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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.
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