Cintica e regulao enzimticaIST FML 2 Semestre 2007/2008

Trabalho realizado por: Miguel Amador n58484 Joana Nunes n58497 Joo Marques n58513

Cintica EnzimticaEstrutura Enzimtica Constituio em Aminocidosinfluenciam

Mecanismos de Aco Enzimtica

So difceis de definir quantitativamentePelo que necessrio

Determinar constantes da reaco catalisada

Cintica EnzimticaCintica Enzimtica

Estudo da velocidade de uma reaco qumica que ocorre na presena de um enzima

Permite elucidar sobre: Os pormenores do mecanismo cataltico das enzimas O papel das enzimas no metabolismo Controle da actividade Mecanismos de inibio

Velocidade vs. ConcentraoA concentrao de substrato influencia a velocidade de uma reaco

Estudo da relao entre a concentrao e a velocidade:. No inicio da reaco a quantidade de substrato constante, j que a quantidade de substrato muito maior do que a de enzima. .Determina-se a velocidade inicial de reaco, Vo ,para uma determinada [S]. .Obtm-se valores para vrias concentraes de substrato, mantendo constante a concentrao de enzima. Assim podemos traar os valores num grfico, em que exprimimos Vo como funo de [S]

Velocidade vs. Concentrao

Dados: Para [S] baixas, Vo aumenta quase linearmente Para [S] maiores, Vo aumenta mais gradualmente Para [S] mais elevadas, atinge-se uma velocidade mxima, Vmx.

Equao de Michaelis-MentenComportamento explicado pela formao do complexo enzima-substrato ES 1. O enzima liga-se ao substrato reversivelmente formando o complexo ESReaco rpida

2. O complexo ES dissocia-se em enzima livre e produto da reacoReaco mais lenta

.A reaco 2, mais lenta, limita a velocidade global da reaco. .A velocidade proporcional concentrao do complexo ES. .A cada momento o enzima existe na forma livre e no complexo ES. .A velocidade mxima (Vmx) da reaco ocorre quando todos os enzimas esto associadas a molculas de substrato.

Deduo da Equao Michaelis-MentenA curva que representa a relao entre [S] e Vo tem forma idntica para a maior parte dos enzimas. Esta curva pode ser descrita algebricamente pela equao de Michaelis-Menten. A equao de Michaelis-Menten

Hiptese: o passo limitante da velocidade das reaces enzimticas a desassociao do complexo ES

Deduo da Equao Michaelis-MentenPresuposto: no h transformao de produto em substrato Reaces de formao e desassociao do complexo ES:

Vo pode ser considerado como a velocidade com que ocorre a quebra da ligao ES

No fcil determinar [ES]!

[ET] - concentrao total da enzimaA concentrao de enzima livre , assim, [ET]-[ES]

Deduo da Equao Michaelis-Menten.Passo 1Velocidade de formao de ES Velocidade de degradao de ES .Passo 2[ES] constante, ou seja, a velocidade de degradao e formao de ES so iguais.

.Passo 3

Deduo da Equao Michaelis-Menten

.Passo 4Obtemos Vo, substituindo [ES]

A velocidade mxima quando [ES]=[ET]! Equao de Michaelis-Menten

Anlise da Equao Michaelis-MentenA equao de Michaelis-Menten, que nos d a relao quantitativa entre a velocidade inicial V0, a velocidade mxima Vmx e a quantidade inicial de substrato [S], todas relacionadas pela constante de Michaelis Km Km unidades de concentrao No caso de V0 ser exactamente metade de Vmax:

Km corresponde concentrao de substrato para a qual V0 metade da velocidade mxima

Anlise da Equao Michaelis-MentenA equao de Michaelis-Menten muito til para determinar os valores de Km e Vmx das reaces.

Os enzimas que exibem uma dependncia hiperblica de V0 em funo de [S] diz-se que seguem a cintica de Michaelis-Menten.

Enzimas cujo mecanismo obedea s duas reaces anteriores podemos dizer que o valor de Km est relacionado com a afinidade do enzima para o substrato, e logo diferente de substrato para substrato e de enzima para enzima.

O Vmx a velocidade mxima que a reaco pode alcanar, na situao virtual em que todos os enzimas se encontram ligados ao substrato.

Equao de Lineweaver-Burk

Podemos transformar a equao de Michaelis-Menten, invertendo-a:

Esta forma da equao de Michaelis-Menten chama-se equao de Lineweaver-Burk

Equao de Lineweaver-BurkGrfico de 1/[V0] em funo de 1/[S]

Obtm-se uma funo linear!

.Esta recta tem um declive Km/Vmx .A interseco da recta no eixo 1/V0 corresponde ao valor 1/Vmx .A interseco com o eixo 1/[S] corresponde a -1/Km

Permite uma determinao de Vmx precisa!

Inibio enzimtica

Reversvel Competitiva Anti-Competitiva Mista

Irreversvel

Inibio Reversvel Competitiva

H competio pelo centro activo do enzima O inibidor estruturalmente semelhante aosubstracto

A inibio pode ser contrariada adicionandomais substracto ao meio

O Km aumenta e o Vmax no se altera

Inibio Reversvel Competitiva

Inibio Reversvel Competitiva

Inibio Reversvel Competitiva

Inibio Reversvel Anti-Competitiva

O inibidor liga-se a um local especfico doenzima (que no o centro activo)

O inibidor liga-se apenas ao complexo ES,formando o complexo ESI

O Km diminui e o Vmax diminui

Inibio Reversvel Anti-Competitiva

Inibio Reversvel Anti-Competitiva

Inibio Reversvel Anti-Competitiva

Inibio Reversvel Mista

O inibidor liga-se a um local especfico doenzima (que no o centro activo)

O inibidor liga-se tanto ao enzima livrecomo ao complexo ES

Vmax diminui Km pode aumentar, diminuir ou manter-se

Inibio Reversvel Mista

Inibio Reversvel Mista

Inibio Reversvel Mista

Inibio ReversvelVmax aparente Sem inibio Inibio competitiva Inibio AntiCompetitiva Inibio Mista Vmax Vmax Vmax/ Vmax/ Km aparente Km Km Km/ Km/

Quando = , a Inibio Mista tem o nome de Inibio No Competitiva

Inibio Irreversvel

O inibidor combina-se permanentemente aoenzima de uma das seguintes formas: Ligao covalente Destruio de um grupo funcional essencial ao funcionamento do enzima

Ligao no covalente particularmente estvel

Hexocinase A hexocinase fosforila a glucose para glucose-6-fosfato Reaco ocorre com consumo de ATP juntamente com um io Mg2+

O Km para a glucose 0.1mM, e a concentrao de glucose na clula 4mM A hexocinase regulada alostericamente pelo produto da sua prpria reaco

Hexocinase A hexocinase uma enzima do tipo indutivo

Hexocinase Fosforilao impede a sada de glucose da clula

Hexocinase Reaco catalisada pela hexocinase

Hexocinase No fgado tambm existe uma hexocinase, mas com menor afinidade para com a glucose Esta s est activa quando a concentrao de glucose no sangue muito elevada Quando a concentrao de glucose no sangue baixa, o fgado no compete com outros tecidos No fgado, a glucose convertida em glicognio

Hexocinase

A fosforilao A converso

da glucose reversvel!

da glucose-6-fosfato em glucose ocorre no fgado durante a gluconeognese.

Enzimas Reguladores

Enzimas que aumentam ou diminuem a suaactividade em reaco a determinados factores.

Fazem normalmente parte de sequnciasmetablicas. Permitem regular a actividade de toda a sequncia metablica e possibilitam clula ajustar-se s suas necessidades energticas e biomolculares.

Tipos de ModuladoresMecanismos que regulam a actividade enzimtica:Variao da concentrao de substratoVariao de pH e temperatura Inibio enzimtica

Modulao alostrica Modulao covalente

Modulao alostricaOcorre em enzimas que possuem um local de modulao alostricoHeterotropismo (o modulador diferente do substrato) Homotropismo (o modulador igual ao substrato)

Modulador alostrico

Positivo (activam o enzima)

Negativo (inibe o enzima)

A ligao entre o modulador e o enzima no-covalente e o local de modulao especifico para cada modulador, no caso dos enzimas heterotrpicos

Modulao alostricaInduz:Modificaes conformacionais na estrutura espacial do enzima Modifica a afinidade do enzima para com os seus substratos

Modulao alostrica

Um modelo muito comum de regulao alostrica a inibio por retroalimentao, onde o prprio produto da reaco actua como modulador da enzima que a catalisa.

Cintica

No seguem a cintica de Michaelis-Menten

Comportamento sigmide[S] para a qual V0=Vmx/2 no corresponde ao Km

O comportamento sigmide explicado pela interaco entre as subunidades das protenas, j que mudanas estruturais numa subunidade so transferidas para as adjacentes, atravs de interaces no covalentes entre elas.

CinticaEnzimas homotrpicas pequenas variaes na concentrao do modulador podem provocar grande variaes na actividade do enzima.

Enzimas heterotrpicas dificil generalizar a forma como se comportam . Apresentam uma grande variabilidade no comportamento.

Cintica

Modulao covalenteGrupos adicionados ou retirados do enzima atravs de modificaes covalentesFosforilao

AdenilaoUrinilao ADP-ribosilao

Metilao

FosforilaoLigao de um grupo Fosforil a determinados resduos de aminocidos catalisada por quinases um processo reversvel Fosfatase remove os grupos fosforil adicionados

FosforilaoO grupo fosforil:Influencia a polaridade dos aminocidos Permite o estabelecimento de pontes hidrogeninicas

Importantes para a estrutura e conformao da molcula

Adenilao adicionado um grupo Adenil tirosina

Uridilao adicionado um grupo uridil tirosina

ADP-Ribosilao acresentada uma ADP-Ribose, com incidncia nos resduos Arginina, Glutamina, Cistena e Histidina alterada (diftamida-a)

Metilao adicionado um grupo metil em resduos de glutamato

Zimognios

A regulao enzimtica pode passar ainda pela existncia de um precursor, sem capacidade cataltica, que, no caso das proteases, so chamados zimognios.

Zimognio

Clivagem proteoltica

Enzima activa