Bioquímica – Módulo II
ENZIMAS
ENFERMAGEM 2012/1 – PROFª AMANDA VICENTINO
Como os seres vivos utilizam a energia provida do ambiente?
Manutenção das Funções
Glicose
Glicose + O2
CO2 + H2O
Energia
Precisa ser catalisada para ocorrer de forma rápida
Manutenção das Funções = REAÇÕES QUÍMICAS
REAÇÕES QUÍMICAS
 precisam ser altamente específicas de modo a gerar produtos definidos
 devem ocorrer a velocidades adequadas à fisiologia da célula
ENZIMAS
CATALIZADORES DAS REAÇÕES QUÍMICAS
Enzimas são catalisadores que aumentam a velocidade da reação de 5
à 17 ordens de grandeza.
Anidrase
Carbônica
HCO3- + H+
CO2 + H2O
V = 106/s
V= 1,3 x 10-1/s
Estrutura das enzimas:
 Quase todas as enzimas são proteínas,
como tal sua função depende da sua
estrutura.
 A estrutura da enzima dependerá da
seqüência primária; secundária; terciária e
quartenária.
 Partes importantes:
 Apoenzima: parte proteica de uma
enzima
 Sítio ativos: região que forma a
maquinaria para a reação química de
catálise, é constituída por grupo de
aminoácidos específicos.
Muitas enzimas necessitam de cofatores para sua atividade ...
Porção protéica
APOENZIMA
Cofator
HOLOENZIMA
 Os cofatores podem ser divididos em dois grupos:
• Metais
• Moléculas orgânicas (coenzimas)
Íons metálicos
Moléculas
orgânicas
Coenzimas
Quando o cofator está ligado fortemente a parte proteica da enzima ele é chamado de grupo prostético.
Anidrase Carbônica
Classificação das enzimas:
As enzimas são classificadas de acordo com o tipo de reação que catalisam.
 Oxido-redutases – enzimas que catalisam reações de óxido-redução, transferência
de elétrons.
lactato
desidrogenase
lactato
piruvato
 Transferases – catalisam a transferência de um grupamento de uma molécula a outra.
alanina
aminotransferase
alanina
α-cetoglutarato
L-glutamato
piruvato
 Hidrolases – catalisam a reação de hidrólise de uma única ou várias ligações covalentes por
introdução de uma molécula de água.
H2O
peptidase
 Liases – catalisam reações adicionando ou removendo grupamentos.
piruvato
carboxilase
piruvato
acetaldeído
 Isomerases – catalisam reações transferindo grupos dentro da mesma molécula formando
isômeros.
Fosfoglicose
isomerase
 Ligases – catalisam reações que ligam 2 moléculas
acetil CoA
carboxilase
+
Acetil-CoA
Como as enzimas funcionam?
A+B
C+D
 A e B precisam colidir em uma orientação favorável
 O complexo A+B precisam atingir um certo nível de energia necessário para que a
reação ocorra: ENERGIA DE ATIVAÇÂO
Estado intermediário
de maior energia livre
Enegia de ativação
 As enzimas aceleram as reações pela facilitação da formação do estado de transição
 As enzimas se ligam ao substrato de forma com que estes se disponham na orientação correta
 Estabilização do estado de transição
As enzimas aceleram as reações pela facilitação da
formação do estado de transição
 Reduz a energia de ativação necessária para atingir o
estado de transição
 Como a energia de ativação é menor, um maior
número de moléculas têm a energia necessária para
atingir o estado de transição.
 As enzimas alteram a velocidade da reação e não o
equilíbrio.
 A primeira etapa da catálise enzimática é a formação do
complexo enzima-substrato
 O substrato se liga ao centro ativo da enzima.
 O centro ativo é uma fenda tridimensional que possui aminoácidos que participam
diretamente na geração e quebra de ligações.
 Os substratos se ligam à enzima por vários tipos de interações fracas:
 Complexo Enzima-Substrato
 Modelo chave e fechadura – o sítio catalítico é rígido e complementar à forma e ao
tamanho do substrato.
 Modelo encaixe induzido – o sítio catalítico não está totalmente pré-formado, a enzima
se ajustaria ao substrato.
Formação do complexo ES
Mecanismos principais de aceleração de uma reação
 Catálise Ácido-Base – que ocorre com a participação de aminoácidos com cadeias laterais
ionizáveis, capazes de doar ou liberar prótons durante a catálise para estabilizar os intermediários
(H+, OH-).
 Catálise Covalente – Neste tipo de catálise é formado uma ligação covalente
transitória entre a enzima e o substrato.
Quimiotripsina
 Catálise por íons metálicos – metais firmemente ligados ao sítio catalítico interage
entre a enzima e o substrato estabilizando o estado de transição.
Aplicações das enzimas
Saúde – são usadas para detectar algum tipo de doença, ou dano tecidual, ou como
marcador de exames.
 Infarto do miocárdio
Saúde: Algumas doenças são causadas pela falta de enzimas (ex. fenilcetonúria;
intolerância a lactose).
FENILCETONÚRIA
acumula
Fenilcetonas
TÓXICAS
Atraso no desenvolvimento
Microcefaléia
Convulsões
Saúde: Algumas doenças são causadas pela falta de enzimas (ex. fenilcetonúria;
intolerância a lactose).
INTOLERÂNCIA A LACTOSE
Não é degradada
Fermentadas por
Bactérias intestinais
Gases
Diarréia
Cinética enzimática
Estudo das velocidades das reações enzimáticas bem como os fatores que as influenciam:
Diretamente proporcional a concentração do reagente:
A → B … v =  [A]2
 A velocidade da reação pode ser medida por:
 Quantidade de produto formado por unidade de tempo
 Quantidade de substrato consumido por unidade de tempo
V = - S/t = P/t
Cinética enzimática
V0 varia com a concentração de substrato
V0 sobe linearmente a medida que se aumenta a concentração de substrato, e então começa a
se nivelar e se aproximar e um ponto máximo onde a velocidade não aumenta mesmo em
concentrações maiores de substrato.
Velocidade a reação é
proporcional a S
Substrato satura a
enzima
Efeito da concentração do substrato na velocidade inicial:
 A relação entre concentração de substrato e velocidade inicial da reação pode ser expressa
algebricamente pela equação de Michalis e Menten.
Velocidade
inicial
Constante de
Michaelis
Concentração
substrato
E
+
S
K1
ES
K2
V0 – Velocidade Inicial
E+P
K -1
[ES] – Estado Estacionário constante
Então:
Formação de [ES] = Degradação de [ES]
V0 = K2 [ES] [E] = [Et]-[ES] → A concentração de enzima livre [E] é a diferença entre a conc.
total de enzima [Et] e a enzima ligada ao substrato [ES]
V de Formação de ES = K1 [E] [S]
V de degradação de ES = K –1[ES] + K2 [ES] … (k-1 + k2) [ES]
Já que Formação de [ES] = Degradação de [ES]
K1 ([Et]-[ES]) [S] = (k-1 + k2) [ES]
K1[S][Et] - K1[S][ES] = (K –1+ K2) [ES]
[ES] =
[Et] [S]
[S] + (K –1+ K2) / k1)
Km
Se,
[ES] =
[Et] [S]
e V0 = K2 [ES]
[S] + km
Então: V0 = k2
[Et] [S]
[S] + km
Portanto: Vmax = k2 [Et]
Sendo assim: V0 =
Vmax [S]
Km + [S]
A velocidade máxima (Vmax) é obtida quando
toda enzima (Et) se encontra sob a forma de ES.
Uma observação importante ...
Quando V0 = Vm
2
Km = 2 [S] – [S]
Vm Vm x[ S ]

2
Km  [ S ]
Km +[S] = 2 [S]
Km= [S]
Propriedades importantes de Km:
 É numericamente igual a [S] na qual a
velocidade da reação é metade da Vmax.
 Característico de cada enzima.
 Reflete a afinidade da enzima pelo seu
substrato.
Km = [S]
 Gráfico Linewevear-Burk
1
v
1
Vmax
1
[S]
-1
Km
Y = ax +b
Linearizando a equação de Michaelis e Menten
 Consequências importantes de Km
Km
Afinidade da enzima pelo substrato
Km
Afinidade da enzima pelo substrato
v
1/V
Vmáx
V/2
Km Km
[S]
-1/Km -1/Km
1/s
Fatores que influenciam na atividade enzimática
 pH: a ionização de aa pode provocar modificações na conformação da enzima.
Pepsina pH ótimo 1,5
Tripsina pH ótimo 7,7
 pH do meio alcalino:
 pH do meio ácido:
- concentração reduzida de íons H+ no
- excesso de íons H+ no meio;
meio;
- os aa recebem H+, ficando
- os aa liberam H+, ficando eletricamente
eletricamente positivo.
negativo.
Fatores que influenciam na atividade enzimática
 Temperatura:
– A velocidade de reação aumenta com o aumento de temperatura, como se observa na
maioria das reações químicas;
– Após atingir uma temperatura crítica,a estabilidade da proteína decresce devido a
desnaturação térmica.
Temperatura ótima da reação
Fatores que influenciam na atividade enzimática
 Concentração da Enzima:
– A velocidade máxima da reação é uma função da quantidade de enzima disponível (se
há substrato em excesso ).
 Reações enzimáticas com mais de um substrato
Sequencial (formação do complexo ternário)
 Reações enzimáticas com mais de um substrato
Pingue-pongue ou duplo deslocamento
Inibição enzimática
Inibidores de enzimas são moléculas que interferem com a catálise diminuindo ou
interrompendo as reações enzimáticas.
Quanto ao tipo de inibição:
 inibição inespecífica: diminuição da atividade de todas as enzimas por temperatura, pH ou
agentes desnaturantes (ex. uréia).
 inibição específica: agente inibidor diminui a atividade de uma enzima específica ou de um
grupo restrito de enzimas. A inibição pode ser irreversível ou reversível.
IRREVERSÍVEIS
INIBIDORES
Inib. Competitiva (freqüente)
Inib. Não-competitiva
REVERSÍVEIS
Inib. Acompetitiva
(quando o inibidor liga-se ao
complexo ES , mas não a enzima
livre)
 Inibidor irreversível: liga-se a enzima levando a sua inativação definitiva
Exemplo: Inibição de Cisteino-peptidases por iodoacetamida
 Inibidor Competitivo: Inibidor compete com o substrato pelo mesmo sítio de ligação à
enzima
 Km aumenta, mas Vmáx não é alterada.
 É necessário de [S] maior para deslocar o inibidor.
 Inibidor Não-Competitivo:
O inibidor se liga numa região deferente do sítio de ligação do substrato.
 Vmáx diminui, mas o Km não é alterado.
 [S] maior não diminui a inibição.
 Inibidor acompetitivo:
O inibidor se liga somente no complexo ES em sítio próprio.
 Inibidor não possui semelhança estrutural com
o substrato.
 Km e Vmáx da enzima diminuem.
Analgésicos
Sítio Ativo da Ciclooxigenase
INIBIDOR IRREVERSÍVEL = Ligação covalente
Ácido Acetil Salicílico
INIBIDOR REVERSÍVEL E COMPETITIVO = Interações sem ligação
covalenteÁcido mefenâmico
Inibidores Competitivos de proteases do vírus HIV
Gag e Pol são clivados pela protease do vírus HIV em 9 pontos específicos para produzir
proteínas funcionais. O precursor Gag vai originar proteínas estruturais e o precursor Pol
vai originar enzimas como transcriptase reversa, integrase e proteases.
Amprenavir
Regulação da atividade enzimática
Um organismo regula a atividade de algumas enzimas para coordenar seus
processos metabólicos
 Alostérica: Funcionam através da ligação não-covalente e reversível de um metabólito
regulador (modulador)
 Covalente: Regulação da atividade enzimática por modificação covalente reversível
 Proteolítica: O precursor inativo (zimogênio) é clivado para formar a enzima ativa
Regulação alostérica
 Enzimas Alostéricas
 São maiores e mais complexas, possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas.
 Não obedecem a cinética de Michaelis-Menten.
 Tipos de enzimas alostéricas: homotrópica (modulador é idêntico ao substrato);
heterotrópica (modulador é diferente do substrato)
Um modulador alostérico pode ser tanto um inibidor quanto um ativador.
Fosfofrutokinase 1 (PFK-1)
 Feedback negativo
Coordena o fluxo de enzimas por uma via metabólica.
A
B
C
D
E
O produto E funcionou como modulador negativo
 Regulação por modificação covalente
Ex: Fosforilação, acetilação, ubiquitinação, etc
Fosforilação – Regula inúmeros processos metabólicos ativando enzimas chaves das vias
metabólicas.
Glicogênio fosforilase
 Ativação proteolítica