reaçãoVmax = velocidade máxima

Km = constante de Micaelis = (K1 +K2 K1)[S] = concentração do substrato

K1

K1

K2

Conclusões importantes sobre a cinética Conclusões importantes sobre a cinética de de Michaelis-MentenMichaelis-Menten

• Km reflete a afinidade da enzima ao substrato;

• Cada enzima possui um Km característico para um dado substrato;

• Km é numericamente igual a [S] em que a velocidade da reação é igual a ½ Vmáx.;

– Um Km pequeno reflete a afinidade elevada da enzima ao substrato;

– Km grande – baixa afinidade;

• Se [S] é menor do que Km a velocidade da reação é proporcional a [S]. Quando [S] maior do que Km a velocidade é igual a Vmax.

• Se a [E] reduzir pela metade a velocidade inicial é reduzida pela metade;

• A velocidade da reação que independe da [S] é chamada de ordem zero.

Conclusões importantes sobre a cinética Conclusões importantes sobre a cinética de de Michaelis-MentenMichaelis-Menten

Fatores que afetam a Fatores que afetam a velocidade da reaçãovelocidade da reação

• Concentração do substrato

- Velocidade da reação: catalisadas por enzimas aumenta conforme a concentração do substrato (velocidade de reação (v) aumenta com o acréscimo de [S]. μM/min).

-modelo da cinética de Michaelis-Menten de uma reação demosntra um formato hiperbólico da curva de V versus [S].

• Temperatura

–


Cada tipo de enzima atua em uma

temperatura própria; quando a velocidade é

máxima sem desnaturar a enzima;

Enzimas humanas: 30 e 40ºC;

Bactérias termófilas: ± 70ºC;

• Temperatura

– Aumento da atividade até o pico de velocidade ser atingido e em determinado ponto decréscimo da atividade e desnaturação da enzima


• pH

– Efeito sobre ionização do sítio ativo;

– pH ótimo: ao redor de 7, próximo ao neutro;

• Exceções: – pepsina – pH em torno de 2;– Tripsina – pH em torno de 8;


– pH

– Algumas em pH muito ácido ou alcalino são desnaturadas.


““Inibidor é qualquer substância que possa Inibidor é qualquer substância que possa diminuir uma reação química”diminuir uma reação química”

COMPETITIVA: inibidor liga reversivelmente COMPETITIVA: inibidor liga reversivelmente à enzima e compete com o substrato pelo à enzima e compete com o substrato pelo sítio ativosítio ativo

NÃO COMPETITIVANÃO COMPETITIVA: Inibidor e substrato : Inibidor e substrato ligam-se em locais diferentes da enzima. O ligam-se em locais diferentes da enzima. O inibidor pode ligar-se a enzima livre ou ao inibidor pode ligar-se a enzima livre ou ao ES, impedindo a reação.ES, impedindo a reação.

INIBIÇÃO DA ATIVIDADEINIBIÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICAENZIMÁTICA

• Inibidores catalíticos como fármacos:

– Importantes medicamentos prescritos agem como fármacos. Exs: antibióticos β-lactâmicos, como a penicilina e amoxicilina atuam inibindo enzimas envolvidas na síntese da parede bacteriana.

– Fármacos como Captopril, enalapril, lisinopril, agem inibindo enzimas conversoras de angiotensina (ECA), que diminuem a pressão sanguínea por bloquear a enzima que cliva a angiotensina I para formar um potente vasoconstrictor a angiotensina II.

INIBIÇÃO DA ATIVIDADEINIBIÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICAENZIMÁTICA

LIGAÇÃO ALOSTÉRICA: efetores (moduladores) ligam não covalentemente em local que não o sítio catalítico, alterando afinidade da enzima pelo substrato e/ou a atividade catalítica. Efetores negativos e positivos;

-Efetores homotrópicos – substrato serve como efetor; Moléculas de substrato em um sítio da enzima aumenta as propriedades catalíticas de outros sítios. Sítios exibem cooperatividade.

-Efetores heterotrópicos – efetor diferente do substrato; EX; a enzima fosfofrutoquinase-1 da via glicolítica é alostericamente inibiba pelo citrato, que não é substrato da reação.

REGULAÇÃO DA ATIVIDADE REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICAENZIMÁTICA

MODIFICAÇÃO COVALENTE: adição ou remoção de grupos fosfato de resíduos específicos de serina, treonina e tirosina.

• Fosforilação e desfosforilação– Quinases e Fosfatases

• Indução ou repressão da síntese– Leva horas para ocorrer aumento.

Comum em enzimas de uso específico em uma fase ou momento (não constitutivas).

REGULAÇÃO DA ATIVIDADE REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICAENZIMÁTICA

Enzimas plasmáticas como ferramenta diagnósticas

“Muitas doenças resultam no acúmulo de enzimas, que podem diagnosticar doenças no coração, fígado,

músculo esquelético e outros tecidos”.

• EX: Isoenzimas e doenças cardíacas – creatina quinase (CK), lactato desidrogenase (LDH) e transaminase glutâmico oxalacética (TGO) são determinados no diagnóstico de infarto do miocárdio.

– CK2 (creatina-quinase) surge 4 a 8 horas da dor torácica e atinge seu auge em 24h.

– A troponina I cardíaca aparece no plasma dentro de 4 a 6 horas após o infarto, com auge entre 8 e 28 horas, permanecendo elevada durante 3 a 10 dias.

Enzima (2)

Documents

Transcript of Enzima (2)