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“....as Enzimas, a mais

admirável e altamente

especializada das

proteínas....”

ENZIMAS

)

Professora: Roberta Schmatz

1700 – Catálise biológica, em estudos da digestão da carne pelas

secreções do estômago;

1850 – Louis Pasteur concluiu que a fermentação do açúcar em álcool pela

levedura é catalisada por fermentos – Vitalismo;

1987 – Eduard Buchner descobriu que extratos de levedura poderiam

fermentar açúcar em álcool provando que a fermentação era promovida

por moléculas que continuavam a função quando removidas das células;

Frederick W. Kuhne chamou essas moléculas de Enzimas;

1926 – James Sumner isolou a cristalização da Urease, descobriu que

cristais de urease consistiam inteiramente de proteínas e postulou que

todas as enzimas são proteínas

Desde a última parte do Século XX a pesquisa sobre enzimas tem sido

intensa.

Histórico

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Enzimas

São as proteínas mais notáveis e mais altamente especializadas;

Catalisadores das reações dos sistemas biológicos;

Aceleram reações químicas;

Possuem um extraordinário poder catalítico;

Alto grau de especificidade para seus substratos;

Desempenham suas funções em soluções aquosas sob condições

suaves de T e pH.

Nutrientes

ENERGIA

Enzimas

Proteínas Carboidratos Lipídeos

Enzimas +

+

Deficiência ou ausência de uma Enzima

Doenças

Atividade em excesso uma Enzima

genéticas

Atividade de Enzimas

Plasma sanguíneo

Eritrócitos

Amostras de tecido

Diagnóstico de Doenças

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Todas as enzimas são proteínas...

• Com exceção de um grupo de RNA catalítico,

• A atividade catalítica da enzima depende da integridade de sua

conformação nativa:

• Se a enzima for desnaturada ou dissociada em suas subunidades a

atividade catalítica é perdida;

• Possuem pesos moleculares de cerca de 12000 até mais de 1

milhão;

Estruturas

proteicas

essenciais para

a sua atividade

catalítica

Cofator

Pode ser um ou mais íons inorgânicos como Fe2+, Mg 2+, Mn2+ ou Zn2+

Co-fator Enzima Inativa

Algumas enzimas requerem outros grupos químicos além dos seus

resíduos de aminoácidos paraa sua atividade.

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Coenzima Molécula orgânica ou metalorgânica complexa.

Agem como carreadores transitórios de grupos funcionais

específicos.

A maioria é derivada das vitaminas, cuja presença na dieta é

necessária em pequenas quantidades.

ESTRUTURA

Enzima

Simples Aminoácidos

Enzima

Conjugada

Aminoácidos

Parte

Proteica

+ Parte não

Proteíca

Holoenzima

Apoenzima

Grupo Prostético

Cofator Coenzima

Mg 2+

Mg 2+

Cofator

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Holoenzima = Uma enzima completa cataliticamente ativa, junto com

a sua coenzima ou/ e íons metálicos:

Uma coenzima ou íon metálico ligado muito forte ou covalentemente

á enzima é chamado de grupo prostético

Parte proteica+ coenzima e/ou íon metálico (cofator)

A fração proteica de uma enzima, na ausência do seu cofator e/ou

coenzima, é chamada de apoenzima ou apoproteína.

A CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS SE DÃO A PARTIR

DAS REAÇÕES QUE ELAS CATALISAM...

1. Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons. Ex:. Desidrogenases e as Oxidases;

2. Transferases: Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Ex:. as Quinases e as Transaminases;

3. Hidrolases: Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: As peptidades;

4. Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. Ex:. As Dehidratases e as Descarboxilases;

5. Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. Ex:. Epimerases;

6. Ligases: Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, sempre às custas de energia (ATP). Ex:. Sintetases.

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As enzimas são classificadas pelas reações que catalisam

1.

5. 4.

3. 2.

6.

Oxirredutases

Transferases

Hidrolases

Liases

Isomerases

Ligases

Nomenclatura e Classificação

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NOMENCLATURA DAS ENZIMAS

A determinação do nome das enzimas é normatizada por um comitê

especializado, o Nomenclature Committee of the International Union of

Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB).

Nome Recomendado: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem

trabalha com enzimas; Utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima.

Exs: Urease, Hexoquinase, Peptidase.

Nome Usual : Consagrados pelo uso; Exs: Tripsina, Pepsina, Ptialina.

Nome Sistemático: Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a

função metabólica da enzima.

ATP: D-hexose 6 -Fosfo-Transferase (Hexoquinase)

Ex: E.C. 2.7.1.1.

Cada enzima possui código com 4 dígitos que caracteriza o tipo

de reação catalisada...

1955 - Comissão de Enzimas (EC) da União Internacional de

Bioquímica (IUB) - nomear e classificar.

E.C. e o número.... Que corresponde a:

1° dígito - classe

2° dígito - subclasse

3° dígito - sub-subclasse

4° dígito - indica o substrato

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Nome sistemático da enzima que catalisa a reação:

ATP + D-glicose ADP + D-glicose 6-fosfato

ATP: glicose- fosfotransferase

Numero na Comissão de Enzimas:

Classe: transferase

Subclasse: fosfotransferase

Fosfotransferase com um grupo Hidroxila como receptor

D-glicose como o grupo receptor da fosforila

E.C 2.7.1.1

Nome comum

Hexoquinase

1. Oxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons) 1.1.atuando em CH-OH 1.2.atuando em C=O 1.3.atuando em C=O- 1.4.atuando em CH-NH2

1.5.atuando em CH-NH- 1.6.atuando em NADH, NADPH

2.Transferases (transferem grupos funcionais entre moléculas) 2.1.grupos com um carbono 2.2.grupos aldeído ou cetona 2.3.grupos acil 2.4.grupos glicosil 2.7.grupos fosfatos 2.8.grupos contendo enxofre

3.Hidrolases (reações de hidrólise) 3.1.ésteres 3.2.ligações glicosídicas 3.4.ligações peptídicas 3.5.outras ligações C-N 3.6.anidridos ácidos

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4.Liases (catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico) 4.1. =C=C= 4.2. =C=O 4.3. =C=N-

5.Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros) 5.1.racemases

6.Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-existentes, sempre às custas de energia) 6.1. C-O 6.2. C-S 6.3. C-N 6.4. C-C

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Como as enzimas funcionam

A catálise enzimática das reações é essencial para os

sistemas vivos;

Reações não catalisadas tendem a ser lentas- a maioria

das moléculas biológicas é muito estável nas condições

internas das células;

As reações requeridas para digerir os alimentos, enviar

sinais nervosos ou contrair um músculo não ocorrem

com uma velocidade útil sem a catálise.

As enzimas proporcionam um ambiente específico adequado para que uma dada reação possa ocorrer mais rapidamente.

A propriedade característica das reações catalisadas por enzimas é que a reação ocorre confinada em um bolsão da enzima SÍTIO ATIVO

A molécula que liga no sítio ativo e sobre qual a enzima age Substrato

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Ligação de um substrato a uma

enzima no sítio ativo.

Enzima quimotripsina com o

substrato ligado em vermelho

Se ligam ao SUBSTRATO e catalisam

a sua transformação química

Sitio Ativo

Revestido com resíduos de aa

com grupos nas cadeias laterais

Reação Enzimática

• E + S ES EP P + E

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As enzimas alteram a velocidade da reação, não o

equilíbrio

Estado Fundamental

E+S ES EP E+P

A função do catalisador é aumentar a velocidade da reação. Elas não são consumidas no processo!!!

Estado Fundamental

O equilíbrio entre S e

P reflete a diferença

entre as energias livres

dos seus estados

fundamentais.

ΔG’° é negativa o

equilíbrio favorece P.

A posição e a direção

do equilíbrio não são

afetadas pelo

catalisador.

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• A velocidade da reação depende da barreira energética entre

S e P:

- A energia necessária para alinhar os grupos reagentes, para

formação de cargas instáveis transitórias, rearranjos de

ligações, etc...para que a reação ocorra em qualquer direção.

- Para que a reação ocorra, as moléculas devem suplantar esta

barreira e atingir um nível de energia mais alto.

ESTADO DE TRANSIÇÃO- topo da curva de energia

Momento molecular transitório no qual eventos como a

quebra de ligação, a formação de ligação ou o

desenvolvimento de carga ocorrem com a mesma

probabilidade de seguirem tanto para formar novamente o

S como para formar o P.

Comparação de uma reação catalisada de uma reação

não-catalisada

E + S ES EP E + P

A diferença entre

os níveis

energéticos do

estado fundamental

e do estado de

transição é a

ENERGIA DE

ATIVAÇÃO, ΔG .

A velocidade da

reação reflete ΔG .

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Uma maior energia de ativação corresponde a uma reação mais

lenta.

A velocidade da reação pode aumentar pelo aumento da T e/ou P,

aumentando assim o nº de moléculas que possuem energia

suficiente para suplantar a barreira energética.

Os catalisadores aumentam a velocidade das reações por

diminuírem as energias de ativação.

O papel da E é acelerar a interconversão entre S e P.

A E não é gasta no processo e o ponto de equilíbrio não é afetado.

Entretanto a reação atinge o equilíbrio muito mais rapidamente

quando a E apropriada estiver presente, pois a velocidade da reação

é aumentada.

Alguns princípios explicam o poder catalítico e a

especificidade das enzimas

• As enzimas são catalisadores extraordinários .

• O aumento da velocidade que elas conferem esta na faixa de 5 a 17

ordens de magnitude.

• As enzimas também são muito específicas, discriminando

facilmente substratos que possuem estruturas muito semelhantes

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Como é que este aumento de velocidade

altamente seletivo pode ser explicado?

Qual a fonte de energia para esta grande

diminuição nas energias de ativação de

reações específicas?

Primeira parte: Rearranjo de lig. covalentes

Reações químicas de muitos tipos ocorrem entre substratos e

grupos funcionais da enzima ( íons metalicos, coenzimas, aa).

Podem formam ligações covalentes transitórias com um S e

ativá-lo para a reação, ou um grupo pode ser transitoriamente

transferido do S para a enzima.

Interações covalentes entre E e S diminuem a energia de

ativação, acelerando assim a reação, por darem condições para

que a reação ocorra por uma via alternativa de baixa energia.

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2ª parte: Interações não covalentes entre E e S

Muito da energia necessária para diminuir a energia de ativação provém de interações fracas não covalentes entre a E e o S.

Interação entre E e S no complexo ES é mediada por ligações de H e interações hidrofóbicas e iônicas.

A formação de cada interação fraca no complexo ES é acompanhada pela liberação de uma pequena quantidade de energia livre que estabiliza a interação.

Energia proveniente da interação E-S é denominada ENERGIA DE LIGAÇÃO principal fonte de energia livre utilizada pelas enzimas para a diminuição da energia de ativação das reações.

Dois princípios fundamentais de como as enzimas utilizam a

energia de ligação não covalente:

1. Muito do poder catalítico das enzimas provém basicamente

da energia livre liberada na formação de muitas ligações

fracas e interações entre a E e seu S. Igualmente, essa

energia de ligação contribui para a especificidade e a catálise.

2. Interações fracas são otimizadas no estado de transição da

reação. Os sítios ativos das E são complementares não aos S

por si mesmos, mas aos estados de transição pelos quais os

S passam ao serem convertidos em produtos durante a

reação enzimática.

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O requerimento de interações fracas para

impulsionar a catálise é uma razão por que as

enzimas são tão grandes

pois elas devem oferecer grupos funcionais para

as interações iônicas, pontes de hidrogênio e

outras, posicionando esses grupos para que a

energia de ativação seja otimizada no estado de

transição.

Interações Fracas entre Enzima e Substrato são

otimizadas no estado de transição

Emil Fischer 1894 – “as enzimas são estruturalmente

complementares aos seus substratos, de modo a se encaixarem

como uma chave em uma fechadura”

Complementaridade de formas entre o substrato e seu sítio de

ligação na enzima

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Complementaridade de formas entre o substrato e seu sítio de ligação na enzima

• A hipótese “ chave e fechadura” pode ser enganadora

quando aplicada a catálise enzimática.

• Uma enzima totalmente complementar ao seu S seria uma

enzima muito pobre.

Duas enzimas imaginárias- “duas bastonases”- catalisar a quebra do metal-

utilizando forças magnéticas como energia de ligação ( proveniente da interação E-S,

ponte de energia livre utilizada para diminuir a Energia de ativação)

Reação imaginária: a quebra de uma bastão de metal magnetizado

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Enzima complementar ao substrato

Para quebrar(reagir) o bastão deve atingir o estado de transição da reação,

mas o bastão se encaixa tão perfeitamente ao sítio ativo que ele não pode se

dobrar, pois ao se dobrar haveria a eliminação de algumas interações magnéticas

entre o bastão e a E.

Uma E deste tipo impede a reação, pois estabiliza o S ao invés de

desestabilizá-lo ENZIMA INÚTIL POIS IMPEDIRIA A REAÇÃO

Complexo ES corresponderia a uma energia da qual o S teria dificuldade de

escapar.

S ativo: Bolsão delimitado por

ímãs

- O curvamento é impedido pelas

interações magnéticas entre o

bastão e a E.

Noção moderna da catálise

enzimática:

Haldane (1930), Linus Pauling (1946):

Para poder catalisar reações, o

substrato deve ser complementar a

enzima no estado de transição da

reação.

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Energia Livre

para o S (gasto) Subconjunto de

interações magnéticas

interações magnéticas (pago)

ΔGB

Velocidade da Reação

Enzimas complementar ao estado de transição da reação

Interações ótimas entre S e E só ocorrem no estado transição.

O bastão de metal liga-se à bastonase, mas apenas um subconjunto de

possíveis interações magnéticas é usado para formar o complexo ES.

O de energia livre necessário para tencionar o bastão em uma curvatura e

quebrar parcialmente a conformação é compensado (pago) pelas interações

(energia de ligação) que se formam entre a E e o S no estado de transição.

Muitas dessas interações envolvem partes do bastão que estão distantes do

ponto de quebraessas interações fornecem parte da energia necessária para

catalisar a quebra do bastão diminui a energia de ativação e aumenta a

velocidade da reação.

ΔG + ΔGB diminuição líquida da energia de ativação

*** Interações fracas entre a E e o S fornecem uma força

impulsionadora substancial para a cat enzimática

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No complexo ES há a formação de interações fracas, no entanto a completa complementaridade entre o S e a E ocorre apenas quando o S estiver no estado de transição.

A energia livre liberada durante a formação dessas interações compensa parcialmente a energia necessária para atingir o topo da curva de energia.

A soma da energia de ativação desfavorável (positiva) e a energia de ligação favorável (negativa) resulta em uma redução líquida de energia de ativação.

Mesmo quando ligado à enzima, o estado de transição não é uma forma estável, mas sim o curto período de tempo que o S o permanece no topo da curva de energia.

Interações com ligações fracas entre a enzima e o substrato fornecem uma força propulsora substancial

para a catálise enzimática.

Os grupos presentes no S que estão envolvidos nessas ligações fracas podem atuar a alguma distância das ligações que são rompidas ou modificadas.

As interações fracas formadas apenas no estado de transição são as que representam a principal contribuição para a catálise.

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A energia de ligação contribui para a especificidade da

reação e a catálise

A mesma energia de ligação que oferece a energia para a catálise também dá a enzima sua ESPECIFICIDADE capacidade de discriminar entre um S e uma molécula competidora deriva da formação de muitas interações fracas entre a E e o S específico.

Se o sítio ativo de uma E tiver grupos funcionais organizados otimamente de modo a formar uma grande variedade de interações fracas com um determinado S no correspondente estado de transição, a E não será capaz de interagir com a mesma intensidade com nenhuma outra molécula neste caso o S é pobre para a enzima;

Se este S contem um grupo funcional extra para o qual a E não tiver um sítio de ligação provavelmente será excluído da E.

Grupos catalíticos específicos contribuem para a catálise

Uma vez que o S esteja ligado a E, grupos funcionais catalíticos

posicionados de modo apropriado ajudam no rompimento e na

formação de ligações por vários mecanismos:

Catálise ácido-base geral

Catálise covalente

Catálise por íons metálicos

Mecanismos diferentes dos mecanismos com base na energia de

ligação, pois geralmente envolvem uma interação transitória

covalente com o S ou uma transferência de grupo do S ou para ele.

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Cinética Enzimática

Determina as constantes de afinidade do S e dos

inibidores;

Conhecer as condições ótimas da catálise;

Ajuda a elucidar os mecanismos de reação;

Determinar a função de uma determinada enzima em uma

rota metabólica.

O modelo de Michaelis-Menten é útil para explicar a

cinética das reações catalisadas por enzimas.

A concentração do substrato afeta a velocidade das

reações catalisadas por enzimas

O estudo dos efeitos da concentração do S é complicado pelo

fato de [S] modificar-se durante o curso de uma reação in vitro,

a medida que o S é convertido em P.

Uma abordagem simplificadora nos experimentos de cinética é

medir a velocidade inicial (Vo), quando a [S] for maior que a

[E].

Onde a E pode estar em [ ] nanomolares, enquanto que S em [ ]

cinco a seis ordens de magnitude maior!!

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Figura. Efeito da variação da concentração do substrato na velocidade

inicial de uma reação catalisada por enzima ([E] mantida constante).

[S] >> [E]

Vo

Saturação Em [ S] relativamente

Vo aumenta quase

que linearmente com o

da [S].

Em [S], Vo em

pequenas quantidades

em resposta ao da [S].

É atingido um ponto

além do qual um em

Vo é insignificante

pequeno com o de [S].

Esta região de Vo

tipo platô esta próxima

a Vmáx.

A combinação de uma enzima com a sua molécula de

substrato formando ES é uma etapa necessária para a

catálise enzimática.

Essa ideia foi expandida em uma teoria geral da ação

enzimática Teoria de Michaelis e Menten

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Modelo de Michaelis e Menten

O modelo de Michaelis-Menten considera que uma reação

enzimática ocorre em dois passos:

ETAPA 1. Ligação de um substrato (S) a uma enzima (E),

formando um complexo intermediário (ES)

ETAPA 2. Formação do produto (P) a partir do complexo

ES, com recuperação da forma livre da enzima (E)

• Enzima primeiro combina reversivelmente

com o S para formar o ES, numa etapa

reversível e rápida:

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• O complexo ES depois se quebra em uma segunda etapa mais lenta produzindo a E livre e o produto P da reação

• Uma vez que a 2ª reação é a mais lenta deve limitar a velocidade da reação total a velocidade total deve ser proporcional à concentração das espécies que reagem na 2ª etapa, isto é ES.

A velocidade inicial máxima (Vmáx) de uma reação catalisada ocorre quando toda a enzima estiver presente como complexo ES e [E] é desprezível.

Nessas condições, a E esta “saturada” com o S e um incremento de [S] não provoca efeito na velocidade.

Essa condição ocorre quando [S] for alta o suficiente para que essencialmente toda a enzima livre se converta na forma ES.

Após o rompimento do complexo ES dando o produto P a E fica livre para catalisar a reação de mais uma molécula de S.

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A relação entre a concentração de substrato e a velocidade

da reação pode ser expressa quantitativamente

• A curva que expressa a

relação entre a [S] e a

Vo segue a mesmo

forma para a maioria

das enzimas

HIPÉRBOLE

RETANGULAR.

• E são expressas

algebricamente pela

equação de Michaelis-

Menten.

A equação de Michaelis-Menten define a relação

quantitativa entre velocidade inicial, Vo, a velocidade

máxima, Vmáx e a concentração inicial do S, [S], todas

relacionadas pela constante de Michaelis, Km.

Km Constante de Michaelis

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A equação se confirma pelo gráfico

Baixa [S] Km >> [S]

Alta [S]

Atingiu o platô

Ponto de

saturação

Insignificante

Parâmetros Cinéticos são usados para comparar as

atividades enzimáticas

As enzimas que seguem o comportamento de uma curva

hiperbólica seguem a cinética de Michaelis-Menten.

Quando:

Km=[S] quando a Vo= 1/2 Vmax

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Para uma mesma enzima temos Km diferentes

O Km de um substrato para uma enzima específica é

característico, e nos fornece um parâmetro de

especificidade deste substrato em relação à enzima.

Quanto menor o Km, maior a especificidade...

Transformação da equação de Michaelis-Menten: o gráfico

do duplo recíproco

Invertemos a equação para:

Separando a os componentes do numerador no lado direito temos

Equação de Lineweaver-Burk

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Enzimas que obedecem a

relação Michaelis e Menten

usando o Diagrama de

Lineweaver-Burk produzem

uma linha reta

Útil para diferenciar certos

tipos de mecanismos de reação

enzimática.

Útil na análise da inibição de

enzimas.

Muitas enzimas catalisam reações com dois ou mais

substratos

• Exemplo: Reação catalisada pela HEXOQUINASE

Substratos

A hexoquinase possui um Km característico para cada substrato.

Geralmente envolve a transferência de um átomo de um grupo funcional

de um S para outro;

Ambos os substratos podem estar ligados a enzima formando um

complexo ternário não-covalente.

Os S se ligam segundo uma sequência aleatória ou em uma sequência

com ordem específica.

Em outros casos o 1º S é convertido em um produto que se dissocia

antes que o 2º S se ligue.

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Ordem ao acaso

Reação enzimática envolvendo o complexo ternário

Ordenado

Reação enzimática onde não se forma o complexo ternário

As enzimas estão sujeitas à inibição reversível ou

irreversível

Os inibidores das enzimas são moléculas que interferem com a catálise, diminuindo ou interrompendo as reações enzimáticas.

Os inibidores estão entre os medicamentos mais importantes.

Ex.:A aspirina inibe a enzima que catalisa a primeira

etapa da síntese das prostaglandinas (Ciclooxigenase),

compostos envolvido em muitos processos, incluindo

alguns que produzem dor e inflamação.

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DUAS AMPLAS CLASSES DE INIBIDORES ENZIMÁTICOS...

MISTO

•Inibição Enzimática Reversível

Inibição competitiva, onde um inibidor competitivo

compete com o substrato pelo o sítio ativo de uma enzima

Inibidores competem com o sítio ativo da enzima!!!

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Cegueira

Tratamento terapêutico com base na competição pelo sítio ativo

é utilizado para tratar pacientes que ingeriram metanol. O etanol compete efetivamente com o metanol como substrato par

a a álcool desidrogenase.

A terapia para o envenenamento com o metanol é uma infusão

endovenosa de etanol, que diminui a velocidade de formação do fo

rmaldeído, o suficiente

Para que a maior parte do metanol possa ser excretado na urina sem maiores danos.

Inibição Competitiva Inibidor competitivo

Estrutura semelhante à do substrato

Liga-se ao Sítio Ativo da Enzima

E + S ES E + P

EI

+ I

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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 Competitiva

Análise Gráfica

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INIBIÇÃO COMPETITIVA

Km aumenta

Vmáx não altera

Sempre haverá uma

[S] tão alta que

desloca o inibidor

competitivo do sítio

ativo da enzima

independente de

quão alta seja a [I]

• Inibição incompetitiva

Inibidores incompetitivos ligam-se a um sítio distinto do sítio

ativo do S, e ao contrário do inibidor competitivo, liga-se em

apenas ao complexo ES!!!

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Inibição Incompetitiva

Diminui a concentração

de enzima ativa

Velocidade Máxima

da Reação

Exemplos: Metais pesados - Pb+2

INIBIÇÃO INCOMPETITIVA Vmáx e o Km diminuem

Inibidor não tem

semelhança estrutural com o substrato

NÃO se liga no sítio ativo da enzima

Aumento da [substrato] não diminui a inibição

A VELOCIDADE máxima DIMINUI na presença do inibidor e assim é necessária uma [S] menor para atingir o ponto que Vo=Vmáx/2 km diminui

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• Inibição mista

Inibidores mistos ligam-se a um sítio distinto do Sítio

ativo do qual o substrato se liga, mas podem ligar-se

tanto a E livre quanto ao complexo ES!!!

INIBIÇÃO MISTA Aumenta o Km e a diminui a Vmax

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Inibição Enzimática Irreversível

Inibidores irreversíveis são aqueles que se ligam de forma

covalente ou destroem um grupo funcional da enzima que é

essencial para a atividade da enzima ou então forma uma

associação não covalente estável.

A enzima não volta mais a

sua atividade normal.

Inibição Enzimática Irreversível Ex: Inibição da enzima ciclo-oxigenase pelo acetilsalicilato

Ciclo-oxigenase

Prostaglandinas

Processos fisiológicos, ex. sensação de dor

Ácido araquidônico

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Reação da quimotripsina com o Diisopropilfluorofosfato (DIFP)

Inibição Isso demonstra que a

Ser195 é o resíduo de

Ser com funções

catalíticas chave no sitio

ativo da quimotripsina

Inibição Enzimática Irreversível

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Inibição Enzimática Irreversível

Inibidores Suicidas

Inibidores com Base no Mecanismo

ou

Compostos, em geral, pouco reativos até se

ligarem à enzima

Convertido em um composto

muito reativo que se combina

IRREVERSIVELMENTE

com a enzima

Forma um produto que é

um potente inibidor do próximo

passo da via metabólica

ou

Enzimas Reguladoras

• No metabolismo celular grupos de enzimas trabalham juntas

em vias seqüenciais para realizar um certo processo

metabólico.

• Nessas reações o P da reação de uma E torna-se o substrato

da próxima. Essas enzimas reguladoras aumentam e diminuem sua

atividade em resposta a certos sinais celulares

Dessa forma elas ajustam a velocidade das reações, permitindo que a célula alcance suas necessidades energéticas, requerimento de biomoléculas para o crescimento e reparo celular.

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Enzimas Reguladoras

Não obedecem a cinética de Michaelis-Menten;

Controlam a etapa limitante em uma cadeia de reações enzimáticas;

Tem sua atividade catalítica aumentada ou diminuída em resposta a determinados sinais, moléculas sinalizadoras (pequenos metabólicos ou cofatores).

Classes de enzimas reguladoras:

Enzimas alostéricas;

Enzimas reguladas pela modificação covalente reversível

Enzimas alostéricas

Funcionam através da ligação não-covalente e reversível de um metabólito regulador chamado modulador;

Moduladores podem ser inibidores ou ativadores;

São maiores e mais complexas, possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas.

Enzimas reguladas por modificação covalente reversível

Grupos químicos são ligados covalentemente e removidos da enzima reguladora por enzimas diferentes. EX:. fosfato, adenosina monofosfato, grupos metil, etc.

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Enzimas alostéricas sofrem alterações de

conformação em resposta à ligação de moduladores

• Moduladores podem ser: Inibitórios

Estimuladores

• Enzimas Homotrópica: o modulador e o substratos são idênticos

• Enzimas Heterotrópicas: modulador e substratos são moléculas diferentes

R

Regulação da Atividade Enzimática Enzimas Alostéricas

• Reguladas por efetores ou moduladores

alostéricos

fora do sítio ativo (sítio alostérico)

modo não covalente

positivos negativos

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Enzima menos ativa

Enzima mais ativa

Complexo

Enzima-Substrato

ativo

Subunidade catalitica

Subunidade reguladora

Sitio regulador com alta especificidade

pelo modulador

Muda a conformação

Ativa o sitio para ligar-se ao S

As propriedades cinéticas das enzimas alostéricas divergem

do comportamento de Michaelis e Menten

As enzimas alostéricas mostram relações Vo e [S] diferentes da cinética de Michaelis e Menten

Elas não exibem saturação com o substrato quando a [S] for alta;

Produzem uma curva de saturação sigmóide e não hiperbólica.

Enzimas alostéricas são

reguladas pelas necessidades

celulares

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Curva representando Enzima Alostérica Homotrópica

[S] = [modulador]

A curva torna-se sigmóide pq o S atua

como modulador positivo (um

ativador) onde as subunidades atuam

cooperativamente o S se liga tanto

ao sitio ativo quanto ao sitio regulador

alterando a conformação da

enzima aumentando a afinidade da

ligação do S das moléculas

subseqüentes do substrato.

[S] aumentada

Vo aumenta

• Modulador positivo (ativador), curva mais

próxima de uma hipérbole, diminui o K0,5

• Modulador negativo ( inibidor), curva mais

sigmoidal, aumento no K0,5

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Atividade da E sem modulador

Não modificam a Vmax

o K0,5 se altera com os

moduladores + e -

Curva representando Enzima Alostérica Heterotrópica

(efeitos de um modulador + e um -)

Inibidor produz uma curva mais sigmóide

Ativador produz uma curva mais ligeiramente

hiperbólica

Em muitas vias uma etapa reguladora é catalisada por uma

enzima alostérica

• Em alguns sistemas multienzimáticos, a enzima reguladora é

especificamente inibida pelo produto final da via toda a vez

que a [P] exceder os requerimentos celulares

• Quando a reação da enzima reguladora é diminuída, todas as

enzimas subseqüentes operam em velocidades reduzidas à

medida que seus substratos são depletados

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Enzima alostérica

Excesso

Baixa [ ]

Ativação

INIB

IÇÃ

O

RE

TR

OA

LIM

EN

TA

ÇÃ

O

Algumas enzimas reguladoras sofrem modificação covalente

reversível

• Grupos que modulam a atividade de Enzimas

covalentemente:

Fosforila

Adenila

Uridila

Metila

Grupos adenosina difosfato ribosila

A fosforilação é o tipo mais comum de modificação

reguladora, de um terço de todas as proteínas na célula

eucariótica são fosforiladas.

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(Resíduos alvo)

Grupos fosforilas afetam a estrutura e a atividade catalítica

das proteínas

• A ligação de grupos fosforilas a resíduos de

aminoácidos de uma proteína é catalisada pelas

proteínas quinases

• A remoção de grupos fosforilas é catalisada pelas

proteínas fosfatases

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Glicogênio fosforilase ocorre em duas formas:

Fosforilase a (mais ativa)

Fosforilase b (menos ativa)

Fosforilase a ≠ Fosforilase b

Fosforilase b

(menos ativa)

Fosforilase a

(mais ativa)

Diferentes estruturas:

-Secundária

-Terciária

-Quaternária

-modificação no sitio ativo

-atividade catalítica

Modificação na conformação

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Fatores externos que influenciam na velocidade de uma reação

enzimática

- 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.

- pH: Igual à temperatura; existe um pH ótimo, onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sítio catalítico, é ideal para a catálise.

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Resumindo enzimas....

...são proteínas complexas que produzem uma alteração

química específica sobre outras substâncias sem que

exista uma alteração sobre si mesma.

Sua principal função é a catálise biológica, além de

reguladoras dessas reações, por isso são consideradas as

unidades funcionais do metabolismo celular...

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Obrigado!!!