O que são enzimas?

Catalizadores biológicos

- Aceleram reações químicas específicas sem

a formação de produtos colaterais

Reagentes = substratos

Local onde a reação ocorre = sitio ou centro

ativo

S + E ES EP P + E

Características das enzimas

2 - Funcionam em soluções aquosas diluídas,

em condições muito suaves de temperatura e

pH (mM, pH neutro, 25 a 37oC) Pepsina estômago – pH 2

Enzimas de organismos hipertermófilos (crescem em

ambientes quentes) atuam a 95oC

1 - Grande maioria das enzimas são proteínas (algumas moléculas de RNA tem atividade catalítica – ribozimas)

3 - Apresentam alto grau de especificidade por

seus reagentes (substratos)

Região da enzima

onde ocorre a

reação = sítio ativo

Molécula que se

liga ao sítio

ativo e que vai

sofrer a ação da

enzima =

substrato

4 - Peso molecular: varia de 12.000 à 1 milhão

daltons (Da), são portanto muito grandes

quando comparadas ao substrato.

glicose

hexoquinase

catalase

Tetrâmero – 60KDa ~

500aa

98000 Da 920aa

5 - A atividade catalítica das Enzimas depende

da integridade de sua conformação protéica

nativa – local de atividade catalítica (sítio

ativo)

Sítio ativo e toda a molécula proporciona um

ambiente adequado para ocorrer a reação

química desejada sobre o substrato

Nomes comuns de enzimas

Normalmente se adiciona o sufixo ase ao

nome do substrato ou à atividade

realizada:

Amilase – hidrolisa o amido

Amido sintetase – síntese do amido

DNA-polimerase – polimeriza DNA

Transaminase ou aminotransferase

Hidrolase

Classificação das enzimas

Comitê de Nomenclatura da União Internacional

de Bioquímica e Biologia Molecular

http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/

6 Classes de acordo

com o tipo de

reação/função

Como as enzimas agem?

Enzimas fornecem um ambiente

específico para tornar uma reação

biológica termodinamicamente

mais favorável.

As enzimas aumentam a

velocidade das reações

químicas diminuindo a

energia de ativação da reação

As enzimas aumentam a velocidade das reações

diminuindo a energia de ativação das reações

Energia de ativação é dada pela diferença energética

entre o estado fundamental e o de transição

Várias ligações e interações entre os resíduos de

aminoacidos do centro ativo e o substrato proporcionam a

ocorrência da reação química necessária – aumentando a

velocidade da reação química

Como as enzimas diminuem a energia de ativação?

Direcionam o

substrato para a

posição adequada

dos grupos reativos

Proporciona a

associação e a aquisição

de cargas elétricas

importantes para a

reação

Substrato posicionado no sítio ativo da enzima: grupos

catalíticos funcionais auxiliam a quebra e a formação de

ligações por meio de uma variedade e mecanismos

Quais são os grupos catalíticos e

como a catálise ocorre?

Três tipos de mecanismos catalíticos:

Catálise ácido-base geral (transferência de prótons

de um substrato ou de um intermediário)

Catálise covalente (formação de ligação covalente

transitória entre o substrato e a enzima)

Catálise por íons metálicos (íons metálicos

ligados às enzimas auxiliam a reação)

Aminoácidos que recebem ou doam prótons

nos centro ativos das enzimas

Esse tipo de catálise ocorre na maioria das enzimas

Isso explica a

dependência

do pH na

atividade das

enzimas

Catálise covalente

Nesse tipo de catálise ocorre a formação de uma

ligação covalente entre a enzima e o substrato

(ex: hidrólise)

A B A B + H2O

A B + H2O

A B + X: A X B + + X:

Na presença de uma enzima com um grupo

nucleofílico essa reação acontece em dois passos

Aminoácidos mostrados anteriormente e alguns grupos

funcionais de coenzimas agem como nucleófilos

Catálise por íons metálicos

Nesse tipo de catálise o íon (zinco, magnésio ou

cálcio) estão ligados a aminoácidos do centro ativo

e participam da catálise como nas catálises ácido-

base orientando o substrato ou estabilizando o

complexo ES eletricamente.

Vários fatores afetam a velocidade de uma reação enzimática:

pH

O pH pode influenciar

a atividade de uma

enzima através de

maneiras distintas.

Primeiramente, o pH

pode levar à

desnaturação proteica.

O pH também pode interferir na atividade de

uma enzima alterando o padrão de cargas de um

determinado sítio ativo ou catalítico, ou alterando

a conformação geral da proteína.

Temperatura

A temperatura pode interferir nas interações que mantém

as estruturas secundárias e terciárias (ligações de

hidrogênio e interações hidrofóbicas), podendo levar à

desnaturação protéica.

O aumento de

temperatura aumenta

a taxa de reação

enzimática devido ao

aumento de energia

cinética das

moléculas

participantes da

reação.

Curva que relaciona [S] e V0 é uma hipérbole, concentrações

mais baixas aumento linear da velocidade, concentrações mais

altas velocidade atinge um valor máximo

Concentração do Substrato

Concentrações

baixas de

substrato ocorre

aumento linear

entre

Velocidade(V0) e o

Substrato [S]

[S] V0

aumenta cada vez

menos até atingir

um patamar (Vmax)

Curva relacionando [S] e V0 pode ser expressa algebricamente

Constante de Michaelis

Equação de Michaelis-Menten

O que é Km ?

É a concentração

do substrato

onde se obtém

metade da

velocidade

máxima da reação

O Km é específico

para cada enzima e

substrato

O Km não varia com a concentração da enzima e sugere

a afinidade da E pelo S

Baixo Km alta afinidade Alto Km baixa afinidade

Transformações da equação de Michaelis-Menten

Equação de Lineweaver-Burk ou duplo-recíproco

Inversão dos dois lados da equação de Michaelis-Menten

Separação dos componentes do lado direito.

Equação de Michaelis-Menten

Equação de Lineweaver-Burk ou duplo-recíproco

Km

1 y a x b = +

inverter

Separar

componentes e

resolver

y=0

x = 0

a = coeficiente angular

b = coeficiente linear

Com essa transformação matemática

passa-se a trabalhar com uma reta e

não com uma hipérbole, mais fácil.

A atividade de todas as enzimas pode ser

inibida por determinadas moléculas

Inibidores enzimáticos

São moléculas que interferem com a

catálise diminuindo ou interrompendo a

reação enzimática

Como são classificados os inibidores de

acordo com seu mecanismo de ação?

Reversíveis Irreversíveis

Inibição competitiva

Inibição incompetitiva

Inibição mista ou não competitiva

Como eles atuam?

Reversíveis - Inibição competitiva

Inibidor tem estrutura molecular semelhante à do substrato

Inibidor compete com o substrato pelo sitio ativa da enzima

[S] deslocar inibidor do sítio ativo e manter Vmax

Enzima que realiza o

primeiro passo da

síntese de colesterol

Substrato da enzima (3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA)

Droga para combater o

aumento de colesterol

endógeno (inibidor)

Estrutura similar

O glifosato mata as plantas por inibir competitivamente a enzima 5-

enolpiruvoil-shikimato-3-fosfato sintetase (EPSPS), que sintetiza os

aminoácidos aromáticos: fenilalanina, tirosina e triptofano.

A EPSPS catalisa a reação do shikimato-3-fosfato (S3P) e do

fosfoenolpurivato (PEP) para formar EPSP e fosfato.

Reversíveis - Inibição incompetitiva

Inibidor se liga em

um sítio diferente

do centro ativo,

impede a reação

do complexo ES e

formação do

produto.

Independente da concentração do substrato o Km e a

Vmax estão alterados, diminuem.

Reversíveis - Inibição mista e não competitiva

Inibidor se liga tanto

ao complexo ES

como à enzima, em

um sítio diferente do

centro ativo

O Vmax é alterado e o

Km pode (mista) ou

não (não competitiva)

se alterar

Inibição irreversível

Inibidor se liga de maneira estável ou covalente

com um grupo funcional importante para a

atividade enzimática

Utilizados experimentalmente para definir os

aminoácidos essenciais do centro ativo das

enzimas

Inativar determinadas enzimas em situações

biológicas importantes

Reagem com o resíduo de serina no sitio ativo das serino-

enzimas, formando um complexo irreversível.

Uma das enzimas altamente sensível a esses compostos é

a acetilcolinesterase, responsável pela metabolização do

neurotransmissor acetilcolina em neurônios centrais e

periféricos (envenenamento por organofosforados)

Sintomas – depressão respiratória, letargia, convulsões, coma

Este é o mecanismos de ação dos inseticidas

organofosforados, como o malathion e o parathion.

Absorção via pele, inalação e ingestão alimentos contaminados.

Metabolismo hepático lento - intoxicação

•Regulam a velocidade das reações metabólicas

•São reguladas por determinados sinais moleculares

•Tipos:

Enzimas alostéricas

Enzimas reguladas por modificações

covalentes reversíveis

Enzimas reguladas por proteólise

Sofrem modificações

conformacionais em

resposta à ligação do

modulador (positivo ou

negativo)

Enzimas alostéricas

•Possui sítios reguladores

para a ligação do

modulador especifico

•Maiores e mais

complexas que as não

alostéricas (mais que uma

cadeia polipeptídica)

Enzimas reguladas por modificações

covalentes reversíveis

•Diferentes grupos

podem se ligar á

molécula

enzimática e

regular sua

atividade

•Grupos ligados

covalentemente e

removidos pela

ação de outras

enzimas

Menos ativa Mais ativa

Enzimas reguladas por proteólise

Enzimas proteolíticas – mecanismo de

proteção/regulação

Enzima inativa

Fatores externos

(autólise ou ação

de outra protease)

Parte da cadeia é

retirada e a enzima

muda sua

conformação

expondo o sítio ativo