ENZIMAS

Dra. Flávia Cristina Goulart

Bioquímica

ENZIMAS

CONCEITO:

São proteínas que catalisam reações

químicas diferentes no organismo.

Como proteínas, elas são moléculas

grandes, constituídas de 20 AA. Diferentes.

Como catalisadoras, elas aceleram as

reações químicas, sem serem destruídas

no processo.

FUNÇÃO:

Uma reação química pode ser termodinamicamenteviável ou espontânea ( conteúdo energético dosprodutos menor do que o dos reagentes, mas tervelocidade igual a zero ou próxima a zero.

A presença de enzimas permite que estas reaçõesocorram em velocidade muito alta e tempo reduzidoa segundos ou milissegundos.

As enzimas além de catalisadoras são seletivas, sãoaltamente específicas para determinada reação ouSubstrato.

Sua concentração celular e sua atividade podem serreguladas, permitindo o ajuste a diferentescondições fisiológicas,

Sítio ativo ou de ligação

A ligação com o Substrato dá-se apenas em umaregião específica e pequena da enzima.

Esta região a qual o Substrato se liga échamada de CENTRO ATIVO ou Sítio Ativo daenzima.

Uma molécula para ser aceita como Substratodeve ter a forma espacial adequada paraencaixar-se no centro ativo e grupos químicoscapazes de estabelecer ligações precisas com osradicais do centro ativo.

Eficiência da Catálise

A atividade enzimática é dependente da Tº e dopH;

A velocidade da reação enzimática, que a 0ºCapresenta valores próximos de zero, é favorecidapela elevação da Tº

Acima de 50ºC, a maioria das proteínasglobulares são desnaturadas

O número e tipo de grupos ionizáveis que umaenzima apresenta e da sequência em que estãoorganizados, depende da manutenção de suaestrutura primária em um pH ótimo.

Velocidade vs. Concentração

A concentração de substrato influencia a velocidade de uma reacção

Estudo da relação entre a concentração e a velocidade:

. No inicio da reação a quantidade de substrato é constante, já que a quantidade de substrato é muito maior do que a de enzima.

.Determina-se a velocidade inicial de reação, Vo ,para uma determinada [S].

.Obtêm-se valores para várias concentrações de substrato, mantendo constante a concentração de enzima.

Assim podemos traçar os valores num gráfico, em que exprimimos Vo como função de [S]

Influência do Substrato

Concentração de substrato [S]: afeta a

velocidade da reação;

Efeito de [S]: varia durante o curso de uma

reação S P;

Velocidade inicial (V0): [S] >> [E] tempo

muito curto [S] = constante.

Influência do Substrato

[E] = cte

[S] = V0 linear

[S] = V0

V0 = Vmáx

Velocidade vs. Concentração

Dados:•Para [S] baixas, Vo aumenta quase linearmente•Para [S] maiores, Vo aumenta mais gradualmente•Para [S] mais elevadas, atinge-se uma velocidade máxima, Vmáx.

Influência do Substrato

Vitor Henri (1903): E liga-se ao S para

formar ES passo obrigatório;

Leonor Michaelis e Maud Menten (1913)

• E combina-se reversivelmente com SESk1

E + S ES k-1

• ES se rompe E e Pk2

ES E + P

Equação de Michaelis-Menten

Comportamento é explicado pela formação do complexo enzima-substrato ES

1. O enzima liga-se ao substrato reversivelmente formando o complexo ES

2. O complexo ES dissocia-se em enzima livre e produto da reacção

Reacção rápida

Reacção mais lenta

.A reacção 2, mais lenta, limita a velocidade global da reacção.

.A velocidade é proporcional à concentração do complexo ES.

.A cada momento o enzima existe na forma livre e no complexo ES.

.A velocidade máxima (Vmáx) da reação ocorre quando todos os enzimas estão associadas a moléculas de substrato.

Equação Michaelis-Menten

Curva: possui a

mesma forma para a

maioria das enzimas;

Expressa pela

Equação de Michaelis

e Menten;

Hipótese: limitante quebra de ES E + P.

Equação Michaelis-Menten

Equação da velocidade para uma reação

catalisada enzimaticamente e com um único

substrato;

Relação quantitativa entre a V0, a Vmáx e a [S]

inicial relacionadas através de Km.

SK

SVV

m

máx

0

Equação Michaelis-Menten

Relação numérica:

V0 é metade de Vmáx;

km = “afinidade” pelo

substrato;

Km afinidade

máxVV 2

10

Vmáx é proporcional à [E].

zimogênio

Certas enzimas, cujo local de ação é extracelular(plasma, trato digestivo), são sintetizadas na formade precursores inativos, chamado zimogênios.

Para que um zimogênio se torne ativo é precisoque haja hidrólise de determinadas ligaçõespeptídicas, com a consequente remoção de umsegmento da cadeia e nova reestruturação espacialda mesma, onde aparecerá um centro ativofuncional;

Várias enzimas proteolíticas (pepsina,quimiotripsina, ..) são sintetizadas e armazenadascomo zimogênios, transformadas em enzimassomente fora destas células e no local ondeexercerão atividade digestiva.

Zimogênios

A regulação enzimática pode passar ainda pela existência de um precursor, sem capacidade catalítica, que, no caso das

proteases, são chamados zimogênios.

Zimogênio Clivagem proteolítica Enzima ativa

Cofatores Muitas enzimas necessitam da associação com

outras moléculas ou íons para exercer seu papelcatalítico, por isto são chamadas de Coenzimas

Estes componentes da reação enzimática sãochamados Cofatores;

Que podem ser íons ou moléculas orgânicas, nãoprotéicas, de complexidade variada;

Em geral, a ligação da coenzima precede a ligaçãodo Substrato à Enzima;

Exemplos de Coenzimas: NAD (nicotinamidaadenina dinucleotídio) e FAD (flavina adeninadinucleotídeo)

São vitaminas solúveis na água por isso circulam

com facilidade no plasma e as coenzimas são

justamente as formas sob as quais estas vitaminas

hidrossolúveis atuam.

São estruturas orgânicas mais complexas , uma

pequena parte da estrutura é a vitamina , o resto é

uma estrutura orgânica que compõe a molécula da

coenzima.

Mesmo que a parte vitamínica seja a parte ativa, se

ela estiver sozinha sem o restante da estrutura que

forma a coenzima ela não terá a atividade

metabólica.

Vitaminas Hidrossolúveis e Coenzimas

Enzimas que atuam junto com alguns íons são

chamados apenas de cofator , quando este cofator

é orgânico nós chamamos de coenzima.

Estes cofatores participam diretamente do

processo catalítico , transportando hidrogênio ,

radicais , por exemplo na carboxilação que a

vitamina K participa , existe ali uma enzima “a

carboxilase” que usa também cofator , portanto

todos os radicais que são transportados

transitoriamente de um composto para outro estão

sempre ligados a cofatores.

COENZIMAS e COFATORES

VITAMINAS e COFATORES

Tiamina , Riboflavina , Ácido Nicotínico (Niacina ) , Ácido Pantotênico , Piridoxina e a Biotina , estas vitaminas todas participam de reações de formação de energia.

(Complexo B) - O Ácido Fólico e a vitamina B12 estão mais relacionadas com as reações hemopoiéticas.

A vitamina C ou ácido ascórbico tem uma ação isolada na forma da vitamina propriamente dita, atuam na formação e reconstituição do Colágeno.

Enzimas Reguladores

• Enzimas que aumentam ou diminuem a sua

atividade em reação a determinados fatores.

• Fazem normalmente parte de sequências

metabólicas.

Permitem regular a atividade de toda a sequência metabólica e possibilitam à célula ajustar-se às suas necessidades energéticas e

biomoléculares.

Tipos de Moduladores

Mecanismos que regulam a atividade enzimática:

•Variação da concentração de substrato

•Variação de pH e temperatura

•Inibição enzimática

•Modulação covalente

•Modulação alostérica

Modulação alostérica

Ocorre em enzimas que possuem um local de modulação alostérico

Modulador alostérico

Positivo(ativam o enzima)

Negativo(inibe o enzima)

Heterotropismo(o modulador é

diferente do substrato)

Homotropismo(o modulador é

igual ao substrato)

A ligação entre o modulador e o enzima é não-covalente e o local demodulação é especifico para cada modulador, no caso dos enzimasheterotrópicos

Modulação alostérica

Induz:

Modificações conformacionais na estrutura espacial do

enzima

Modifica a afinidade do enzima para com os seus

substratos

INIBIDORES ENZIMÁTICOS

A atividade enzimática pode ser diminuídapor muitas substâncias, chamadas deinibidores.

Algumas destas substâncias sãoconstituintes normais das células, outrassão estranhas aos organismos.

Algumas destas substâncias são venenos,medicamentos, hormônios, etc...

Inibição enzimática

• Reversível

• Irreversível

Competitiva

Anti-Competitiva

Mista

Inibição Reversível Competitiva

• Há competição pelo centro ativo do enzima

• O inibidor é estruturalmente semelhante ao

substrato

• A inibição pode ser contrariada adicionando

mais substrato ao meio

• O Km aumenta e o Vmax não se altera

Inibição Reversível Competitiva

Inibição Reversível Competitiva

Inibição Reversível Anti-Competitiva

• O inibidor liga-se a um local específico do

enzima (que não o centro activo)

• O inibidor liga-se apenas ao complexo ES,

formando o complexo ESI

• O Km diminui e o Vmax diminui

Inibição Reversível Anti-Competitiva

Inibição Reversível Anti-Competitiva

Inibição Irreversível

• O inibidor combina-se permanentemente ao

enzima de uma das seguintes formas:

Ligação covalente

Destruição de um grupo funcional essencial aofuncionamento do enzima

Ligação não covalente particularmente estável

Isoenzimas

A maioria das isoenzimas (ou isozimas) são enzimas que

catalizam a mesma reação mas diferem em suas propriedades

físicas, devido a diferenças genéticamente determinadas.

Em geral, as isoenzimas estão em diferentes órgãos em

concentrações características.

EXEMPLO:

Creatina quinase (CK), anteriormente denominada CPK (Creatina

Fosfoquinase)

LDH – lactato desidrogenase

TGO – Transaminase glutâmico oxalacética

Estas isoenzimas existem no coração, em formas específicas, e podem

ser utilizadas para diagnóstico diferencial de injúria do miocárdio.

No Fígado,

Temos por ex. a glicocinase IV, que difere das demais hexocinases.

Hexocinase

• A hexocinase fosforila a glucose para glucose-6-fosfato

• Reação ocorre com consumo de ATP juntamente com um íon Mg2+

• O Km para a glucose é 0.1mM, e a concentração deglucose na célula é 4mM

• A hexocinase é regulada alostericamente peloproduto da sua própria reação

Hexocinase

• A hexocinase é uma enzima do tipo indutivo

Hexocinase

• Fosforilação impede a saída de glucose da célula

Hexocinase

• Reação catalisada pela hexocinase

Hexocinase

• No fígado também existe uma hexocinase, mas commenor afinidade para com a glucose

• Esta só está ativa quando a concentração deglicose no sangue é muito elevada

• No fígado, a glicose é convertida em glicogênio

• Quando a concentração de glicose no sangue é baixa, o fígado não compete com outros tecidos

Hexocinase

• A fosforilação da glicose é reversível!

• A conversão da glicose-6-fosfato emglicose ocorre no fígado durante a

gliconeogênese.

H R

H R

Fig. 3- Mecanismo genético da célula

Síntese e Secreção Hormonal

• Hormônios protéicos: sintetizados no retículo

endoplasmático rugoso e secretados via exocitose

(hidrossolúveis).