enzimas
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1.Replicação;
2.Catálise de reações químicas com eficiência e seletividade
CONDIÇÕES FUNDAMENTAIS DA VIDA:
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Participam das vias bioquímicas • Enzimas realizam o controle preciso do metabolismo
celular
• O metabolismo energético é um dos principais temas de estudo da bioquímica
• Permitem resposta e adaptação a um meio em mudança
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O que são as enzimas?
• Proteínas notáveis, altamente especializadas – Alto grau de especificidade com substratos
• Poder catalítico extraordinário
• Aceleram reações químicas – Em condições suaves de temperatura e pH
• São o centro e o objeto de estudo principal da bioquímica – Atuando de forma organizada catalisam centenas de
reações que degradam as moléculas dos nutrientes e conservam suas energias
• Doenças ocorrem quando elas não funcionam bem
• Como os cientistas descobriram as enzimas?
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LOUIS PASTEUR
1835: Berzelius, conceito de catálise
1885: fermentação do acúcar por lêvedos, gerando álcool
1896: Edward Buchner consegue fermentar o açúcar num extrato de lêvedo sem vida!
Fermentos, portanto, catalisavam reações químicas (açúcar a álcool) – biocatalisadores
Louis Pasteur 1822-1895
Um pouco de história...
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EMIL FISCHER
Sacarase Quebra da sacarose em glicose e frutose
Produziu diversos análogos de sacarose para testar se a enzima funcionava
Determinadas mutações tornavam os análogos resistentes à sacarase
Modelo de ação enzimática chave-e-fechadura
Hermann Emil Fischer 1852 - 1919
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Kunitz e Northrop Eletroforese e centrifugação: enzimas
estão na fração protéica!
Mesmo em quantidades proteícas indetectáveis pelos métodos, as enzimas continuavam tendo atividades
Como as milhares de reações catalíticas eram possíveis a uma proteína?
John Howard Northrop 1891-1987
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Finalmente, Sanger
1952 Publica a primeira estrutura primária
de uma proteína: a Insulina, com 51 aminoácidos
O trabalho mostrava também que a estrutura das proteínas poderia ser descrita pela sua sequência de aminoácidos, do N ao C terminal
A sequência, entretanto, não ajudava a prever a função da proteína (antes da bioinformática)
Frederick Sanger 13 August 1918
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CONCLUSÃO: HISTÓRIA DA BIOQUÍMICA
As enzimas realizam reações catalíticas e transformam moléculas umas nas outras
Os organismos biológicos são ricos em enzimas e as enzimas funcionam também fora dos organismos biológicos → biotecnologia!
As enzimas são proteínas formadas por polímeros de aminoácidos
A multiplicidade de função se dá pela interação tridimensional formada (modelo chave-fechadura) por interações não-covalentes a partir de uma série de aminoácidos ligados covalentemente (ligação peptídica)
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Toda enzima é proteína?!
• Não!, há alguns RNAs que funcionam enquanto enzimas também
• Componente químico adicional necessário para a função – Cofator: íons inorgânicos – Coenzima: moléculas orgânicas
complexas – Se liga muito firmemente: grupo
prostético
• Enzima completa: holoenzima – Parte protéica: apoenzima ou
apoproteína
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Cobre
Ferro
Potássio
Magnésio
Manganês
Molbdênio
Níquel
Selênio
Zinco
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Apoenzima Holoenzima
As enzimas quando ligadas às coenzimas, são chamadas de holoenzimas
Grupo prostético
(coenzima ou íon)
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Nomenclatura das enzimas
• Normalmente se adiciona o sufixo ase ao nome do substrato ou à atividade realizada
– Urease – hidrolisa a uréia
– DNA-polimerase – polimeriza DNA
– Pepsina – pepsis vem do grego (digestão)
– Lipase
– Protease
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• Sistema de classificação
enzimático – EC number (Enzyme Commission)
– Quatro números: 2.7.1.1
• 1. Classe
• 2. Sub-classe dentro da classe
• 3. grupos químicos específicos que participam da reação.
• 4. a molécula que está recebendo o grupo funcional
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• EXEMPLO: ATP: glicose-fosfotransferase EC 2.7.1.1
• 2 → Classe = Transferase
• 7 → Subclasse = fosfotransferase
• 1 → fosfotransferase que tem um grupo hidroxila como aceptor
• 1 → glicose como aceptor
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1. Oxido-redutases
São todas as enzimas que catalisam reações de oxidação-redução. O substrato oxidado é um hidrogênio ou doador de elétron.
Lactato desidrogenase
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2. Transferases
São enzimas que catalisam a transferência de grupos entre duas moléculas.
Alanina amino transferase
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3. Hidrolases
Catalisam a reação de hidrólise de várias ligações covalentes. O nome, em geral, é dado pelo “substrato” + o sufixo “ase”.
Peptidases
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4. Liases
Liases são enzimas que catalisam a clivagem de ligações C-C, C-O, C-N,.
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5. Isomerases
Catalisam a modificação de uma única molécula, sem participação de outra.
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6. Ligases
Catalisam reações de síntese de uma nova molécula a partir da ligação entre duas moléculas, com a concomitante hidrólise de ATP ou outro composto trifosfatado.
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Moléculas catalisadoras que aumentam a velocidade das reações, sem sofrerem alterações no processo global;
Na faixa de 106 a 1012 ordens de magnitude.
Praticamente todas as reações que caracterizam
o metabolismo celular são catalisadas por
enzimas.
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Reação enzimática
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Equilíbrio químico
• As enzimas realizam, muitas vezes, as reações nos dois sentidos
• A concentração de substratos e produtos é o que define a velocidade das reações
• Poder catalítico das enzimas vem da energia livre liberada na formação de ligações fracas quando da interação enzima-substrato – Interações fracas entre ES são
otimizadas no estado de transição
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Reação enzimática
• Reação se dá em fases:
• Enzima aumenta a velocidade das reações
• Os catalisadores aumentam a velocidade das reações por que diminuem a energia de ativação
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Bastonase como modelo enzimático
Estabiliza o substrato
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Cinética enzimática
• A concentração do substrato [S] influi na velocidade das reações catalisadas por enzimas
• Velocidade máxima é abstraída para concentrações excessivas de Substrato
• Constante de Michaelis-Menten
– kM = [S] correspondente a ½ Vmax;
V0
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A velocidade da reação é diretamente proporcional à
concentração da enzima
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Equação de Michaelis-Menten
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Reações com dois substratos
• Enzimas podem formar os chamados complexos ternários ou realizar as reações uma-depois-da-outra
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• Velocidade das reações químicas depende também da faixa de pH – Maior velocidade está normalmente associada ao pH do ambiente
onde a enzima atua
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Efeito do pH na atividade enzimática
H+
H+
A. pH ótimo
B. pH inferior ao
ótimo (maior [H+])
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• Velocidade das reações químicas depende também da faixa de temperatura – Maior velocidade está normalmente associada temperatura do
ambiente onde a enzima atua
Exceto: organismos termófilos
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Inibição enzimática reversível (inibição competitiva)
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Inibição enzimática reversível (inibição competitiva)
1/Vmax
-1/Km
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Inibição enzimática reversível (inibição não competitiva/incompetitiva)
![Page 41: Enzimas](https://reader030.vdocuments.com.br/reader030/viewer/2022032715/55adb7941a28ab0f1d8b4686/html5/thumbnails/41.jpg)
Inibição enzimática reversível (inibição não competitiva/incompetitiva)
1/Vmax
-1/Km
![Page 42: Enzimas](https://reader030.vdocuments.com.br/reader030/viewer/2022032715/55adb7941a28ab0f1d8b4686/html5/thumbnails/42.jpg)
Inibição enzimática reversível (inibição mista)
![Page 43: Enzimas](https://reader030.vdocuments.com.br/reader030/viewer/2022032715/55adb7941a28ab0f1d8b4686/html5/thumbnails/43.jpg)
Inibidor enzimático irreversível Ligam-se a enzima, alterando estrutura do sítio ativo, inativando a enzima
Sítio ativo
inativado
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A função fisiológica da inibição enzimática
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Enzimas alostéricas Enzimas regulatórias