Dependente da ocorrência de um Conjunto de reações químicas:

1- devem ocorrer em velocidades adequadas à fisiologia celular

2- têm de ser altamente específicos, para produzir produtos específicos

ENZIMAdo Lat. “en”, dentro + “zyme”, fermento

s. f., Bioquím., molécula de origem biológica, produzida por células vivas, que aumenta a velocidade de uma reação bioquímica específica, atuando como catalisador orgânico; fermento.

CATALISADOR adj. e s. m., Quím.,

substância que tem a propriedade de acelerar ou retardar a velocidade de uma reação química sem se alterar no decorrer deste processo; o que provoca a catálise.

♣ Enzimas são proteínas com atividade catalítica. Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas.

♣ As enzimas são, portanto, consideradas as unidades funcionais do metabolismo celular.

♣ Participam da transformação de um tipo de energia em outro.

• Como catalisadores celulares extremamente poderosos, as enzimas aceleram a velocidade de uma reação sem, no entanto, participar dela como reagente ou produto.

• As enzimas atuam ainda como reguladoras de conjuntos complexos de reações.

Têm a capacidade de se ligar especificamente a uma ampla gama de moléculas

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, etc.

Nome Sistemático: Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase

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

SUBSTRATO + (SUFIXO) ASE

GlicosidaseUreaseSacarase

AÇÃO QUE ELA REALIZA + (SUFIXO) ASE

Lactato DesidrogenaseAdenilato CiclasePiruvato DecarboxilasePiruvato Carboxilase

Nome originais:QuimiotripsinaPepsina

AÇÃO QUE ELA REALIZA + (SUFIXO) ASE

Lehninger Principles of Biochemistry, Third Edition

Diagrama mostrando a variação de energia livre em função do caminho de uma reação espontânea hipotética. Na presença do catalisador, a reação ocorre por um caminho alternativo com energia de ativação (Ea) menor

(substratos)

Lehninger Principles of Biochemistry, Third Edition

Alteração da distribuição de energia entre as moléculas de uma população que se encontram em uma temperatura T1 (a) por aumento da temperatura (T2˃T1 ) (b) e pela presença de um catalisador (c). A área colorida representa a fração da população com energia igual ou maior a energia de transição.

Lehninger Principles of Biochemistry, Third Edition

• 1-Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. São as Desidrogenases (redutases) e as Oxidases

AH2 + B ↔ A + BH2

• 2-Transferases: Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Como exemplo temos as Quinases (grupos fosfato) e as Transaminases

A - X + B ↔ A + B - X

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

A- B + H2O ↔ A - H+ B – OH

4-Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. Em geral há remoção de grupamentos químicos. As Dehidratases e as Descarboxilases são bons exemplos.

X Y A = B + X - Y ↔ A – B

• 5-Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. As Epimerases são exemplos.

A _ B ↔ A _ B

X Y Y X

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

A + B ↔ A _ B

♣ São catalisadores biológicos extremamente eficientes

♣ Aceleram em média 103 a 1012x a velocidade da reação, transformando de 100 a 1000 moléculas de substrato em produto por segundo de reação (turnover)

♣ Atuam em concentrações muito baixas

♣ Atuam em condições específicas de temperatura e pH

♣ Possuem todas as características das proteínas

♣ Podem ter sua atividade regulada

♣ Estão quase sempre dentro da célula, e comparti- mentalizadas (lisossomos, mitocôndrias, citoplasma, núcleo, retículo endoplasmático).

♣ Altamente específicas

Aceleram reações químicas

Ex: Decomposição do H2O2 (Peróxido de hidrogênio = amônia)

Condições da Reação Energia livre de AtivaçãoKJ/mol Kcal/mol

VelocidadeRelativa

Sem catalisador

Enzima Catalase

75,2 18,0

48,9 11,7

23,0 5,5

1

2,77 x 104

6,51 x 108

H2O2 H2O O2+Catalase

Atuam em pequenas concentrações

1 molécula de Catalase decompõe

5 milhões de moléculas de H2O2

pH = 6,8 em 1 min

Não alteram o estado de equilíbrio• Abaixam a energia de ativação;• Keq não é afetado pela enzima(equilíbrio químico)

Diferença entrea energia livre

de S e P

Caminho da Reação

Energia de ativação com enzima

En

erg

ia

Energia de ativação sem enzima

SSPP

♣ Cofatores são pequenas moléculas orgânicas (não protéicas), denominadas coenzimas (geralmente derivadas de vitaminas. Ex: NAD e FAD, Côa), ou inorgânicas (Zn, Fe, Mg) necessárias para a função de uma enzima.

♣ Estes cofatores não estão ligados permanentemente à enzima, mas, na ausência deles, a enzima é inativa

(molibdênio)

• A fração protéica de uma enzima, na ausência do seu cofator, é chamada de

APOENZIMA

♣ Enzima + Cofator, chamamos de HOLOENZIMA

♣ HOLOENZIMA = ENZIMA + COFATOR

♣ APOENZIMA = PORÇÃO PROTÉICA DA HOLOENZIMA (SEM COFATOR)

Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato.

Pode possuir componentes não protéicos:cofatores.Possui aminoácidos auxiliares e de contato.

HOLOENZIMA

Porção protéicaAPOENZIMA

CofatorCofator

ENZIMAS – SÍTIO ATIVO

ENZIMAS – COENZIMAS

Coenzima Abreviatura Reaçãocatalisada

Origem

Nicotinamida adeninadinucleotídio

NAD+ Oxi-redução Niacina ouVitamina B3

Nicotinamida adeninadinucleotídio fosfato

NADP+ Oxi-redução Niacina ouVitamina B3

Flavina adeninadinucleotídio

FAD Oxi-redução Riboflavina ouVitamina B2

Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis Classificam-se em:

- transportadoras de hidrogênio

- transportadoras de grupos químicos

Transportadoras de hidrogênio

♣ As enzimas são muito específicas para os seus substratos

♣ Esta especificidade se deve à existência, na superfície da enzima de um local denominado SÍTIO DE LIGAÇÃO DO SUBSTRATO

♣ O sítio de ligação do substrato de uma enzima é dado por um arranjo tridimensional especial dos aminoácidos de uma determinada região da molécula, geralmente complementar à molécula do substrato, e ideal espacial e eletricamente para a ligação do mesmo.

♣ Este sítio pode conter um segundo sítio, chamado SÍTIO CATALÍTICO ou SÍTIO ATIVO, ou estar próximo dele; é neste sítio ativo que ocorre a reação enzimática.

Mudança da conformação da enzima induzida pela ligação com o substrato. O exemplo mostra a hexoquinase antes (a) e depois (b) de se ligar ao substrato, a glicose. A molécula da enzima consta de dois domínios, que se aproximam, encaixando o substrato.

♣ Modelo Chave/Fechadura = Prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura.

♣ Modelo do Ajuste Induzido = Prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato; a enzima se ajustaria à molécula do substrato na sua presença.

♣ O substrato liga-se (em geral não covalentemente) ao sítio ativo formando um complexo enzima-substrato, que posteriormente é convertido a enzima-produto, que se dissocia em enzima e produto.

♣ As enzimas aceleram a velocidade de uma reação por diminuir a ENERGIA LIVRE DE ATIVAÇÃO;

♣ Para se superar a energia de ativação de uma reação, passa-se pela formação de um estado intermediário chamado "Estado de Transição", sempre um composto instável e de alta energia ligado com altíssima afinidade ao sítio catalítico.

ou substratos

ENZIMAS – COMPONENTES DA REAÇÃO

EE ++ SS EE SS P P + + EE

Substrato se liga ao SÍTIO ATIVOda enzima

E = EnzimaS = SubstratoP = Produto

♣ A cinética de uma enzima é estudada avaliando-se a quantidade de produto formado ou a quantidade de substrato consumido por unidade de tempo de reação.

♣ Uma reação enzimática pode ser expressa pela seguinte equação:

E + S  <==> [ES]  ==> E + P

♣ A velocidade de uma reação enzimática depende das concentrações de ENZIMA e de SUBSTRATO, temperatura e pH, dentre outros.

♣ pH;

♣ temperatura;

♣ concentração das enzimas;

♣ concentração dos substratos;

♣ presença de inibidores.

♣ 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 = Idem 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 (ESTÔMAGO).

♣ Concentração do substrato = [S] varia durante o curso da reação à medida que S é convertido em P.

Lehninger Principles of Biochemistry, Third Edition

Representação do conteúdo energético das moléculasde uma população em duas temperaturas, sendo T2˃T1

Quando se eleva a temperatura de um sistema, as moléculas, no seu conjunto, adquirem um conteúdo energético maior, mas é respeitado o mesmo padrão de distribuição de energia entre elas.

♣ Inibidores são compostos que podem diminuir a atividade de uma enzima.

♣ A inibição enzimática pode ser reversível (ligação não covalente) ou irreversível (ligação covalente).

♣ Existem 2 tipos de inibição enzimática reversível: – Inibição Enzimática Reversível Competitiva– Inibição Enzimática Reversível Não-Competitiva

INIBIDORES

REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS

COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS

Qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática.

♣ Quando o inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sítio de ligação do substrato;

♣ Quando o inibidor liga-se reversivelmente à enzima em um sítio próprio de ligação, podendo estar ligado à mesma ao mesmo tempo que o substrato;

♣ Este tipo de inibição depende apenas da concentração do inibidor.

ENZIMA FONTE APLICAÇÃO

Papaína mamão Ajuda na digestão, Médica, bebidas, carnes

Bromelina abacaxi Ajuda na digestão, Médica, bebidas, carnes

Diastase malte Panificação, xarope

Pepsina mucosa gástricasuíno

Amaciamento de carne

Lipase Candida rugosa Tratamento de efluentes

Permitem às indústrias usarem processos mais econômicos, diminuindo o consumo de energia e recursos; mais confiáveis e que poluem menos. São eficientes; Muito específicas;

Origem vegetal Origem animal Origem microbiana

Enzima e fonte Poluentes e efluentes

Azorredutase (Pseudomonas luteola) Indústria de tinta

Catalase (Baccilus sp.) Remoção de H2O2 presente em efluentes de branqueamento de tecidos

-glicosidase e Manganês peroxidase Remoção de corantes na industria de alimentos e da industria têxtil

Polifosfatase e Fosfotransferase Remoção de fosfato biológico de efluentes

Protease pronase (Pseudomonas aeruginosa) Inativação de vírus bacteriófago Cox A9 de efluentes, para reutilização da água

Naftaleno-dioxigenase Remoção de naftaleno

Lipase Redução do teor de lipídeos de efluentes de indústrias