As reacções catalisadas pelas enzimas podem, frequentemente, ser
conceptualmente consideradas como o acoplamento de dois processos:
um exergónico (∆G<0) e outro endergónico (∆G>0) ... mas o somatório é exergónico
Nas reacções catalisadas pelas hidrólases
(EC 3.x.y.z) um dos reagentes é a água e o
substrato rompe-se nas suas partes constituintes:
AB + H2O → A + B
Em geral,
quando à frente do nome de um composto se coloca o sufixo “ase”
a enzima em questão é uma hidrólase.
As hidrólases catalisam
a rotura de ligações sendo a água um dos substratos.
Exemplos de ligações que podem sofrer rotura hidrolítica:
1- éster (produtos = álcool + ácido)
ou tioéster (produtos = tiol + ácido)
endergónico
(∆G>0)
2- lactona (produtos = álcool + ácido; notar que neste caso,
porque a lactona é “um éster interno”: A + H2O → B)
exergónico
3- anidrido (produtos = ácido + ácido)
(∆G<0)
4- amida (produtos = ácido + amina)
5- osídicas (produtos = semi-acetal + álcool ou semi-acetal +
semi-acetal ou semi-acetal + ácido ou o semi-acetal + amina)
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As fosfátases são hidrólases em que um dos produtos é o fosfato inorgânico (Pi).
As reacções catalisadas pelas fosfátases chamam-se desfosforilações.
Alguns exemplos de fosfátases:
NOTA: Embora, teoricamente, as hidrólases catalisem as reacções directa e inversa,
nas reacções de hidrólise a Keq é tão elevada no sentido da hidrólise
que, em geral, não faz sentido falar da reacção inversa.
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As lígases (ou sintétases) (EC 6.x.y.z) catalisam reacções que podem ser
lidas como sendo o somatório de duas reacções: uma de hidrólise do ATP e
outra de combinação de duas substâncias.
ATP + A + B ↔ ADP + Pi + AB ou
ATP + A + B ↔ AMP + PPi + AB
Glicose-6-fosfátase
Nas reacções catalisadas pelas lígases
a energia libertada no processo de
hidrólise do ATP permite a
combinação de dois reagentes A e B.
(glicose-6-P + H2O → glicose + Pi)
ATPase (ATP + H2O → ADP + Pi)
Ou, considerando o sentido inverso,
que a energia libertada na cisão de AB
permite a síntese de ATP.
H2 O
Sintétase do AB
Quando a rotura do ATP ocorre
entre os resíduos fosfato β e γ forma-se ADP e Pi
pirofosfátase inorgânica
(PPi + H2O → 2 Pi)
2
27
H2 O
…mas quando ocorre entre os resíduos fosfato α e β
28
forma-se AMP e PPi.
As reacções nunca evoluem no sentido em que são endergónicas mas os
processos anabólicos são endergónicos...
Nalgumas lígases o nucleosídeo trifosfato envolvido na reacção
não é ATP mas o GTP.
H2 O
∆G = + 35 kJ
glutamato
glutamina
NH4+
∆G = -50 kJ
ADP + Pi
ATP
H2 O
glutamina
NH4
+
glutamato
sintétase da glutamina
ATP
∆G soma =
-15 kJ
endergónico
(∆G= +35 kJ)
exergónico
ADP + Pi
(∆G=-50kJ)
As enzimas são as máquinas que acoplando processos endergónicos com exergónicos
possibilitam a ocorrência dos processos endergónicos.
29
A sintétase da glutamina é um exemplo.
No ciclo de Krebs a reacção catalisada pela sintétase de succinil-CoA (uma das isoenzimas)
evolui no sentido da rotura do succinil-CoA e síntese de GTP:
GDP + Pi + succinil-CoA → succinato + CoA + GTP
Podemos considerar, conceptualmente,
que a sintétase de succinil-CoA faz a acoplagem de duas reacções:
∆G1<0
Succinil-CoA + H2O → Succinato + CoA (reacção exergónica)
GDP + Pi → GTP + H2O
(reacção endergónica)
∆G2>0
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
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GDP + Pi + Succinil-CoA ↔ GTP + Succinato + CoA
∆G(1,2)=∆G1+∆G2
As cínases são fosfotransférases que catalisam reacções do tipo:
ATP + Y → ADP + Y-P.
As reacções catalisadas pelas cínases chamam-se fosforilações.
Nas reacções catalisadas pelas transférases (EC 2.x.y.z)
um substrato dador cede um grupo químico ou um resíduo
a um outro substrato (o substrato aceitador) que o aceita:
XT + Y → X + YT
Nas reacções catalisadas por cínases o resíduo transferido é um fosfato e, em geral,
o dador de fosfato é o ATP (ou o GTP) que cede o fosfato γ (o terceiro) a um aceitador.
Numa reacção enzímica do tipo: ATP + Y ↔ ADP + Y-P
a enzima denominar-se-ia cínase do Y sendo Y o substrato que aceita o fosfato γ do ATP.
Exemplos de cínases:
Uma transférase catalisa uma reacção em que um resíduo T é transferido de XT para Y
(ou, tendo em conta a reacção inversa, de YT para X).
São exemplos de transférases:
1- cínases
(ATP + Aceitador → ADP + Aceitador-P)
2- fosforílases
(Dador-T + Pi → Dador + T-P)
3- pirofosforílases
(Dador-T + PPi → Dador + T-PP)
4- tiólases
(Dador-T + CoASH → Dador + T-CoA)
cínase da glicose
cínase da frutose-6-P
cínase do piruvato
A denominação das cínases
não tem em linha de conta o sentido em que a reacção ocorre nos seres vivos:
(1) a cínase do piruvato catalisa in vivo a fosforilação do ADP pelo fosfoenolpiruvato.
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(2) a cínase do adenilato catalisa a fosforilação do AMP pelo ATP (e a reacção 32
inversa): ATP + AMP ↔ 2 ADP
Numa reacção enzímica do tipo: ATP + Y ↔ ADP + Y-P
a enzima denominar-se-ia cínase do Y
e a regra mantém-se mesmo quando o aceitador é outra enzima.
Alguns fármacos e hormonas exercem os seus
efeitos ligando-se a receptores celulares que
têm actividade catalítica intrínseca e que são,
portanto, enzimas.
Alguns receptores celulares são enzimas.
Exemplo:
a cínase da desidrogénase do piruvato
catalisa a fosforilação da desidrogénase do piruvato pelo ATP
O receptor da insulina é uma
cínase que,
quando a insulina está
ligada,
catalisa a fosforilação de
uma proteína citoplasmática
chamada “substrato do
receptor da insulina”.
Algumas cínases (com a PKA; cínase de proteínas dependente do AMP cíclico)
são relativamente inespecíficas catalisando a fosforilação de muitas enzimas e
essa fosforilação pode activar ou inibir essas enzimas.
Em geral,
quando existe uma cínase
que catalisa a fosforilação de um substrato A
existe também uma fosfátase (hidrólase)
que catalisa a desfosforilação do substrato A fosforilado
… e ambas as reacções são (quase sempre)
fisiologicamente irreversíveis
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As fosforílases são transférases em que o substrato aceitador
é o fosfato inorgânico (Pi): XT + Pi ↔ X + T-P.
As reacções catalisadas pelas fosforílases denominam-se fosforólises.
ATP + síntase do
glicogénio
(activa)
PKA (ligada
ao AMPc)
ADP + síntase do
glicogénio fosforilada
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(inactiva)
As pirofosforílases são enzimas em que o substrato aceitador do resíduo
transferido é o pirofosfato inorgânico (PPi): XT + PPi ↔ X + T-P-P.
As reacções catalisadas pelas fosforílases denominam-se pirofosforólises.
Numa reacção do tipo XT + PPi ↔ X + T-P-P
Numa reacção do tipo XT + Pi ↔ X + T-P
a enzima denominar-se-ia pirofosforílase do XT
a enzima denominar-se-ia fosforílase do XT (T é o resíduo transferido)
...e XT sofre uma fosforólise: XT rompe-se (lise) por acção do fosfato inorgânico (Pi).
...e XT sofre pirofosforólise: rompe-se (lise) por acção do pirofosfato inorgânico (PPi).
Exemplo de fosforílase:
A fosforílase do glicogénio
catalisa a fosforólise do glicogénio
Exemplo de pirofosforílase:
Pirofosforílase do UDPGlicose
Glicose-glicose-glicose...+ Pi →
glicose-glicose...+ Glicose-1-P
É interessante notar as semelhanças entre as denominações das enzimas e as reacções
catalisadas pelas fosforílases, pirofosfosforílases e hidrólases.
35
No limite as hidrólases poderiam ser consideradas transférases em que o substrato aceitador
36 do
resíduo transferido é a água; rompe-se uma ligação mas formam-se outras com a água.
As reacções catalisadas pelas transférases também podem ser conceptualmente
consideradas como o acoplamento de dois processos:
um exergónico e outro endergónico.
glicose + ATP
glicose-6-P + ADP
∆G = -32 kJ
glicose + Pi
glicose-6-P + H2O
∆G = + 18 kJ
ADP + Pi
∆G = -50 kJ
ATP + H2O
cínase da glicose
ATP
glicose-6-P
glicose
endergónico
(∆G= +18 kJ)
ADP
exergónico
(∆G=-50kJ)
A cínase da glicose é uma “máquina química” que acopla um processo endergónico
(a
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formação de glicose-6-P) com outro exergónico (a hidrólise do ATP).
As oxi-redútases (EC 1.x.y.z)
catalisam reacções de oxiredução
Nas reacções catalisadas pelas
líases (EC 4.x.y.z) um dos
reagentes que contém uma
dupla ligação combina-se com
um segundo reagente de tal
maneira que o produto já não
contém a dupla ligação:
A=B + C ↔ ABC
Ou, pensando na reacção inversa:
são líases as enzimas que catalisam reacções
em que um composto se rompe dando
origem a dois produtos sendo que um destes
produtos contém uma dupla ligação que não
existia no composto que lhe deu origem:
ABC ↔A=B + C
Frequentemente o composto C é a
água mas aqui, ao contrário do
caso das hidrólases, a reacção de C
com A=B não resulta na lise de A=B.
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As oxiredútases também podem, frequentemente, ser facilmente entendidas
como acoplando uma semi-reacção que é exergónica com uma outra semireacção que é endergónica (sendo o somatório exergónico)
Reacção catalisada pela desidrogénase do piruvato:
(1) Piruvato + NAD+ + H2O → CO2 + acetato + NADH
∆G <<0
(2) acetato + CoA → acetil-CoA + H2O
∆G >0
piruvato + CoA + NAD+ → acetil-CoA + CO2 + NADH
∆G <0
Exemplos de nomes associados a oxi-redútases:
Desidrogénases
Redútases
Oxídases
Oxigénases
Peroxídases
Catálase
Dismútases
dinucleotídeos são substratos
Reacção catalisada pela desidrogénase do gliceraldeído-3-P
(no sentido que ocorre na glicólise):
O2 é o oxidante directo
(1) gliceraldeído-3-P + NAD+ + H2O → 3-fosfoglicerato + NADH
∆G <<0
(2) 3-fosfoglicerato + Pi → 1,3-bisfosfoglicerato + H2O
∆G >0
gliceraldeído-3-P + NAD+ + Pi → 1,3-bisfosfoglicerato + NADH
∆G <0
o H2O2 é reduzido a água...
catalisam reacções de dismutação 39
40