Inibição enzimática
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Enzimas
Profª Drª Ângela de Mattos Dutra
Importância Biomédica
Toxicologia e Farmacologia
Venenos metabólicos
Inibir ou abolir reações metabólicas essenciaisInibir a atividade de enzimas
Drogas terapeuticamente importantes
Utilizadas no tratamento de inúmeras patologias
Descoberta do mecanismo de ação de enzimas
Enzimas• Inibição enzimática
• Regulação enzimática
• Ampliação enzimática
• Uso de enzimas em diagnóstico– Isoenzimas
Inibição Enzimática
Quanto ao tipo:
competitivanão-competitivaincompetitiva
inibidor a atividade de uma única enzima ou de um grupo restrito de enzimas
irreversível reversível
inibidor a atividade de todas as enzimas ex: agentes desnaturantes
inespecífica -
específica -
Inibição Enzimática–Inibição Enzimática Irreversível
• inibidor se combina com um grupo funcional (sítio ativo) da enzima
• inibidor se liga à enzima formando um complexo ESTÁVEL
• forma-se uma ligação COVALENTE entre o inibidor e a enzima
Inibição Enzimática IrreversívelEx: Inibição da enzima ciclo-oxigenase pelo acetilsalicilato
Ciclo-oxigenase
Prostaglandinas
Processos fisiológicos, ex. sensação de dor
Ácido araquidônico
Man
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82.
Inibição Enzimática IrreversívelUteís para o estudo do mecanismo de reação através da determinação do aminoácido que se liga covalentemente
ao inibidor quando a enzima é inibida
Enz - CH2-OHSerina
+ DIFP
diisopropilfluorfosfato
H+ F
Ex. DIFP inibe aceticolinesterase hidrolisa aceticolina
NeurotransmissorContração e peristaltismo intestinal
Bradicardia
Inibição Enzimática Irreversível
Inibição Enzimática Irreversível Inibidores Suicidas
Inibidores com Base no Mecanismoou
Compostos, em geral, pouco reativos até se ligarem à enzima
Convertido em um compostomuito reativo que se combina
IRREVERSIVELMENTE com a enzima
Forma um produto que é um potente inibidor do próximo passo da via
metabólica
ou
Aconitase
Exemplo de Inibidor Suicida
Reações do Ciclo de Krebs
Oxalacetato + Acetil-CoA Citrato Isocitrato
Oxalacetato + Fluoroacetato Fluorocitrato
Inibidor suicida
Citrato Sintase
Inibição Enzimática
– Inibição Enzimática Reversível• inibidor forma com a enzima um
complexo INSTÁVEL• inibição NÃO envolve modificação
COVALENTE• Tipos de inibidores reversíveis
• competitivos• não competitivos• incompetitivos
Inibição CompetitivaInibidor competitivo
Estrutura semelhante à do substrato Liga-se ao Sítio Ativo da Enzima
E + S ES E + P
EI
+I
Inibição Competitiva
EnzimaSítio Ativo
IC
S
S
ICIC
IC
IC
S
P
P
SS
S
S
S S
S
P
P
P
P
Inibição Competitiva
[substrato] necessária para que a enzima funcione normalmente
afinidade da enzima pelo substrato
Na presença do inibidor competitivo
Km aparente da enzima
Inibição Enzimática Competitiva
• Inibidor tem semelhança estrutural com o substrato
• O inibidor se liga no sítio ativo da enzima• Aumento da [substrato] diminui a inibição • Km aparente da enzima AUMENTA • Em uma concentração suficientemente alta de
substrato a VELOCIDADE da reação atinge a Vmáx
observada na ausência do inibidor
Inibição Competitiva
Análise Gráfica
Inibição Competitiva
FAD FADH2
CH2 – COOH CH - COOH
CH2 – COOH CH - COOHÁcido Succínico Ácido Fumárico
COOHCH2
COOHÁcido Malônico (inibidor)
Succinato
-
-
Fumarato
Malonato
-
-
-
-
Succinato Desidrogenase
inibidor competitivo
Exemplo: inibidor do metabolismo energético
Inibição CompetitivaIntoxicação por Metanol
MetanolÁlcool
desidrogenaseCausa lesão
tecidual
cegueriaInfusão EV
Etanol
URINA Formaldeído
Inibição Competitiva
Terapias com drogas
Conceitos de inibição enzimática
Drogas projetadas para inibirem uma enzima específicaANTIMETABÓLITOS
Antivirais, antibacterianos, antitumorais
Inibição Competitiva
Exemploantibacteriano
PABA Ácido fólico Diidropteroato
sintetasebacteriana Essencial para o
crescimento bacteriano
Sulfanilamida
Inibição CompetitivaExemplo: Quimioterápico - Leucemia
Inibição Competitiva
Síntese de purinas pirimídinasDiidrofolato redutase
Diidrofolato
Metotrexano
Multiplicação das células leucêmicas
Produzem vasoconstrição, elevando a pressão arterial e
promovem a síntese de aldosterona (hormônio esteróide) que promove a retenção de sódio
Inibidores da ECA(Enzima Conversora de Angiotensina)
CaptropilEnalapril
Exemplo:Tratamento de hipertensão
Inibição Competitiva
Inibição CompetitivaExemplo:Tratamento de hipercolesterolemia
Lovastatina
Droga que inibe competitivamente a HMG-
CoA redutase(hidroximetil glutaril-CoA redutase)
Inibição CompetitivaExemplo:Tratamento de hipercolesterolemia
Inibição Não-Competitiva
E + S ES E + P
EI + S
+I
+I
EIS
• Inibido não-competitivoNÃO se liga ao sítio ativo da enzima
Inibição Enzimática Não-Competitiva
• Inibidor não tem semelhança estrutural com o substrato
• NÃO se liga no sítio ativo da enzima• Aumento da [substrato] não diminui a
inibição • Km aparente da enzima NÃO se altera• A VELOCIDADE máxima DIMINUI na
presença do inibidor
Inibição Não-Competitiva
Diminui a concentração de enzima ativa
Velocidade Máxima da Reação
Exemplos: Metais pesados - Pb+2
Inibição Não-Competitiva
Análise Gráfica
Mecanismos de Regulação da Atividade Enzimática
Mecanismos de Regulação da Atividade Enzimática
• Compartimentalização intracelular• Disponibilidade de substrato• Enzimas alostéricas• Clivagem proteolítica de pró-enzimas• Controle à nivel gênico
– indução– repressão
• Modificação covalente - Fosforilação
R
Regulação da Atividade EnzimáticaEnzimas Alostéricas
• Reguladas por
efetores ou moduladores alostéricos
fora do sítio ativo (sítio alostérico)
modo não covalente
positivos negativos
Regulação da Atividade EnzimáticaEnzimas Alostéricas
R
Efetor positivo
Efetor negativo
Sítio catalítico
Em muitas enzimas alostéricas existe
um protômero regulatório distinto do protômero que
contém o sitio catalí
EX: Proteína Quinase AQuando a subunidade regulatória (R) da proteína quinase A (PKA)
liga o efetor alostérico, AMPc, permitindo a atividade das
subunidades catalíticas
Regulação da Atividade EnzimáticaClivagem Proteolítica
Enzima Ativa
Pró-EnzimasZimogênios
Clivagem Proteolítica
Enzimas digestivas - Proteases
Pepsinogênio PepsinaTripsinogênio Tripsina
Quimiotripsinogênio Quimiotripsina
Regulação da Atividade EnzimáticaClivagem Proteolítica
Regulação da Atividade EnzimáticaControle à Nível Gênico
Mensagem genética
RNAm
PROTEÍNA(ENZIMA)
Algumas enzimas não são sintetizadas continuamente pelas células
ENZIMAS
•Constitutivas
•Induzidas ou Adaptativas
Enzimas Constitutivas
• Organismos possuem independente da constituição do meio
• Organismos sintetizam quando em presença do substrato
Enzimas Induzidas ou Adaptativas
Indução enzimática
Exemplo: galactosidase (Lactase)
Regulação da Atividade EnzimáticaControle à Nível Gênico
Sua produção é induzida pela presença de uma substância adequada
INDUTOR
Induzir a transcrição dos genes da proteína (enzima)
Regulação da Atividade EnzimáticaControle à Nível Gênico
INDUTORpresente
Síntese da proteína
INDUTORausente
NÃO ocorre a síntese da
proteína
Exemplo: lac operon (E. coli)
• Operon - Unidade regulatória completa•Gene regulador•Sítios de controle•Genes estruturais
lac operon (E. coli)
RNA polimerase
Genes estruturais NÃO serão transcritos
Proteína NÃO será sintetizada
Gene regulador
lac operon (E. coli)lac operon (E. coli)
RNA polimerase
(Lactose)
Repressorinativo
-galactosidase Permease Transacetilase
RNAm
Lac operon
Exemplos de Enzimas Induzidas no Fígado no no ESTADO ABSORTIVOESTADO ABSORTIVO
1. Glicoquinase2. Glicose 6-fosfato desidrogenase3. 6-fosfogluconato desidrogenase4. PFK15. Piruvato quinase6. Enzima málica7. Citrato liase8. Acetil-CoA carbolixase9. Ácido graxo sintase10. 9 dessaturase (estearoil CoA dessaturase)
Exemplos de Enzimas Induzidas no Fígado no no ESTADO DE JEJUMESTADO DE JEJUM
1. Glicose 6-fosfatase2. Frutose1,6difosfatase3. Fosfoenolpiruvato carboxiquinase4. Aminotransferases
Regulação da Atividade EnzimáticaModificação Covalente
Fosforilação de enzimas Mediada por intervenção hormonal
Regula inúmeros processos metabólicos
Proteínas quinases e fosfatases(ENZIMAS)
Regulação da Atividade EnzimáticaModificação Covalente
Fosforilação
Enzima-OH Enzima-OPO3-
ATP ADP
H2OHPO4-
Quinase
Fosfatase
EX:
A fosforilação de uma enzima pode aumentar ou diminuir a sua atividade
Síntese e Degradação do GlicogênioVias reguladas por fosforilação de enzimas específicas
AdrenalinaGlucagon
Adenilato CiclaseInativa
Adenilato CiclaseAtiva
ATP AMPc
PKA inativaProteína quinase
dependente de AMPc
PKA ativa
Fosforilase quinase inativa
Fosforilase quinase ativa
P
Glicogênio Fosforilase
ativa
P
Glicogênio Fosforilase
inativa
Degradação do glicogênio
Mecanismo de Amplificação Enzimática
Mecanismo de Amplificação Enzimática
Enzimas e a Clínica Médica
Além do papel central das enzimas na bioquímica, a atividade das enzimas no
sangue fornece informações importantes para o diagnóstico de doenças.
O perfil da atividade de enzimas no soro está relacionado à processos patológicos.
Enzimas e a Clínica MédicaAs enzimas podem ser classificadas em dois grupos
Plasma-específicas
secretadas ativamente no plasma por certos órgãos, tendo papel funcional no plasma
Não-plasma específicas
produzidas pelas células durante o metabolismo celular normal. São enzimas intracelulares, sem função fisiológica no plasma.
Liberação de enzimas a partir de células normais e de células doentes
ou expostas a um trauma
Enzimas não-plasma específicas
Atividade de enzimas intracelulares no plasma
Estado patológico
Extravazamento por lesão tecidual
Extravazamento por alteração de permeabilidade da membrana
A determinação das atividades de muitas enzimas no plasma é utilizada para fins diagnósticos em várias doenças.
O grau de elevação da atividade enzimática no plasma pode auxiliar na avaliação do prognóstico do paciente.
Enzimas não-plasma específicas
Em termos de diagnóstico deve-se considerar que:• a proporção das enzimas varia de tecido para tecido • tempo de aparecimento destas no plasma é diferente
Diagnóstico específicoValor diagnóstico
limitado
Concentração no plasma
Distribuição tecidual ampla
Distribuição tecidual restrita a um ou a
poucos tecidos
Cinética de liberação de enzimas cardíacas no soro após um IAM
CPK – creatina quinaseLDH – Lactato desidrogenaseHBDH - -hidroxibutírico desidrogenase
Diagnóstico EspecíficoIsoenzimas ou isozimas
Enzimas intracelulares que catalisam a mesma reação em diferentes tipos celulares
Enzimas formadas por várias cadeias polipeptídicas (subunidades) permitindo diferentes associações
Proteínas geneticamente diferentes Propriedades diferentes:
Km imunológicas
Aplicação na clínica médica
IsoenzimasLactato desidrogenase - LDH
Lactato Piruvato
NADox NADred
Tetrâmero: subunidades M e H 5 isoenzimas
Composição Tipo Localização
MMMM M4 LDH5 Fígado e Músculo Esquelético
MMMH M3H LDH4 Fígado e Músculo Esquelético
MMHH M2H2 LDH3 Cérebro e Rim
MHHH MH3 LDH2 Miocárdio e Hemáceas
HHHH H4 LDH1 Miocárdio e Hemáceas
Padrão normal e alterado das isoenzimas LDH no soro humano
A: paciente com infarto do miocárdioB: paciente normalC: paciente com doença hepática
Isoenzimas LDH do soro humano foram separadas em acetato de celulose, em pH 8,6 e coradas para enzima.
IsoenzimasCreatina quinase
Creatina Fosfocreatina
ATP ADP
Dímero: subunidades B e M 3 isoenzimas
Composição Tipo Localização
BB CK1/CPK1 Cérebro
MB CK2/CPK2 Coração
MM CK3/CPK3 Músculo esquelético
Aparecimento de CPK2 no sangue infarto do miocárdio
TGO - Transaminase glutâmico oxalacética
TGP - Transaminase glutâmico pirúvica
Presentes nas células do fígado, coração, músculo esquelético, rim e pâncreas.
Outras enzimas importantes em diagnóstico
Transaminases
DOENÇA HEPÁTICA
INFARTO AGUDO DO MIOCÁRDIO TGO eleva-se após 12 horas, atingindo seu pico após 24-36 horas.
Outras enzimas importantes em diagnóstico Fosfatases
Fosfatase Alcalina Presente em muitos tecidos, principalmente no fígado e nos ossos. O aumento fisiológico é observado na GRAVIDEZ
e na INFÂNCIA.
DISTÚRBIOS ÓSSEOSDOENÇA HEPÁTICA OBSTRUTIVA
Outras enzimas importantes em diagnóstico Transferases
GAMA GLUTAMIL TRANSPEPTIDASE Presente no fígado.
INDICADOR DE DOENÇA HEPÁTICAALCOOLISMO
Outras enzimas importantes em diagnóstico Amilase
Produzida pelo pâncreas e pelas glândulas salivares.
PANCREATITE CAXUMBA