Unidade 4 Enzimas

1. Unidade 4 Enzimas

2. Manutenção da vida celular 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

3. ENZIMA - CONCEITO ENZIMA do 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.

4. ENZIMAS - INTRODUÇÃO ♣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.

5. ENZIMAS - INTRODUÇÃO • Como catalisadores celulares extremamente poderosos, as enzimas aceleram a velocidade de uma reaçãosem, 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

6. Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática: 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.

7. NOMENCLATURA SUBSTRATO + (SUFIXO) ASE Nome originais: Quimiotripsina Pepsina Glicosidase Urease Sacarase AÇÃO QUE ELA REALIZA + (SUFIXO) ASE Lactato Desidrogenase Adenilato Ciclase Piruvato Decarboxilase Piruvato Carboxilase

8. AÇÃO QUE ELA REALIZA + (SUFIXO) ASE

9. 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

10. 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

11. Comparação do gasto de energia necessária sem a presença de um catalisador e com a presença de um catalisador Lehninger Principles of Biochemistry, Third Edition

12. Classificação das Enzimas • 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

13. Classificação das Enzimas • 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

14. Classificação das Enzimas • 5-Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticosou 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

15. Propriedades ♣ 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

16. Propriedades ♣ 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

17. Catalase Condições da Reação Energia livre de Ativação KJ/mol Kcal/mol Velocidade Relativa H2O2 O2 H2O + Sem catalisador Enzima Catalase 1 2,77 x 104 6,51 x 108 75,2 18,0 48,9 11,7 23,0 5,5 ENZIMAS - CATALISADORAS • Aceleram reações químicas Ex: Decomposição do H2O2(Peróxido de hidrogênio = amônia)

18. ENZIMAS - CATALISADORAS • Atuam em pequenas concentrações decompõe 5 milhões de moléculas de H2O2 pH = 6,8 em 1 min 1 molécula de Catalase

19. Energia de ativação sem enzima Energia Energia de ativação com enzima S Diferença entre a energia livre de S e P P Caminho da Reação • Não alteram o estado de equilíbrio • Abaixam a energia de ativação; • Keq não é afetado pela enzima • (equilíbrio químico)

20. Cofatores enzimáticos ♣ 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)

21. 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)

22. ENZIMAS – SÍTIO ATIVO Porção protéica APOENZIMA Cofator HOLOENZIMA • Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato. • Pode possuir componentes não protéicos:cofatores. • Possui aminoácidos auxiliares e de contato.

23. ENZIMAS – COENZIMAS • Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis • Classificam-se em: - transportadoras de hidrogênio - transportadoras de grupos químicos • Transportadoras de hidrogênio

24. Especificidade – O sítio de ligação e o sítio ativo ♣ 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.

25. 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.

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

27. Modelos de especificidade ♣ 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.

28. Modo de atuação ♣ 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.

29. Mecanismo geral de catálise ♣ 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

30. Mecanismo geral de catálise

31. ENZIMAS – COMPONENTES DA REAÇÃO E+SESP + E Substrato se liga ao SÍTIO ATIVO da enzima E = Enzima S = Substrato P = Produto

32. Cinética enzimática ♣ 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.

33. Fatores que alteram a velocidade de reações enzimáticas: ♣ pH; ♣ temperatura; ♣ concentração das enzimas; ♣ concentração dos substratos; ♣ presença de inibidores.

34. Fatores externos de influência na Velocidade de uma reação ♣ 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.

35. Fatores externos de influência na Velocidade de uma reação ♣ 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).

36. Fatores externos de influência na Velocidade de uma reação ♣ Concentração do substrato= [S] varia durante o curso da reação à medida que S é convertido em P.

37. Representação do conteúdo energético das moléculas de 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. Lehninger Principles of Biochemistry, Third Edition

38. Inibição enzimática ♣ 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

39. Inibição enzimática • Qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática. INIBIDORES REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS

40. Inibição Competitiva ♣ Quando o inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sítio de ligação do substrato;

41. Inibição Não-competitiva ♣ 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.

42. ENZIMAS – APLICAÇÕES • 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