Enzima (2)
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Enzimas
Juliana P. de Castro
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ENZIMAS
•Definição:
–Catalisadores biológicos, sem alteração delas próprias;
–Longas cadeias de pequenas moléculas de aminoácidos.
Aminoácidos:
H
R C* COOH
NH2
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• 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
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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.
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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.
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• 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
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ENZIMAS
• Localização: Organelas específicas.
Esta compartimentalização serve para isolar o substrato ou produtos de outras reações competitivas.
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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.
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ENZIMAS
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ENZIMAS
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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]
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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
ENZIMAS - Classificação
H2O
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3. Hidrolases - Catalisam quebra de ligações pela adição da água. Ex: urease.
ENZIMAS - Classificação
NH2 – C – NH2 + H2O
O
Ureia
CO2 + 2NH3
Urease
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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
ENZIMAS - Classificação
Acetaldeído
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• 5.Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros). As Epimerases são exemplos.
ENZIMAS - Classificação
CH3
OOC – CH – C – CoA
O
Metilmaionil CoA
OOC – CH2 - CH2 – C – CoA
O
Succinil CoA
Metilmaionil CoA mutase
--
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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
ENZIMAS - Classificação
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• 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
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• ““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
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• Modelo Chave/Fechadura: prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura.
ENZIMAS
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• Modelo do Ajuste Induzido: prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato;
ENZIMAS
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Ação das Enzimas
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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
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• 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
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• Coenzimas - moléculas orgânicas (vindos em geral de vitaminas como NAD+, FAD, coenzima A).
ENZIMAS – Holoenzimas
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• Cofator - são colaboradores não protéicos necessários para a atividade da enzima. Podem ser íons metálicos (Zn+2, Fe+2).
ENZIMAS – Holoenzimas
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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)
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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
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– 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
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Cinética enzimática
• É o estudo do mecanismo pelo qual as enzimas ligam substratos e os transformam em produtos
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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
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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;
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• 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
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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].
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• Temperatura
–
Fatores que afetam a Fatores que afetam a velocidade da reaçãovelocidade da reação
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;
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• Temperatura
– Aumento da atividade até o pico de velocidade ser atingido e em determinado ponto decréscimo da atividade e desnaturação da enzima
Fatores que afetam a Fatores que afetam a velocidade da reaçãovelocidade da reação
![Page 38: Enzima (2)](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/559281601a28ab44678b45df/html5/thumbnails/38.jpg)
• 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;
Fatores que afetam a Fatores que afetam a velocidade da reaçãovelocidade da reação
![Page 39: Enzima (2)](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/559281601a28ab44678b45df/html5/thumbnails/39.jpg)
– pH
– Algumas em pH muito ácido ou alcalino são desnaturadas.
Fatores que afetam a Fatores que afetam a velocidade da reaçãovelocidade da reação
![Page 40: Enzima (2)](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/559281601a28ab44678b45df/html5/thumbnails/40.jpg)
““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
![Page 41: Enzima (2)](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/559281601a28ab44678b45df/html5/thumbnails/41.jpg)
![Page 42: Enzima (2)](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/559281601a28ab44678b45df/html5/thumbnails/42.jpg)
![Page 43: Enzima (2)](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/559281601a28ab44678b45df/html5/thumbnails/43.jpg)
• 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
![Page 44: Enzima (2)](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/559281601a28ab44678b45df/html5/thumbnails/44.jpg)
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
![Page 45: Enzima (2)](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/559281601a28ab44678b45df/html5/thumbnails/45.jpg)
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
![Page 46: Enzima (2)](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061616/559281601a28ab44678b45df/html5/thumbnails/46.jpg)
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.