ENZIMAS
As enzimas são proteínas, catalisadores (aumenta a
velocidade de uma determinada reação química) biológicos
(proteínas) de alta especificidade. Praticamente todas as reações
que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por
enzimas.
Aceleram a velocidade de uma reação, sem, no entanto participar
dela como reagente ou produto, regulando várias reações.
Atuam em concentrações muito baixas e em condições suaves de
temperatura e pH.
As enzimas são sintetizadas através de informação genética, desta
forma, caso haja erro na passagem da informação ocorrerá erro na
síntese da enzima e conseqüentemente na sua ação, levando á
algumas doenças.
Células podem sintetizar enzimas conforme a sua necessidade.
As enzimas devem:
o
Aumentar a velocidade das reações.
o
Não alterar a natureza das reações.
o
Pode diminuir a energia de ativação (EA).
NOMENCLATURA
Geralmente se utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Exs:
Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc., mas as enzimas
primeiramente descobertas tem nomes diferenciados como pepsina
e tripsina.
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
A determinação do nome das enzimas é normatizada por um comitê
especializado, o Nomenclature Committee of the International Union
of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB).
- Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações de
transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. São as
Desidrogenases e as Oxidases. Se uma molécula se reduz, tem
que haver outra que se oxide.
- Transferases : Enzimas que catalisam reações de
transferência de grupamentos funcionais como grupos amina,
fosfato, acil, carboxil, etc. Como exemplo temos as Quinases e as
Transaminases.
- Hidrolases : Catalisam reações de hidrólise de ligação
covalente. Ex: As peptidades.
- Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a
remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. As
Dehidratases e as Descarboxilases são bons exemplos.
- Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre
isômeros ópticos ou geométricos. As Epimerases são exemplos.
- Ligases: Catalisam reações de formação e novas
moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, sempre às
custas de energia (ATP). São as Sintetases.
Classes de enzimas
Classe
Catalisam
reações
de
oxirredução,
Oxirredutases
1
transferindo elétrons ou prótons (H+).
Classe
Transferases Transferem grupos químicos entre moléculas.
2
Classe
Utilizam a água como receptor de grupos
Hidrolases
3
funcionais de outras moléculas.
Formam ou destroem ligações duplas,
Classe
Liases
respectivamente retirando ou adicionando
4
grupos funcionais.
Classe Isomerases Transformam uma molécula num isômero.
5
Classe
Ligases
6
Formam ligações químicas por reações de
condensação, consumindo energia sob a
forma de ATP.
A partir destas categorias principais, as enzimas ainda são
subdivididas em outras categorias, podendo ser identificadas pelo
seu número da EC; por exemplo, EC 5.4.2.2 é a fosfoglicomutase.
COFATORES ENZIMÁTICOS E COENZIMAS
Cofatores são pequenas moléculas orgânicas ou
inorgânicas que podem ser necessárias para a função de uma
enzima (apoenzima).
Coenzimas
A molécula orgânica que se liga às enzimas para ativar uma reação,
é denominada coenzima, cada tipo apresenta uma função química
particular, algumas são agentes oxi-redutoras, outras transferidoras
etc.
Exemplo: Coenzima: dinucleotídeo nicotinamida de adenina (NAD+).
Muitas coenzimas são fortemente relacionadas com vitaminas. As
vitaminas são moléculas orgânicas essenciais para o processo
biológico em organismos superiores e não podem ser sintetizados
por eles mesmos. Portanto estas coenzimas são essenciais aos
processos metabólicos vitais dos organismos superiores.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Estuda a velocidade das reações enzimáticas, e os atores que
influenciam nesta velocidade. A cinética enzimática é o estudo do
mecanismo pelo qual as enzimas ligam substratos e os
transformam em produtos
Uma reação enzimática pode ser expressa pela seguinte
equação:
E + S <==> [ES] ==> E + P
O complexo enzima/substrato (ES) tem uma energia de
ativação ligeiramente menor que a do substrato isolado, e a sua
formação leva ao aparecimento do estado de transição.
A formação de "P" a partir de ES é a etapa limitante da
velocidade da reação.
A velocidade de uma reação enzimática depende das
concentrações de enzima e de substrato.
Podemos chegar à velocidade máxima de reação aumentando
progressivamente a concentração de substrato, até se verificar uma
velocidade constante de formação de produto (como no gráfico). A
saturação acontece porque, à medida que é aumentada a
concentração de substrato, aumenta também a quantidade de
enzima presente sob a forma de complexo enzima-substrato (ES).
À velocidade máxima, Vmax, todos os centros ativos estão
ocupados (saturados) com substrato, ou seja, não existe enzima
livre para ligar mais substrato e a concentração de complexo ES é
igual à concentração de enzima.
Em 1913 L. Michaelis e M. L. Menten postularam a teoria da ação e
cinética enzimática, levando à equação que nos permite demonstrar
como a velocidade de uma reação varia em função da concentração
do substrato:
Enzima + Substrato « [EnzimaSubstrato] -> Enzima + Produto
V=
Esta equação pode ser expressa graficamente, e representa o
efeito da concentração de substrato sobre a velocidade de reação
enzimática.
O Km de um substrato para uma enzima específica é característico,
e nos fornece um parâmetro de especificidade deste substrato em
relação à enzima. Quanto menor o Km, maior a especificidade, e
vice-versa.
Curva de saturação numa reação enzimática, mostrando a relação
entre a concentração de substrato ([S]) e a velocidade (V).
Lineweaver-Burke linearizaram a curva de Michaelis- Menten
(gráfico abaixo)
Inibição Enzimática
Muitos tipos de moléculas inibem as enzimas e podem agir de
várias formas. A principal distinção é entre inibição reversível e
inibição irreversível
A forma que envolve ligações não-covalentes é reversível, através
da remoção do inibidor, já a inibição irreversível, a ligação molecular
é covalente.
Inibição Irreversível
Inibidores irreversíveis podem ser extremamente seletivos, e se
ligam covalentemente às enzimas deixando-as inativas. Na maioria
dos casos a substância reage com o grupo funcional no sítio ativo
bloqueando o local do substrato, deixando a enzima catalíticamente
inativa.
Inibição Reversível
Existem vários modos que estão envolvidos com ligação não
covalente, eles diferenciam quanto ao mecanismo pelo qual
diminuem a atividade enzimática e como eles afetam na cinética da
reação.
Os inibidores enzimáticos são compostos que podem diminuir a
atividade de uma enzima.
Existem 2 tipos de inibição enzimática reversível: Competitiva e
Não competitiva
Inibição Reversível Competitiva
Uma molécula apresenta estrutura semelhante ao substrato da
enzima se ligando ao sítio ativo, competindo com o substrato. O
efeito é revertido aumentando-se a concentração de substrato
Na inibição competitiva, o inibidor e o substrato competem pela
enzima, isto é, não se podem ligar ao mesmo tempo à enzima.
O efeito da reação modifica o Km, mas não altera a velocidade
máxima , níveis mais altos de concentração do substrato são
requeridos para que se atinja uma determinada velocidade,
aumentando o KM aparente.
Inibidor Reversível não Competitivo
Ocorre quando um molécula se liga em um segundo local na
superfície enzimática (não no sítio ativo), modificando a forma da
enzima dificultando a catálise.
Os inibidores não-competitivos podem ligar-se à enzima e ao
substrato ao mesmo tempo, ou seja, nunca se ligam ao sítio ativo.
O inibidor não competitivo pode ser uma molécula que não se
assemelha com o substrato, mas apresenta uma grande afinidade
com a enzima. É o mecanismo inverso do inibidor competitivo,
porque inibe a ligação do complexo ES e não da enzima livre.
O efeito da reação modifica a velocidade e o Km permanece
constante.
Inibidor reversível competitivo e não competitivo no gráfico de
Lineweaver-Burke