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
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.
♣ 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.
• Como
catalisadores
celulares
extremamente
poderosos, as enzimas aceleram a velocidade de
uma reação sem, 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
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.
SUBSTRATO + (SUFIXO) ASE
Glicosidase
Urease
Sacarase
Nome originais:
Quimiotripsina
Pepsina
AÇÃO QUE ELA REALIZA + (SUFIXO) ASE
Lactato Desidrogenase
Adenilato Ciclase
Piruvato Decarboxilase
Piruvato Carboxilase
AÇÃO QUE ELA REALIZA + (SUFIXO) ASE
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
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
Lehninger Principles of Biochemistry, Third Edition
• 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
• 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
• 5-Isomerases:
Catalisam
reações
interconversão entre isômeros ópticos
geométricos. As Epimerases são exemplos.
de
ou
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
♣
São catalisadores
eficientes
biológicos
extremamente
♣ 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
temperatura e pH
específicas
de
♣ Possuem todas as características das proteínas
♣ Podem ter sua atividade regulada
♣ Estão quase sempre dentro da célula, e compartimentalizadas (lisossomos, mitocôndrias, citoplasma,
núcleo, retículo endoplasmático).
♣ Altamente específicas
Aceleram reações químicas
Catalase
H2O2
Ex: Decomposição do H2O2
Condições da Reação
Sem catalisador
Enzima Catalase
H2O +
O2
(Peróxido de hidrogênio = amônia)
Energia livre de Ativação
KJ/mol
Kcal/mol
Velocidade
Relativa
1
75,2
18,0
48,9
11,7
2,77 x 104
23,0
5,5
6,51 x 108
Atuam em pequenas concentrações
1 molécula de Catalase
decompõe
5 milhões de moléculas
de H2O2
pH = 6,8 em 1 min
Não alteram o estado de equilíbrio
• Abaixam a energia de ativação;
• Keq não é afetado pela enzima
(equilíbrio químico)
Energia de ativação sem enzima
Diferença entre
a energia livre
de S e P
S
P
Energia de ativação com
enzima
Caminho da Reação
♣ 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)
• 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)
ENZIMAS – SÍTIO ATIVO
Região da molécula enzimática que
participa da reação com o substrato.
Pode possuir componentes não protéicos:cofatores.
Possui aminoácidos auxiliares e de contato.
Porção protéica
Cofator
APOENZIMA
HOLOENZIMA
ENZIMAS – COENZIMAS
 Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis
 Classificam-se em:
- transportadoras de hidrogênio
- transportadoras de grupos químicos
 Transportadoras de hidrogênio
Coenzima
Abreviatura Reação
Origem
catalisada
Nicotinamida adenina NAD+
Oxi-redução Niacina ou
dinucleotídio
Nicotinamida adenina NADP+
dinucleotídio fosfato
Flavina adenina
FAD
dinucleotídio
Vitamina B3
Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Oxi-redução Riboflavina ou
Vitamina B2
♣ 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.
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.
♣ Modelo Chave/Fechadura = Prevê um encaixe
perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria
rígido como uma fechadura.
♣ 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.
♣ 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.
♣
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
ENZIMAS –
COMPONENTES DA REAÇÃO
E+S
ES
Substrato se liga ao
SÍTIO ATIVO
da enzima
P+E
E = Enzima
S = Substrato
P = Produto
♣ 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
temperatura e pH, dentre outros.
de
SUBSTRATO,
♣ pH;
♣ temperatura;
♣ concentração das enzimas;
♣ concentração dos substratos;
♣ presença de inibidores.
♣ 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.
♣ 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).
♣
Concentração do substrato = [S] varia durante o
curso da reação à medida que S é convertido em P.
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
♣
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
 Qualquer substância que reduz a velocidade de uma
reação enzimática.
INIBIDORES
REVERSÍVEIS
COMPETITIVOS
IRREVERSÍVEIS
NÃO COMPETITIVOS
♣ Quando o inibidor se liga reversivelmente ao mesmo
sítio de ligação do substrato;
♣ 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.
 Permitem às indústrias usarem processos mais
econômicos, diminuindo o consumo de energia e
recursos; mais confiáveis e que poluem menos.
 São eficientes;
 Muito específicas;
ENZIMA
 Origem vegetal
 Origem animal
 Origem microbiana
FONTE
APLICAÇÃO
Papaína
mamão
Ajuda na digestão, Médica, bebidas, carnes
Bromelina
abacaxi
Ajuda na digestão, Médica, bebidas, carnes
Diastase
malte
Pepsina
mucosa gástrica
suíno
Amaciamento de carne
Lipase
Candida rugosa
Tratamento de efluentes
Panificação, xarope
Enzima e fonte
Poluentes e efluentes
Azorredutase (Pseudomonas luteola)
Indústria de tinta
Catalase (Baccilus sp.)
Remoção de H2O2 presente em efluentes de
branqueamento de tecidos
-glicosidase e Manganês peroxidase
Remoção de corantes na industria de alimentos e da
industria têxtil
Polifosfatase e Fosfotransferase
Remoção de fosfato biológico de efluentes
Protease pronase (Pseudomonas aeruginosa)
Inativação de vírus bacteriófago Cox A9 de efluentes,
para reutilização da água
Naftaleno-dioxigenase
Remoção de naftaleno
Lipase
Redução do teor de lipídeos de efluentes de
indústrias