UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA DA REGIÃO DE CHAPECÓ
ÁREA DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
*
Professora: Greicy Michelle Conterato
* VISÃO GERAL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
CONCEITO
COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA
ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA REAÇÃO ENZIMÁTICA
CARACTERÍSTICAS GERAIS DAS ENZIMAS
NOMENCLATURA
ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA CATÁLISE ENZIMÁTICA
CINÉTICA ENZIMÁTICA
FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES
MECANISMOS CATALÍTICOS
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
ENZIMAS REGULADORAS
*
CONCEITO
* São catalisadores biológicos que aumentam a velocidade das
reações e portanto, comandam TODAS as vias metabólicas.
* Formadas por longas cadeias de aminoácidos. Exceção:
RIBOZIMAS.
COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA
Estrutura
Enzimática
Holoenzima
Proteína
Cofator
Ribozimas
Apoenzima ou
Apoproteína
RNA
Pode ser:
• íon inorgânico
• molécula orgânica
Coenzima
Se covalente
Grupo Prostético
ELEMENTOS ENCONTRADOS
REAÇÃO ENZIMÁTICA
* Substrato;
* Enzima;
* Sítio ativo;
* Cofator
EM
UMA
CARACTERÍSTICAS GERAIS DAS ENZIMAS
* Possuem todas as características das proteínas:
* Conformação
nativa atividade catalítica
* Estabilidade
* EFICIÊNCIA CATALÍTICA *
ESPECIFICIDADE Geralmente, as reações catalisadas por
enzimas ocorrem de 103 a 108 vezes mais
rápidas do que as reações não catalisadas.
RELATIVA
ABSOLUTA
ESTEREOESPECIFICIDADE
* REGULAÇÃO
* LOCALIZAÇÃO DENTRO DA CÉLULA lisossomas, mitocõndrias, núcleo,
citoplasma.
*
NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO
Adição do sufixo “ase” ao nome do substrato, à
palavra ou frase que descreve sua atividade;
Comissão de Enzimas → IUB
•Número classificatório de
4
dígitos
identificando a reação.
1º = 6 classes que a enzima pertence
2º = tipo de ligação que a enzima atua
3º = subclassificação do tipo de ligação
4º = número de série
→
*
NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO
Principais classes das enzimas
Oxidorredutases ⇒ reações de oxidaçãoredução ou transferência de elétrons (NADH,
NADPH, FAH2)
Transferases ⇒ transferem grupos funcionais
entre moléculas
(Grupos: com um carbono, aldeído ou cetona, acil, glicosil, fosfatos,
enxofre)
Hidrolases ⇒ reações de hidrólise
(Ésteres, ligações glicosídicas, ligações peptídicas, outras ligações C-N,
anidridos ácidos)
*
NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO
Principais classes das enzimas
Liases ⇒ catalisam a quebra de ligações
covalentes e a remoção de moléculas de água,
amônia e gás carbônico
(=C=C=, =C=O, =C=N-)
Isomerases ⇒ transferência de grupos dentro da
mesma molécula para formar isômeros
(racemases)
Ligases ⇒ catalisam reações de formação de
novas moléculas a partir da ligação entre duas
pré-existentes, sempre às custas de energia
(C-O, C-S, C-N, C-C)
*
NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO
Exemplo
ATP + D-glicose
ADP + D-glicose-6-fosfato
Nome formal → ATP: glicose fosfotransferase
Número → 2.7.1.1
1º = transferase
2º = fosfotransferase
3º = fosfotransferases → grupo hidroxila como receptor
4º = D-glicose receptor do grupo fosfato
Nome Trivial: HEXOQUINASE
*MECANISMOS DA
REAÇÃO
ENZIMÁTICA:
*COMO AS ENZIMAS
FUNCIONAM???
►O mecanismo da reação enzimática pode ser descrito em
duas perspectivas diferentes:
1) Alterações de energia que ocorrem durante a reação;
2) Como o sitio ativo facilita quimicamente a catálise.
*
ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA
CATÁLISE ENZIMÁTICA COMO
AS ENZIMAS FUNCIONAM?
*
ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA CATÁLISE ENZIMÁTICA COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM?
1) Alterações de energia que ocorrem durante a reação:
* Para uma reação química hipotética (na ausência de enzima):
S

T* P

↑↑↑ energia de
ativação Velocidade da
reação muito lenta!!
*
ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA CATÁLISE ENZIMÁTICA COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM?
1) Alterações de energia que ocorrem durante a reação:
* Para uma reação enzimática:
Rota de reação
alternativa com
menor energia de
ativação ↑↑↑
velocidade
Diagrama de coordenadas de reação comparando uma reação catalisada enzimaticamente com uma não catalisada.
*
ELEMENTOS ENVOLVIDOS NA CATÁLISE ENZIMÁTICA COMO AS ENZIMAS FUNCIONAM?
* O aumento na velocidade das reações e a diminuição da energia de
ativação podem ser explicados por 2 princípios:
A) Rearranjo das ligações covalentes durante a reação;
B)Interações não-covalentes entre a enzima e o substrato FORMAÇÃO DO COMPLEXO ES: interações hidrofóbicas, iônicas e
pontes de hidrogênio a formação de cada interação fraca libera
a energia (energia de ligação) necessária para a enzima reduzir a
energia de ativação da reação. INTERAÇÕES FRACAS SÃO
OTIMIZADAS NO ESTADO DE TRANSIÇÃO.
2) Como o sitio ativo facilita quimicamente a catálise:
* Modelos de Complexo Enzima-Substrato
Emil Fischer (1894)
chave e
fechadura
Koshland
(1958):
encaixe induzido
2) Como o sitio ativo facilita quimicamente a catálise:
CONCLUINDO:
Figura :Uma enzima imaginária (“bastonase” ) projetada para catalisar a
quebra de um bastão de metal.
*Concluindo:
* Uma enzima complementar ao substrato é uma enzima
pouco eficiente, pois:
*O
sítio ativo deve atuar como um molde flexível, ou
seja, possuir uma geometria estruturalmente
semelhante ao estado de transição ativado da
molécula.
* As interações ótimas (ligações fracas) entre a enzima e
o substrato ocorrem somente no estado de transição.
*
* ESTUDANDO PARÂMETROS CINÉTICOS DAS
REAÇÕES ENZIMÁTICAS EM LABORATÓRIO
* EQUAÇÃO DE MICHAELIS-MENTEM
[S]>>km, a v da reação
é de ordem zero
Concentrações
relativas de E e S;
Características
do
Km (alto ou baixo); O
km não varia com a
concentração
da
enzima.
V x [E]
[S]<<km, a v da reação
é de primeira zero
Ordem da reação
* Transformações da equação de Michaelis-Menten:
* Gráfico de Lineweaver-Burk:
Utilidade do gráfico:
1. Serve para calcular precisamente Vmáx e Km;
2. Determinar mecanismos de inibição enzimática
8) FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES
ENZIMÁTICAS:
CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO;
pH ionização do sítio ativo
desnaturação da enzima
TEMPERATURA
*
1) CATÁLISE ÁCIDO-BÁSICA:
*
Aminoácidos do centro ativo, com cadeias
laterais ionizáveis, são capazes de liberar prótons
durante a catálise.
*
2) CATÁLISE COVALENTE:
*
Formação transitória de uma ligação covalente
entre o catalisador (grupo nucleofílico) e o substrato
(grupo eletrofílico).
*
Envolve com freqüência a participação de
coenzimas
*
3) CATÁLISE POR ÍONS METÁLICOS
* Metais ligados firmemente à enzima ou captados da
solução junto com o substrato;
* Ligam-se ao substrato;
* Medeiam reações de oxi-redução;
*
Estabilização eletrostática ou proteção de cargas
negativas.
*
* O QUE SÃO INIBIDORES?
* Inibidores reversíveis (competitivos e não competitivos);
* Inibidores irreversíveis.
* 10.1 INIBIDORES REVERSÍVEIS:
* COMPETITIVO:
MALONATO X SUCCINATO COM
SUCCINATO DESIDROGENASE;
METANOL X ETANOL COM ÁLCOOL
DESIDROGENASE;
SINVASTATINA INIBE HMG-COA
REDUTASE
* 10.1 INIBIDORES REVERSÍVEIS:
* NÃO-COMPETITIVO:
Organofosforados inibem a
acetilcolinesterase
* 10.1 INIBIDORES REVERSÍVEIS:
* MISTO:
* 10.2 INIBIDORES IRREVERSÍVEIS:
I se combina com um grupo funcional, na molécula da E, que é essencial
para sua atividade.
Podem promover a destruição do grupo funcional
Forma-se uma ligação COVALENTE entre o I e a E.
Participam dos primeiros passos químicos da reação enzimática normal.
São relativamente pouco reativos até se ligarem ao sítio ativo de uma
enzima específica.
Vmax ↓ → parte da E é completamente removida do sistema e Km
permanece a mesma.
E + S
+
I
EI
K1
ES
K2
E + P
*
* A) REGULAÇÃO ALOSTÉRICA
* B) REGULAÇÃO POR MODIFICAÇÃO COVALENTE
* C) INDUÇÃO E REPRESSÃO DA SÍNTESE DA
ENZIMA
* D) PROTEÓLISE
*
* Modulador
efetor positivo ou negativo;
* Efetores homotrópicos e
heterotrópicos;
* Ligação não-covalente
efetor + enzima;
* Enzimas com múltiplas
subunidades e catalisam
os passos iniciais de uma
via metabólica.
*
EXEMPLO DE EFETOR
HETEROTRÓPICO INIBIÇÃO POR
RETROALIMENTAÇÃO
*
* Efetores homotrópicos:
geralmente é um efetor positivo COOPERATIVIDADE dos sítios ativos
curva sigmóide
Efetores Heterotrópicos:
pode ser diferente do substrato;
inibição por feedback
*
*
Adição ou remoção de
grupo fosfato (geralmente por
ligação covalente) em resíduos
de serina, treonina, tirosina
da enzima.
*
Para atuar como
mecanismo
eficiente
fosforilação
deve
reversível.
um
a
ser
*
* INDUÇÃO E REPRESSÃO DA SÍNTESE DA ENZIMA
*
São aquelas necessárias em um estágio do desenvolvimento ou em
condições fisiológicas selecionadas. Ex: o aumento nos níveis de
insulina promove um aumento na síntese de enzimas chaves no
metabolismo da glicose.
* Não influenciam a eficiência das moléculas de enzimas existentes;
* Tempo requerido para a alteração: dias a semanas.
*
*É
a ativação de
enzimas por meio
de
clivagem
proteolítica. Ex:
zimogênios
(precursor
inativo)
são
clivados
para
formar a enzima
ativa (tripsina e
quimiotripsina).