ENZIMAS

ENFERMAGEM 2012/1 – PROFª AMANDA VICENTINO

Bioquímica – Módulo II

Como os seres vivos utilizam a energia provida do ambiente?

Glicose + O2 CO2 + H2OEnergia

Precisa ser catalisada para ocorrer de forma rápida

GlicoseManutenção das Funções

Manutenção das Funções = REAÇÕES QUÍMICAS

precisam ser altamente específicas de modo a gerar

produtos definidos

devem ocorrer a velocidades adequadas à fisiologia

da célula

CATALIZADORES DAS REAÇÕES QUÍMICAS

ENZIMAS

REAÇÕES QUÍMICAS

Enzimas são catalisadores que aumentam a velocidade da reação de 5 à 17 ordens de grandeza.

Anidrase Carbônica

CO2 + H2O HCO3- + H+

V= 1,3 x 10-1/s

V = 106/s

Estrutura das enzimas:

Quase todas as enzimas são proteínas, como tal sua função depende da sua estrutura.

A estrutura da enzima dependerá da seqüência primária; secundária; terciária e quartenária.

Partes importantes: Apoenzima: parte proteica de

uma enzima Sítio ativos: região que forma

a maquinaria para a reação química de catálise, é constituída por grupo de aminoácidos específicos.

Muitas enzimas necessitam de cofatores para sua atividade ...

Os cofatores podem ser divididos em dois grupos:

• Metais• Moléculas orgânicas (coenzimas)

HOLOENZIMA

Íons metálicos

Moléculas

orgânicas

Coenzimas

Porção protéicaAPOENZIMA Cofator

Quando o cofator está ligado fortemente a parte proteica da enzima ele é chamado de grupo prostético.

Anidrase Carbônica

Classificação das enzimas:

lactato piruvato

lactato desidrogenas

e

Transferases – catalisam a transferência de um grupamento de uma molécula a outra.

alaninaα-

cetoglutaratoL-

glutamato

piruvato

alanina aminotransfera

se

As enzimas são classificadas de acordo com o tipo de reação que catalisam. Oxido-redutases – enzimas que catalisam reações de óxido-

redução, transferência de elétrons.

Hidrolases – catalisam a reação de hidrólise de uma única ou várias ligações covalentes por

introdução de uma molécula de água.

peptidase

Liases – catalisam reações adicionando ou removendo grupamentos.

piruvato

acetaldeído

piruvato carboxilase

H2O

Isomerases – catalisam reações transferindo grupos dentro da mesma molécula formando isômeros.

Fosfoglicose

isomerase

Ligases – catalisam reações que ligam 2 moléculas

+

Acetil-CoA

acetil CoA carboxilas

e

Como as enzimas funcionam?

A e B precisam colidir em uma orientação favorável O complexo A+B precisam atingir um certo nível de energia

necessário para que a reação ocorra: ENERGIA DE ATIVAÇÂO

A + B C + D

Estado intermediário de maior energia livre

Enegia de ativação

As enzimas aceleram as reações pela facilitação da formação do estado de transição

As enzimas se ligam ao substrato de forma com que estes se disponham na orientação correta

Estabilização do estado de transição

Reduz a energia de ativação necessária para atingir o estado de transição

As enzimas aceleram as reações pela facilitação da formação do estado de transição

Como a energia de ativação é menor, um maior número de moléculas têm a energia necessária para atingir o estado de transição. As enzimas alteram a velocidade da reação e não o equilíbrio.

A primeira etapa da catálise enzimática é a formação do

complexo enzima-substrato O substrato se liga ao centro ativo da enzima.

O centro ativo é uma fenda tridimensional que possui aminoácidos que participam diretamente na geração e quebra de ligações.

Os substratos se ligam à enzima por vários tipos de interações fracas:

Complexo Enzima-Substrato

Modelo chave e fechadura – o sítio catalítico é rígido e complementar à forma e ao tamanho do substrato.

Modelo encaixe induzido – o sítio catalítico não está totalmente pré-formado, a enzima se ajustaria ao substrato.

Formação do complexo ES

Catálise Ácido-Base – que ocorre com a participação de aminoácidos com cadeias laterais ionizáveis, capazes de doar ou liberar prótons durante a catálise para estabilizar os intermediários (H+, OH-).

Mecanismos principais de aceleração de uma reação

Catálise Covalente – Neste tipo de catálise é formado uma ligação covalente transitória entre a enzima e o substrato.

Quimiotripsina

Catálise por íons metálicos – metais firmemente ligados ao sítio catalítico interage entre a enzima e o substrato estabilizando o estado de transição.

Aplicações das enzimas

Saúde – são usadas para detectar algum tipo de doença, ou dano tecidual, ou como marcador de exames.

Infarto do miocárdio

Saúde: Algumas doenças são causadas pela falta de enzimas (ex. fenilcetonúria; intolerância a lactose).

FENILCETONÚRIA

acumula

FenilcetonasTÓXICAS

Atraso no desenvolvimentoMicrocefaléiaConvulsões

Saúde: Algumas doenças são causadas pela falta de enzimas (ex. fenilcetonúria; intolerância a lactose).

INTOLERÂNCIA A LACTOSE

Não é degradada

Fermentadas porBactérias intestinais Gases

Diarréia

Cinética enzimática

A velocidade da reação pode ser medida por: Quantidade de produto formado por unidade de tempo

Quantidade de substrato consumido por unidade de tempo

Estudo das velocidades das reações enzimáticas bem como os fatores que as influenciam:

V = - S/t = P/t

Diretamente proporcional a concentração do reagente:

A → B … v = [A]2

V0 varia com a concentração de substratoV0 sobe linearmente a medida que se aumenta a concentração de substrato, e então começa a se nivelar e se aproximar e um ponto máximo onde a velocidade não aumenta mesmo em concentrações maiores de substrato.

Velocidade a reação é

proporcional a S

Cinética enzimática

Substrato satura a enzima

A relação entre concentração de substrato e velocidade inicial da reação pode ser expressa algebricamente pela equação de Michalis e Menten.

Velocidadeinicial

Concentração substrato

Constante de

Michaelis

Efeito da concentração do substrato na velocidade inicial:

V0 = K2 [ES] [E] = [Et]-[ES] → A concentração de enzima livre [E] é a diferença entre a conc. total de enzima [Et] e a enzima ligada ao substrato [ES]

V de Formação de ES = K1 [E] [S]

V de degradação de ES = K –1[ES] + K2 [ES] … (k-1 + k2) [ES]

Já que Formação de [ES] = Degradação de [ES]

K1 ([Et]-[ES]) [S] = (k-1 + k2) [ES]

K1[S][Et] - K1[S][ES] = (K –1+ K2) [ES]

E + S ES E + PK1

K -1

K2V0 – Velocidade Inicial

[ES] – Estado Estacionário constanteEntão: Formação de [ES] = Degradação de [ES]

[ES] =

Km

[Et] [S] [S] + (K –1+ K2) / k1)

Se, e V0 = K2 [ES] [ES] =

[Et] [S] [S] + km

Então: V0 = k2

[Et] [S] [S] + km

A velocidade máxima (Vmax) é obtida quando toda enzima (Et) se encontra sob a forma de ES.

V0

=

Vmax [S] Km + [S]

Sendo assim:

Portanto: Vmax = k2 [Et]

Quando V0 = Vm 2

Km= [S]

Km +[S] = 2 [S]

Uma observação importante ...

Propriedades importantes de Km:

É numericamente igual a [S] na qual a velocidade da reação é metade da Vmax.

Característico de cada enzima.

Reflete a afinidade da enzima pelo seu substrato.

Km = [S]

][][

2 SKmSVmxVm

Km = 2 [S] – [S]

1[S]

1 v

-1Km

1Vmax

Gráfico Linewevear-Burk

Linearizando a equação de Michaelis e Menten

Y = ax +b

Consequências importantes de Km

Km Afinidade da enzima pelo substrato

Km Afinidade da enzima pelo substrato

Vmáx

v

V/2

1/V

Km Km -1/Km -1/Km1/s[S]

pH: a ionização de aa pode provocar modificações na conformação da enzima.

Pepsina pH ótimo 1,5Tripsina pH ótimo 7,7

Fatores que influenciam na atividade enzimática

pH do meio ácido: - excesso de íons H+ no

meio; - os aa recebem H+,

ficando eletricamente positivo.

pH do meio alcalino: - concentração reduzida de

íons H+ no meio; - os aa liberam H+, ficando

eletricamente negativo.

Temperatura ótima da reação

Temperatura:– A velocidade de reação aumenta com o aumento de temperatura,

como se observa na maioria das reações químicas;– Após atingir uma temperatura crítica,a estabilidade da proteína

decresce devido a desnaturação térmica.

Fatores que influenciam na atividade enzimática

Fatores que influenciam na atividade enzimática

Concentração da Enzima:– A velocidade máxima da reação é uma função da quantidade de

enzima disponível (se há substrato em excesso ).

Reações enzimáticas com mais de um substrato

Sequencial (formação do complexo ternário)

Reações enzimáticas com mais de um substrato

Pingue-pongue ou duplo deslocamento

Inibição enzimática

Inibidores de enzimas são moléculas que interferem com a catálise diminuindo ou interrompendo as reações enzimáticas. Quanto ao tipo de inibição: inibição inespecífica: diminuição da atividade de todas as enzimas

por temperatura, pH ou agentes desnaturantes (ex. uréia). inibição específica: agente inibidor diminui a atividade de uma

enzima específica ou de um grupo restrito de enzimas. A inibição pode ser irreversível ou reversível.

INIBIDORES

REVERSÍVEIS

IRREVERSÍVEISInib. Competitiva (freqüente)

Inib. Não-competitiva

Inib. Acompetitiva (quando o inibidor liga-se ao complexo ES , mas não a enzima livre)

Inibidor irreversível: liga-se a enzima levando a sua inativação definitiva

Exemplo: Inibição de Cisteino-peptidases por iodoacetamida

Inibidor Competitivo: Inibidor compete com o substrato pelo mesmo sítio de ligação à enzima

Km aumenta, mas Vmáx não é alterada. É necessário de [S] maior para deslocar o

inibidor.

Inibidor Não-Competitivo: O inibidor se liga numa região deferente do sítio de ligação do substrato.

Vmáx diminui, mas o Km não é alterado.

[S] maior não diminui a inibição.

Inibidor acompetitivo: O inibidor se liga somente no complexo ES em sítio próprio.

Inibidor não possui semelhança estrutural com o substrato.

Km e Vmáx da enzima diminuem.

Analgésicos

INIBIDOR IRREVERSÍVEL = Ligação covalente Ácido Acetil Salicílico

INIBIDOR REVERSÍVEL E COMPETITIVO = Interações sem ligação covalenteÁcido mefenâmico

Sítio Ativo da Ciclooxigenase

Inibidores Competitivos de proteases do vírus HIVGag e Pol são clivados pela protease do vírus HIV em 9 pontos específicos para produzir proteínas funcionais. O precursor Gag vai originar proteínas estruturais e o precursor Pol vai originar enzimas como transcriptase reversa, integrase e proteases.

Amprenavir

Regulação da atividade enzimática

Alostérica: Funcionam através da ligação não-covalente e reversível de um metabólito regulador (modulador)

Covalente: Regulação da atividade enzimática por modificação covalente reversível

Proteolítica: O precursor inativo (zimogênio) é clivado para formar a enzima ativa

Um organismo regula a atividade de algumas enzimas para coordenar seus processos metabólicos

Regulação alostérica

Enzimas Alostéricas

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

Não obedecem a cinética de Michaelis-Menten. Tipos de enzimas alostéricas: homotrópica (modulador é

idêntico ao substrato); heterotrópica (modulador é diferente do substrato)

Um modulador alostérico pode ser tanto um inibidor quanto um ativador.

Fosfofrutokinase 1 (PFK-1)

A B C D E

-

Feedback negativoCoordena o fluxo de enzimas por uma via metabólica.

O produto E funcionou como modulador negativo

Regulação por modificação covalente

Ex: Fosforilação, acetilação, ubiquitinação, etc

Fosforilação – Regula inúmeros processos metabólicos ativando enzimas chaves das vias metabólicas.

Glicogênio fosforilase

Ativação proteolítica