enzimas prof. rodrigo alves do carmo. importância das enzimas catalisadores de sistemas biológicos...

EnzimasEnzimas

Prof. Rodrigo Alves do Carmo

Importância das EnzimasImportância das Enzimas

• Catalisadores de sistemas biológicos eficientes e seletivos.

• Papel fundamental na saúde e na doença:

SAÚDE

Processos Fisiológicos

Ocorram de modo ordenado Homeostasia

DOENÇA

Doenças Genéticas

Incapacidade ou capacidade parcial

de sintetizar enzimasEx.: PAH

Fenilcetonúria Hiperamonemia

Lesão tecidual graveEx.: Cirrose Hepática

Prejudica a síntese de enzimas pelo tecido

Ex.: Enzimas do Ciclo da Uréia

NomenclaturaNomenclaturaNo século XIX – poucas enzimas identificadas.• Adicionava-se o sufixo ASE ao nome do

substrato.Ex.: enzimas que hidrolisam:

– Gorduras (lipo - grego): lipase.– Amido (amylon - grego): amilase.– Proteínas: protease.

• Nomes usuais.Ex.: tripsina e pepsina (proteases).

NomenclaturaNomenclatura• No século XX - nº. de enzimas descritas.• Nomenclatura existente se tornou ineficaz.• Década de 60 IUB (União Internacional de

Bioquímica) adotou um novo sistema de nomenclatura e classificação.– Mais complexo.– Sem ambigüidades.– Baseado no mecanismo de ação.

NomenclaturaNomenclatura• Sistema oficial da IUB.• Cada enzima possui um nº. de código (EC -

Enzime Comission) com 4 dígitos que caracterizam o tipo de reação.– 1º dígito – classe– 2º dígito – subclasse– 3º dígito – sub-subclasse– 4º dígito – indica o substrato.

NomenclaturaNomenclatura• Ex.: ATP-glicose fosfotransferase - E.C. 2.7.1.1.

– 2 (classe): transferase.– 7 (subclasse): fosfotransferase.– 1 (sub-subclasse): fosfotransferase que apresenta um grupo

hidroxila aceptor de fosfato.– 1 (substrato): D-glicose é o aceptor do grupo fosfato.

• Nome usual: hexoquinase

Propriedades das EnzimasPropriedades das Enzimas

1) São catalisadores biológicos extremamente eficientes;

2) Possuem elevada especificidade;3) Muitas necessitam de co-fatores para terem

atividade;4) Atuam em condições suaves de temperatura e

pH;5) Podem ter sua atividade regulada.

As Enzimas são Catalisadores As Enzimas são Catalisadores Biológicos EficientesBiológicos Eficientes

Aceleram as reações.Não são consumidas nas reações.Atuam em pequenas concentrações.Não alteram o equilíbrio das reações.

As Enzimas são Catalisadores As Enzimas são Catalisadores Biológicos EficientesBiológicos Eficientes

1 molécula decompõe 5.000.000 moléculas de H2O2

Mecanismo Geral de CatáliseMecanismo Geral de Catálise

• As enzimas aceleram a velocidade das reações porque diminuem a ENERGIA DE ATIVAÇÃO, sem alterar a termodinâmica da reação.

EE ++ SS EE SS PP + + EE

Ene

rgi a

Ene

rgi a

Caminho da ReaçãoCaminho da Reação

Energia de ativação Energia de ativação semsem enzima enzima

SSPP

Energia de ativação Energia de ativação com com enzimaenzimaDiferença entrea energia livre

de S e P

Especificidade da Enzima ao Especificidade da Enzima ao Substrato: o Sítio AtivoSubstrato: o Sítio Ativo

• Especificidade local na superfície da enzima onde ocorre a reação enzimática denominado SÍTIO ATIVO;

• É dado por um arranjo tridimensional especial dos aminoácidos de uma determinada região da molécula;

• Geralmente complementar à molécula do substrato, e ideal espacial e eletricamente para a ligação do mesmo;

• É capaz de reconhecer até mesmo isômeros ópticos "D" e "L" de um mesmo composto.

Especificidade da Enzima ao Especificidade da Enzima ao Substrato: o Sítio AtivoSubstrato: o Sítio Ativo

   A zona sombreada são os aminoácidos desta enzima que configuram, neste caso, o sítio ativo da enzima.

sítio ativo

Alguns modelos procuram explicar a Alguns modelos procuram explicar a especificidade enzima/substrato:especificidade enzima/substrato:

• Modelo Chave-Fechadura: prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura.   

– Modelo do Encaixe Induzido: prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato; a enzima se ajustaria à molécula do substrato na sua presença.

Alguns modelos procuram explicar a Alguns modelos procuram explicar a especificidade enzima/substrato:especificidade enzima/substrato:

Alteração conformacional da fosfoglicerato Alteração conformacional da fosfoglicerato quinase após a ligação de seus substratos ADP e quinase após a ligação de seus substratos ADP e

1,3-bisfosfoglicerato1,3-bisfosfoglicerato

Muitas Enzimas Necessitam de Muitas Enzimas Necessitam de Co-fatores para Terem Atividade Co-fatores para Terem Atividade

• Co-fatores são pequenas moléculas que podem ser necessárias para a função de uma enzima;

Porção protéica(apoenzima) Co-fator

Moléculas Inorgânicas

Moléculas Orgânicas (Coenzimas)

Holoenzima

• Metais. Ex.:– Zn2+ - anidrase carbônica, carboxipeptidase;– Mg2+ - hexoquinase;– Mn2+ - superóxido dismutase.

Co-fatores InorgânicosCo-fatores Inorgânicos

Co-fatores Orgânicos (Coenzimas)Co-fatores Orgânicos (Coenzimas)

• Derivados de vitaminas:– Podem se ligar à enzima fraca ou fortemente.

• Classificam-se em:– transportadoras de hidrogênio;– transportadoras de grupos químicos.

Coenzimas Transportadoras de Coenzimas Transportadoras de HidrogênioHidrogênio

Coenzima Abreviatura Reaçãocatalisada

Origem

Nicotinamida adeninadinucleotídio

NAD+ Oxi-redução Niacina ouVitamina B3

Nicotinamida adeninadinucleotídio fosfato

NADP+ Oxi-redução Niacina ouVitamina B3

Flavina adeninadinucleotídio

FAD Oxi-redução Riboflavina ouVitamina B2

NAD+

Nicotinamida adenina

dinucleotídio (B3)

Um ionte hidreto (H:-) é adicionado aqui durante uma redução

AMP

Nicotinamida

FAD – Flavina Adenina Dinucleotídio (B2)

Local da redução

Local da redução

Coenzimas Transportadoras de Coenzimas Transportadoras de Grupos QuímicosGrupos Químicos

Coenzima Abrev. Reação catalisada OrigemCoenzima A CoA-SH Transferência de

grupo acilPantotenato ouVitamina B5

Biotina Transferência deCO2

Biotina ouVitamina H

Piridoxal fosfato PyF Transferência degrupo amino

Piridoxina ouVitamina B6

Metilcobalamina Transferência deunidades de carbono

Cobalamina ouVitamina B12

Tetrahidrofolato THF Transferência deunidades de carbono

Ácido fólico

Tiaminapirofosfato

TPP Transferência degrupo aldeído

Tiamina ouVitamina B1

As Enzimas Atuam em Condições As Enzimas Atuam em Condições Suaves de Temperatura e pHSuaves de Temperatura e pH

• Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação, até se atingir a TEMPERATURA ÓTIMA. A partir dela, a atividade volta a diminuir, por desnaturação da molécula.

As Enzimas Atuam em Condições As Enzimas Atuam em Condições Suaves de Temperatura e pHSuaves de Temperatura e pH

• pH : A velocidade da reação aumenta até se atingir um pH ideal (pH ÓTIMO), onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sítio catalítico, é ideal para a catálise.

Efeito da Concentração do Substrato Efeito da Concentração do Substrato sobre a Velocidade da Reaçãosobre a Velocidade da Reação

• Quanto maior a concentração do substrato maior a velocidade da reação até se atingir um platô (Vmax) - saturação enzimática.

Constante de Michaelis-Menten

Regulação da Atividade EnzimáticaRegulação da Atividade Enzimática• Modulação Alostérica:

– Ocorre nas enzimas que possuem um SÍTIO DE MODULAÇÃO ou ALOSTÉRICO.

– O modulador alostérico se liga de forma não-covalente ativando (+) a enzima ou inibindo (-) a enzima.

– Ocorrem modificações conformacionais na estrutura espacial da enzima, modificando a afinidade desta para com os seus substratos.

Regulação da Atividade EnzimáticaRegulação da Atividade Enzimática

• Modulação Covalente:– Ocorre quando há modificação covalente da

molécula da enzima, com conversão entre formas ativa/inativa.

– O processo ocorre principalmente por adição/remoção de grupamentos fosfato.

Inibição EnzimáticaInibição Enzimática

• Inibidores são substâncias que diminuem ou interrompem as reações enzimáticas.

• Existem duas classes de inibidores enzimáticos: reversíveis e irreversíveis.

Inibição EnzimáticaInibição Enzimática• Inibição Reversível Competitiva:

– O inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sítio de ligação do substrato.

– Inibidor forma com a enzima um complexo instável.

– Inibição não envolve modificação covalente.

– Esse tipo de inibição depende das concentrações do substrato e do inibidor.

Inibição EnzimáticaInibição Enzimática• Inibição Reversível Não-competitiva:

– O inibidor liga-se reversivelmente à enzima em um sítio próprio de ligação, podendo estar ligado ao mesmo tempo que o substrato.

– Inibidor não tem semelhança estrutural com o substrato.

– Esse tipo de inibição depende apenas da concentração do inibidor.

Inibição EnzimáticaInibição Enzimática• Inibição Irreversível:

– O 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.