Bioquímica
Cinética das reações enzimáticas
Energia livre, G
Estado de transição
Coordenada da
reação
Cinética das reações
Relembrando:
A+B
B+C
V = k[A] [B]
S
P
Se a velocidade é
calculada em
função de um
intervalo de tempo
será obtida a
velocidade média
Cinética das reações
A
B
Para medir a velocidade efetiva
proporcional a concentração de reagente:
- v0: velocidade inicial
Calculada num pequeno intervalo de tempo durante o qual
a conversão de A em B tenha sido tão tão reduzida que
a concentração de A possa ser considerada constante.
- t: tempo inicial
Intervalo de tempo do cálculo da v0
Cinética das reações
Catálise enzimática ocorre em duas etapas:
1)
2)
E + S
ES
E + S
k1
k-1
k2
ES
k1
k-1
ES
E + P
k2
E + P
Cinética das reações
E + S
k1
k-1
ES
k2
E + P
v1 = k1 [E][S]
v-1 = k-1 [ES]
v2
= k2 [ES]
Michaelis e Menten admitiram:
k-1>> k2
Cinética das reações
E + S
k1
k-1
ES
k2
E + P
Sendo k-1>> k2:
- A primeira reação chega a estabelecer equilíbrio
- Velocidade global
v2 – sendo esta a etapa mais
lenta e limitante do processo
Estes pressupostos são válidos para as enzimas michaelianas
Formação do complexo transitório
Influência da concentração de substrato
Variação das concentrações dos componentes
em função do tempo
Velocidade da reação enzimática
• Quando a [S] for muito grande, a concentração de [E]
é praticamente nula, estando toda enzima na forma
ES:
E+S
ES
±0%
±100%
• A partir desta quantidade de [S] a Velocidade será
constante, dessa forma atingimos o Vmax da reação.
• Quando 50% [E] e 50% [ES],
a
concentração de S nesta velocidade será igual a KM
Equação de Michaelis-Menten
LEONOR MICHAELIS
1875 - 1949
MAUD MENTEN
1879 - 1960
Equação de Michaelis-Menten
Para dedução da equação de MichaelisMenten é considerada a reação reversível:
E+S
k1
k2
ES
k3
k4
E+P
KM = (k2 + k3)/k1
Obtendo Vmax
Variação da velocidade da reação enzimática (v 0) em
função da concentração do substrato (S)
Velocidade da reação enzimática
Fonte: Stryer
Enzima Michaeliana
Enzima Alostérica
Afinidade da enzima
Constante de Michaelis-Menten – KM – seu valor
indica a afinidade que uma enzima apresenta pelo
seu substrato:
glicose
hexoquinase
enzima
Açucares de 6 C
substrato
frutose
glicose
Necessita 0,15 mM para atingir VMax/2
frutose
Necessita 1,5 mM para atingir VMax/2
Afinidade da enzima
Variação da velocidade da reação em função do substrato
Efeito da variação da enzima
A velocidade só é diretamente proporcional em pequenas
concentrações de substrato
Variação da velocidade da reação (v0) em função da
concentração de enzima [E]
Dosagem da enzima
- É feita pela medida de sua atividade
- Incuba-se a enzima com altas concentrações de Enzimas
GARANTIR A VMAX
- Expressa em unidades internacionais (U)
Quantidade de enzima para formar 1 μmol de produto
- Medir concentração da atividade de enzimas auxilia no
acompanhamento de casos patológicos
Dosagem da enzima
Transformação de Lineweaver-Burk
•Equação descrita em 1934
Hans Lineweaver
Dean Burk
Químico dos EUA
Fisicoquímico dos EUA
Determinação de Vmax e KM
Fonte: Enzyme
Determinação de Vmax e KM
KM
inclinação =
V max
Eficiência da catálise enzimática
- Constante catalítica: kcat
Eficiência máxima – condições de VMAX, em que
todas enzimas estão complexadas com o substrato
- Relação da eficiência catalítica com a afinidade pelo
substrato
kcat/ KM
Baixo valor → pouca afinidade pelo substrato
→ baixa eficiência catalítica
O critério kcat/KM
• Usado para comparar diferentes enzimas
• Relaciona a eficiência catalítica da enzima com sua
afinidade pelo substrato.
• kcat/KM baixo: a enzima tem pouca afinidade pelo
Substrato (alto KM); ou porque a eficiência em gerar
ES é pequena (baixo kcat); ou por ambos motivos.
• Os maiores valores são dados para altas eficiência
em gerar ES (alto kcat) e pela alta afinidade pelo
substrato (baixo KM)
O critério kcat/KM
• Exemplos de enzimas de alta eficiência:
Fonte: Marzzoco & Torres, 2007
Inibidores enzimáticos
- Irreversíveis
- Reversíveis
- Competitivos
- Não Competitivos
Exemplo de inibidor irreversível:
Grupo acetila
Responsável pela 1a reação da via de síntese de
prostaglandinas
Inibidores Irreversível
Fonte: Enzyme
Inibidores Irreversível
Ex. Compostos organofosforados
Formam ligações covalentes com o grupo OH de
resíduos de serina
Praticamente irreversível
Malation – Defensivo agrícola
Diminui KM e Vmax
Acetil colinesterase
Inibidores Irreversível
Ex. Carbamatos
Carbaryl – Inibe acetil colinesterase (inseticida)
Praticamente irreversível
Inibidores Irreversível
Ex.:
Penicilina: Liga-se especificamente a enzimas da via
de síntese de parede bacteriana.
Iodoacetamida: Reage com o grupo SH de resíduos
de cisteína.
Inibidores competitivos
Fonte: Enzyme
Inibidores competitivos
Exemplos:
Inibidores competitivos
Inibidores competitivos
Inibidores não competitivos
Fonte: Enzyme
Inibidores não competitivos
Inibidores não competitivos
Inibidores incompetitivos
- Semelhante ao
não competitivo;
- O inibidor só
consegue se
ligar após
formação do
complexo ES.
Fonte: Enzyme
Inibidores competitivos e não competitivos
Análogos de enzimas
- Análogos ou antimetabólitos
Tem fórmula estrutural semelhante ao S
- Liga-se ao centro ativo e resulta num produto
Produto diferente da via “correta”
Ex.
Espécies análogas de aminoácidos em plantas
Azetidina 2-carboxilato
Prolina
Canavanina
Arginina
Antimetabólitos
Antimetabólitos
Regulação
- Muitas enzimas tem sua atividade catalítica
regulada
Ex.
A
B
C
D
Z
Regulação
Fonte: Enzyme
Regulação – Moduladores alostéricos
Fonte: Enzyme
Regulação
Algumas enzimas são sintetizadas numa forma
inativa: ZIMOGÊNIO
Ex:
Pepsina
pepsinogênio
Quimiotripsina
quimiotripsinogênio
Regulação
Isozimas
- Formas diferentes de uma mesma enzima
- Atuam em tecidos diferentes
Ex:
Lactato desidrogenase
Músculo esquelético (MMMM)
Coração (HHHH e HHHM)
Regulação
Ligação covalente
Algumas enzimas são reguladas por modificação
covalente na molécula
Podem ser:
- Fosforilação
- Adenilação
- Uridilação
- ADP-ribosilação
- Metilação
Regulação: Ligação covalente
Fosforilação
Regulação: Ligação covalente
Adenilação
Regulação: Ligação covalente
Uridilação
Regulação: Ligação covalente
ADP-ribosilação
Regulação: Ligação covalente
Metilação