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Disciplina de Bioqumica
Licenciatura em Fisioterapia 1 ano 1 Semestre
Cintica enzimtica
As enzimas so na sua maioria protenas e funcionam como
catalizadores biolgicos, isto , agentes catalizadores das reaces
dos sistemas biolgicos, que no so consumidos no decurso da reaco. A
ocorrncia de uma reaco qumica implica a absoro de energia para a
quebra das ligaes qumicas que constituem os reagentes, e
consequente libertao de energia aquando da formao dos produtos. A
energia necessria para dar incio reaco designa-se de energia de
activao
(G). A energia de activao necessria para dar incio a uma dada
reaco geralmente conseguida por absoro de calor exterior reaco.
Esta absoro de energia torna os reagentes instveis e adequadamente
mais reactivos para a reaco. Nos sistemas vivos, caso no existissem
altas barreiras de energia de activao, a decomposio das biomolculas
aos seus monmeros constituintes ocorria espontaneamente. As enzimas
catalizam as reaces qumicas nos sistemas biolgicos por diminurem a
energia de activao das reaces. Assim, as ligaes nas molculas de
reagente podem quebrar-se s temperaturas moderadas a que vivem a
maioria dos organismos. As enzimas possuem locais activos
especficos e muito selectivos para a ligao ao substrato. O local
activo de uma enzima pode conduzir diminuio da energia livre de
activao de uma dada reaco, por exemplo, I) ao proporcionar um
ambiente apropriado para conduzir interaco dos reagentes nas
orientaes correctas; II) ao ligar o substrato ao local activo numa
orientao ou conformao desfavorvel, e como tal mais reactiva; III)
ao proporcionar determinados microambientes mais favorveis
ocorrncia da reaco que cataliza. As enzimas so protenas, pelo que
so tambm molculas muito sensveis s condies ambientais. Logo, as
enzimas apresentam gamas de funcionamento e pontos de actividade
ptimos para determinadas condies de temperatura, pH e fora inica.
Por outro lado, a actividade de algumas enzimas tambm regulada por
cofactores inorgnicos (ies) ou orgnicos (coenzimas). A actividade
enzimtica ainda regulada por inibidores enzimticos que reduzem
selectivamente o funcionamento das enzimas tanto de forma
irreversvel, como reversvel, dependendo do tipo de ligaes em causa.
Um inibidor competitivo de uma dada enzima estruturalmente
semelhante ao substrato, pelo que compete com o substrato pela
ligao ao local activo. Um inibidor no competitivo liga-se a outro
local da enzima que no o local activo, alterando a estrutura e
propriedades, e por conseguinte as funcionalidades do local activo.
Algumas enzimas alteram-se conformacional e estruturalmente, quando
ligadas a determinadas molculas reguladoras (activadoras ou
inibidoras) atravs dos seus locais alostricos. Os locais alostricos
das enzimas esto geralmente localizados entre as diferentes
subunidades da estrutura quaternria da enzima. Alteraes
conformacionais na enzima provocadas pela ligao das molculas
reguladoras aos locais alostricos, podem por exemplo, promover a
ligao de mais molculas de substrato atravs de um mecanismo de
cooperatividade.
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A regulao da actividade enzimtica das enzimas do metabolismo
ocorre de diversas formas, sendo que, a regulao mais comum atravs
de inibio retroactiva. Na inibio retroactiva, o produto de uma
determinada via metablica capaz de inibir a enzima envolvida no
passo inicial dessa mesma via metablica. Desta forma, a clula
conserva e gere da melhor forma os seus recursos energticos, apenas
promovendo a produo das molculas que necessita apenas quando estas
se encontram a baixas concentraes.
Aula Terico-Prtica n2 Questes
1.Qual destas molculas, alm das molculas de substrato, liga ao
local activo de uma enzima? a) activador alostrico b) inibidor
alostrico c) inibidor no competitivo d) inibidor competitivo 2. Se
uma enzima estiver saturada com substrato, a forma de aumentar mais
ainda a velocidade da reaco qumica em causa seria com: a) a adio de
mais molculas de enzima b) o aquecimento da soluo a 90C c) a adio
de mais substrato d) a adio de um inibidor alostrico e) a adio de
um inibidor competitivo 3. As enzimas aceleram as reaces metablicas
porque: a) alteram a variao da energia livre de Gibbs que acompanha
a reaco b) transformam um processo endergnico num processo
espontneo c) diminuem a energia livre de activao da reaco d)
desviam a reaco do estado de equilbrio e) estabilizam as molculas
de substrato 4. Na seguinte via metablica ramificada, as setas a
tracejado e com o sinal negativo, simbolizam a inibio pelos
respectivos produtos, desses passos da via metablica. Qual das
seguintes reaces predominar se tanto os produtos Q como S estiverem
presentes na clula a altas concentraes: a) L M b) M O c) L N d) O P
e) R S
5. A penicilina passvel de ser hidrolisada pela enzima
penicilinase (-lactamase), enzima presente em algumas bactrias
resistentes penicilina. A massa molar da penicilinase na bactria de
29.6 kDa. No sentido de avaliar a actividade cataltica da
penicilinase, a quantidade de penicilina
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hidrolisada num minuto (1 min) em 10 ml de soluo com 1 ng de
penicilinase foi medida em funo da concentrao de penicilina (tabela
I). Tabela I: Numero de moles de produto em funo da concentrao de
substrato.
[Penicilina] N moles de penicilina hidrolisada
0.1 x 10-5 M 0.11 x 10 -9
0.3 x 10-5 M 0.25 x 10 -9
0.5 x 10-5 M 0.34 x 10 -9
1.0 x 10-5 M 0.45 x 10 -9
3.0 x 10-5 M 0.58 x 10 -9
5.0 x 10-5 M 0.61 x 10 -9
Assumindo que a concentrao de penicilinase no variou
apreciavelmente durante o ensaio, obtenha e responda: a) Os grficos
de Michaelis-Menten e de Lineweaver-Burk para os resultados. b) A
penicilinase obedece a uma cintica de Michaelis-Menten? Se sim,
quais os valores de KM e Vmax? c) Qual o nmero de turnover da
penicinilase nas condies experimentais utilizadas, assumindo um
local activo de ligao ao substrato por molcula de enzima? (Turnover
number = nmero de molculas de substrato convertidas em produto, por
molcula de enzima por unidade de tempo, velocidade mxima de reaco).
6. A cintica de uma dada enzima foi medida em funo da concentrao de
substrato na ausncia e presena de 2 x 10-3 M de inibidor (I)
(Tabela II) Tabela II: Concentrao de substrato e velocidades de
reaco na presena e ausncia de inibidor.
[S] Velocidade (V) (moles/min)
Sem inibidor Inibidor
0.3 x 10-5 M 10.4 4.1
0.5 x 10-5 M 14.5 6.4
1.0 x 10-5 M 22.5 11.3
3.0 x 10-5 M 33.8 22.6
9.0 x 10-5 M 40.5 33.8
a) Quais so os valores de Vmax e KM na ausncia e presena de
inibidor? b) Estamos na presena de uma inibio competitiva ou no
competitiva? c) Qual a constante de ligao do inibidor (KI) (ver
equao no anexo A)?
7. O grfico de 1/V versus 1/[S] comummente designado de grfico
de Lineweaver-Burk. Outra forma de expressar os resultados da
actividade enzimtica obtendo um grfico de V versus V/[S], tambm
conhecido por grfico de Eadie-Hofstee. a) Rearranje a equao de
Michaelis-Menten para obter uma equao de V em funo de V/[S]. b)
Qual o significado do declive, intercepo nas ordenadas e intercepo
nas abcissas do grfico de V versus V/[S]? c) Faa um esboo do grfico
de V versus V/[S] na ausncia de inibidor, na presena de inibidor
competitivo e na presena de inibidor no competitivo.
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Substrato + Inibidor
[S] Diferentes KM
KIM (Subtrato na presena de inibidor competitivo) (substrato)
KM
Anexo A Inibio da cintica enzimtica Modelo de
Michaelis-Menten
1. Inibio competitiva 1.1 Equilbrios envolvidos 1.2 Adaptao da
equao de Michaelis-Menten presena do inibidor competitivo, com
constante de dissociao do complexo Inibidor-Enzima (KI) e
concentrao de Inibidor ([I]):
______ = ______ + ______ ( 1 + ____ ) ( ____ ) 1.3 Grfico de
Michaelis-Menten na presena de substrato e na presena de substrato
e de inibidor competitivo 1.4 Grfico de Lineweaver-Burk na presena
de substrato e na presena de substrato e de inibidor
competitivo.
Substrato
Substrato + Inibidor
Declives KM/Vmax
Na recta (substrato+inibidor) o declive maior resulta do KM mais
alto (KIM) na presena de inibidor competitivo.
Mesmo Vmax logo mesma intercepo no eixo dos YY.
1/Vmax
1 1 1 [I]
[S] KI V Vmax
KM
Vmax
Mesmo Vmax com e sem inibidor
Substrato
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2. Inibio no competitiva 2.1 Equilbrios envolvidos 2.2 Adaptao
da equao de Michaelis-Menten presena do inibidor no competitivo,
com constante de dissociao do complexo Inibidor-Enzima (KI),
concentrao de inibidor [I], e velocidade mxima na presena de
inibidor (VImax).
VImax = ___________ 2.3 Grfico de Michaelis-Menten na presena de
substrato e na presena de substrato e de inibidor no competitivo
2.4 Grfico de Lineweaver-Burk na presena de substrato e na presena
de substrato e de inibidor no competitivo.
Vmax
1 + [I]/KI
Mesmo KM logo mesma interceco no eixo dos XX
O menor valor de Vmax, leva a um maior valor de 1/Vmax
(intercepo no eixos dos YY) e a um maior declive (pois declive =
KM/Vmax)
Mesmo KM na ausncia e presena de inibidor
V
[S]
Vmax (substrato)
VImax (substrato + inibidor)
substrato + inibidor
substrato
Substrato
Substrato + Inibidor
