Enzimas

ENZIMAS

Definição:

– Catalisadores biológicos, sem alteração delas próprias;

– Longas cadeias de pequenas moléculas de 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: São catalisadores proteicos que aumentam a velocidade de uma reação química e não são consumidos durante a reação.

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

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) Produto (P)Enzima (E)

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

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

Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática:

- Nome Recomendado: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com enzimas;

nome do substrato da reação + “ase” =

Ex.: glicosidase, urease e sacarase.

- Nome Usual: consagrado pelo uso;

Nome comum original, sem associação com reação enzimática. Ex.: tripsina e pepsina.

ENZIMAS

ENZIMAS

Nome Sistemático: Desenvolvido pela UIBMB (união internacional de biologia molecular e bioquímica). Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima.

descrição da ação realizada + “ase” =

Ex.: lactato-desidrogenase e adenilato-ciclase

» Dividido em 6 classes principais:

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

ENZIMAS

MaltoseEnzima

Glicose

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

Sítio ativo: sítio de ligação do substrato.

Fenda que contém cadeias laterais de aminoácidos que criam superfície tridimensional complementar ao substrato. Liga-se ao substrato e depois é convertido 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 – Mecanismos catalíticos

Algumas enzimas além do sítio ativo, tem um sítio alostérico para ligação de moléculas específicas (Co-fatores ou coenzima) que aumentam ou reduz a 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 enzimas

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 enzimas

– Concentração da enzima:

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

– 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 atividade enzimática

Cinética enzimática

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

Equação 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 de Michaelis-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 de Michaelis-Menten

Fatores que afetam a velocidade 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 diminuir uma reação química”

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

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

INIBIÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA

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 ATIVIDADE ENZIMÁTICA

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 ENZIMÁTICA

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 ENZIMÁTICA

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.

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