Messias Miranda Junior

Enzimas

Messias.miranda@yahoo.com.br

Unidade Itapetininga - SP

1.Replicação;

2.Catálise de reações químicas com eficiência e seletividade

CONDIÇÕES FUNDAMENTAIS DA VIDA:

Participam das vias bioquímicas • Enzimas realizam o controle preciso do metabolismo

celular

• O metabolismo energético é um dos principais temas de estudo da bioquímica

• Permitem resposta e adaptação a um meio em mudança

O que são as enzimas?

• Proteínas notáveis, altamente especializadas – Alto grau de especificidade com substratos

• Poder catalítico extraordinário

• Aceleram reações químicas – Em condições suaves de temperatura e pH

• São o centro e o objeto de estudo principal da bioquímica – Atuando de forma organizada catalisam centenas de

reações que degradam as moléculas dos nutrientes e conservam suas energias

• Doenças ocorrem quando elas não funcionam bem

• Como os cientistas descobriram as enzimas?

LOUIS PASTEUR

1835: Berzelius, conceito de catálise

1885: fermentação do acúcar por lêvedos, gerando álcool

1896: Edward Buchner consegue fermentar o açúcar num extrato de lêvedo sem vida!

Fermentos, portanto, catalisavam reações químicas (açúcar a álcool) – biocatalisadores

Louis Pasteur 1822-1895

Um pouco de história...

EMIL FISCHER

Sacarase Quebra da sacarose em glicose e frutose

Produziu diversos análogos de sacarose para testar se a enzima funcionava

Determinadas mutações tornavam os análogos resistentes à sacarase

Modelo de ação enzimática chave-e-fechadura

Hermann Emil Fischer 1852 - 1919

Kunitz e Northrop Eletroforese e centrifugação: enzimas

estão na fração protéica!

Mesmo em quantidades proteícas indetectáveis pelos métodos, as enzimas continuavam tendo atividades

Como as milhares de reações catalíticas eram possíveis a uma proteína?

John Howard Northrop 1891-1987

Finalmente, Sanger

1952 Publica a primeira estrutura primária

de uma proteína: a Insulina, com 51 aminoácidos

O trabalho mostrava também que a estrutura das proteínas poderia ser descrita pela sua sequência de aminoácidos, do N ao C terminal

A sequência, entretanto, não ajudava a prever a função da proteína (antes da bioinformática)

Frederick Sanger 13 August 1918

CONCLUSÃO: HISTÓRIA DA BIOQUÍMICA

As enzimas realizam reações catalíticas e transformam moléculas umas nas outras

Os organismos biológicos são ricos em enzimas e as enzimas funcionam também fora dos organismos biológicos → biotecnologia!

As enzimas são proteínas formadas por polímeros de aminoácidos

A multiplicidade de função se dá pela interação tridimensional formada (modelo chave-fechadura) por interações não-covalentes a partir de uma série de aminoácidos ligados covalentemente (ligação peptídica)

Toda enzima é proteína?!

• Não!, há alguns RNAs que funcionam enquanto enzimas também

• Componente químico adicional necessário para a função – Cofator: íons inorgânicos – Coenzima: moléculas orgânicas

complexas – Se liga muito firmemente: grupo

prostético

• Enzima completa: holoenzima – Parte protéica: apoenzima ou

apoproteína

Cobre

Ferro

Potássio

Magnésio

Manganês

Molbdênio

Níquel

Selênio

Zinco

Apoenzima Holoenzima

As enzimas quando ligadas às coenzimas, são chamadas de holoenzimas

Grupo prostético

(coenzima ou íon)

Nomenclatura das enzimas

• Normalmente se adiciona o sufixo ase ao nome do substrato ou à atividade realizada

– Urease – hidrolisa a uréia

– DNA-polimerase – polimeriza DNA

– Pepsina – pepsis vem do grego (digestão)

– Lipase

– Protease

• Sistema de classificação

enzimático – EC number (Enzyme Commission)

– Quatro números: 2.7.1.1

• 1. Classe

• 2. Sub-classe dentro da classe

• 3. grupos químicos específicos que participam da reação.

• 4. a molécula que está recebendo o grupo funcional

• EXEMPLO: ATP: glicose-fosfotransferase EC 2.7.1.1

• 2 → Classe = Transferase

• 7 → Subclasse = fosfotransferase

• 1 → fosfotransferase que tem um grupo hidroxila como aceptor

• 1 → glicose como aceptor

1. Oxido-redutases

São todas as enzimas que catalisam reações de oxidação-redução. O substrato oxidado é um hidrogênio ou doador de elétron.

Lactato desidrogenase

2. Transferases

São enzimas que catalisam a transferência de grupos entre duas moléculas.

Alanina amino transferase

3. Hidrolases

Catalisam a reação de hidrólise de várias ligações covalentes. O nome, em geral, é dado pelo “substrato” + o sufixo “ase”.

Peptidases

4. Liases

Liases são enzimas que catalisam a clivagem de ligações C-C, C-O, C-N,.

5. Isomerases

Catalisam a modificação de uma única molécula, sem participação de outra.

6. Ligases

Catalisam reações de síntese de uma nova molécula a partir da ligação entre duas moléculas, com a concomitante hidrólise de ATP ou outro composto trifosfatado.

Moléculas catalisadoras que aumentam a velocidade das reações, sem sofrerem alterações no processo global;

Na faixa de 106 a 1012 ordens de magnitude.

Praticamente todas as reações que caracterizam

o metabolismo celular são catalisadas por

enzimas.

Reação enzimática

Equilíbrio químico

• As enzimas realizam, muitas vezes, as reações nos dois sentidos

• A concentração de substratos e produtos é o que define a velocidade das reações

• Poder catalítico das enzimas vem da energia livre liberada na formação de ligações fracas quando da interação enzima-substrato – Interações fracas entre ES são

otimizadas no estado de transição

Reação enzimática

• Reação se dá em fases:

• Enzima aumenta a velocidade das reações

• Os catalisadores aumentam a velocidade das reações por que diminuem a energia de ativação

Bastonase como modelo enzimático

Estabiliza o substrato

Cinética enzimática

• A concentração do substrato [S] influi na velocidade das reações catalisadas por enzimas

• Velocidade máxima é abstraída para concentrações excessivas de Substrato

• Constante de Michaelis-Menten

– kM = [S] correspondente a ½ Vmax;

V0

A velocidade da reação é diretamente proporcional à

concentração da enzima

Equação de Michaelis-Menten

Reações com dois substratos

• Enzimas podem formar os chamados complexos ternários ou realizar as reações uma-depois-da-outra

• Velocidade das reações químicas depende também da faixa de pH – Maior velocidade está normalmente associada ao pH do ambiente

onde a enzima atua

Efeito do pH na atividade enzimática

H+

H+

A. pH ótimo

B. pH inferior ao

ótimo (maior [H+])

• Velocidade das reações químicas depende também da faixa de temperatura – Maior velocidade está normalmente associada temperatura do

ambiente onde a enzima atua

Exceto: organismos termófilos

Inibição enzimática reversível (inibição competitiva)

Inibição enzimática reversível (inibição competitiva)

1/Vmax

-1/Km

Inibição enzimática reversível (inibição não competitiva/incompetitiva)

Inibição enzimática reversível (inibição não competitiva/incompetitiva)

1/Vmax

-1/Km

Inibição enzimática reversível (inibição mista)

Inibidor enzimático irreversível Ligam-se a enzima, alterando estrutura do sítio ativo, inativando a enzima

Sítio ativo

inativado

A função fisiológica da inibição enzimática

Enzimas alostéricas Enzimas regulatórias