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ENZIMAS

So protenas com atividade cataltica e alto grau de especificidade.

O primeiro reconhecimento que alguma forma de catlise existia em sistemas biolgicos

ocorreu no incio do sculo XIX, a partir de estudos da digesto da carne pelas secreesestomacais e da transformao do amido em acar pela saliva e por vrios extratos de plantas.

Nos anos 1850, Louis Pasteur concluiu que a fermentao do acar em lcool era catalisadapor fermentos. Postulou que esses fermentos, depois chamados enzimas, no lvedo, eraminseparveis da estrutura das clulas vivas do lvedo, idia que prevaleceu por muitos anos.

Em 1897, Eduard Bchner extraiu do lvedo, na forma solvel ativa, o conjunto de enzimas quecatalisava a fermentao do acar em lcool. Foi a prova que enzimas poderiam continuar

ativas depois de removidas da estrutura celular.Em 1926, James Sumner, da Universidade Cornell, isolou a enzima urease a partir de extratosda soja.

Apenas nos anos 1930, aps John Northtrop e Moses Kunitz cristalizarem pepsina, tripsina, eoutras enzimas digestivas e determinarem que eram protenas, como a urease, aceitou-se anatureza protica das enzimas.

Alguns questionamentos ainda persistem:

Por que foram as protenas selecionadas para serem catalisadores celulares ?

Por que as enzimas so to maiores que os substratos sobre os quais elas agem ?

Como os aminocidos, incapazes de acelerar reaes qumicas, podem produzir tal foracataltica quando unidos em sequncias especficas ?

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Com exceo de um pequeno grupo de molculas de RNA catalticas, todas as enzimas purasconhecidas so protenas, e a atividade cataltica depende da integridade da estrutura protica.Por exemplo, se uma enzima fervida com cido forte ou incubada com tripsina, que sotratamentos que quebram cadeias polipeptdicas, sua atividade cataltica destruda, mostrando

que a estrutura primria da protena enzimtica necessria para a atividade.

As enzimas tm massa molecular variando de 12.000 at acima de um milho. So, portanto,muito grandes quando comparadas com os substratos ou com os grupos funcionais sobre osquais elas agem.

Algumas enzimas so formadas apenas por cadeias polipeptdicas e no contm nenhum outrogrupo qumico alm de resduos de aminocidos, como a ribonuclease pancretica.

Outra enzimas necessitam para a sua atividade de um componente qumico adicional chamadocofator. O cofator pode ser inorgnico como Fe2+, Mn2+ ou Zn2+, ou pode ser uma molculaorgnica complexa (coenzima).

Algumas enzimas podem precisar de ambos.

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CLASSIFICAO E NOMENCLATURA DAS ENZIMAS

Muitas enzimas so denominadas pela adio do sufixo aseao nome de seus substratos, como aureasee a arginase.

Porm, outras enzimas receberam nomes que no tm qualquer relao com seus substratos, porexemplo,pepsinaetripsina.

Para evitar confuses nas denominaes das enzimas, foi adotada uma base sistemtica paraclassificar e denominar as enzimas, atravs de um acordo internacional.

Este sistema classifica as enzimas em 6 grandes classes, cada uma com subclasses, segundo otipo da reao catalisada.

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A cada enzima dado um nmero de classificao com 4 dgitos e um nome sistemtico queidentifica a reao catalisada.

Exemplo:

ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato

O nome sistemtico da enzima que catalisa a reao acima ATP: glicose fosfotransferase, queindica que ela catalisa a transferncia de um grupo fosfato do ATP para glicose. Seu nmero declassificao 2.7.1.1, o primeiro dgito (2) indica o nome da classe (transferase), o segundo(7) indica a subclasse (fosfotransferase), o terceiro dgito (1) indica a sub-subclasse(fosfotransferase com um grupo hidroxila como aceptor), e o quarto dgito (1) indica a d-Glicose como a substncia receptora do grupo fosfato.

O nome trivial dessa enzima hexoquinase.

CARACTERSTICAS CATALTICAS DAS DAS ENZIMAS

As enzimas so catalisadores verdadeiros. Aumentam a velocidade de reaes qumicasespecficas e no alteram a constante de equilbrio das reaes que catalisam.

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A velocidade de qualquer reao qumica proporcional concentrao de molculas emestado de transio. Assim, a velocidade de uma reao qumica ser muito alta se uma grandefrao das molculas do reagente estiverem no estado de transio.

Pode-se elevar a velocidade de uma reao pelo aumento da temperatura ou pela adio de umcatalisador ao sistema reacional.

EFEITO DA CONCENTRAO DE SUBSTRATO NA VELOCIDADE DE REAO.

Supondo-se a concentrao enzimtica constante:

Quando as concentraes de substrato so baixas, a velocidade de reao tambm baixa.Aumentando-se a concentrao de substrato, aumenta-se a velocidade da reao.

Medindo-se a velocidade de reao a cada aumento da concentrao de substrato, percebe-seque o aumento da velocidade da reao cada vez menor. Finalmente, aps aumentossucessivos na concentrao do substrato, haver apenas acrscimos desprezveis na velocidade

da reao.

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Ou seja, existe um limite de concentrao de substrato alm do qual no haver maisinfluncia na velocidade da reao.

Nesta situao, chamada de velocidade mxima (Vmx), a enzima est saturada com o substratoe no pode funcionar mais rpido.

Este fato levou Victor Henri, em 1903, concluso que uma enzima combina-se com amolcula dos seu substrato para formar um complexo enzima-substrato.

Esta idia foi ampliada em uma teoria geral das enzimas , por Leonor Michaelis e MaudMenten em 1913. Eles propuseram que:

E + S ES

ES P + E

A enzima combina-se com o seu substrato, formando um complexo, numa reao relativamenterpida. Numa segunda reao reversvel, menos rpida, o complexo desfeito liberando o

produto da reao e a enzima livre.

Como a segunda etapa o passo limitante da velocidade, a velocidade observvel deve serproporcional concentrao do complexo ES.

A VELOCIDADE DA REAO CATALISADA SER MXIMA QUANDOVIRTUALMENTE TODAS AS MOLCULAS DA ENZIMA ESTIVEREM NA FORMACOMPLEXADA (ES) E A CONCENTRAO DA ENZIMA LIVRE (E) FORDESPREZVEL.

Esta condio existe quando a concentrao do substrato muito alta.

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RELAO QUANTITATIVA ENTRE A CONCENTRAO DO SUBSTRATO E AVELOCIDADE DA REAO ENZIMTICA

A figura acima mostra a relao entre a concentrao de substrato e a velocidade da reaoenzimtica.

A curva que expressa esta relao tem a mesma forma geral para a maioria das enzimas.

Michaelis e Menten definiram uma constante, chamada KM, que til para estabelecer a relaoprecisa entre a concentrao de substrato e a velocidade da reao enzimtica.

KM a concentrao de substrato especfico na qual uma enzima produz metade de suavelocidade mxima.

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A forma caracterstica da curva de saturao de uma enzima pode ser expressamatematicamente pela equao deMichaelis-Menten:

A Equao de Michaelis-Menten

A deduo comea com as duas reaes bsicas envolvendo a formao e a quebra docomplexo enzima-substrato:

Algumas condies:

Se [Et] representa a concentrao total da enzima (a soma da enzima livre e da combinada),[ES] a concentrao do complexo enzima-substrato, e [Et] [ES] representa a concentraoda enzima livre. [S] a concentrao do substrato , ordinariamente, muito maior que [E t] deforma que a quantidade de S (substrato) ligado pela E (enzima) , a qualquer instante, muito

pequena comparada com a concentrao total de S. A deduo comea considerando asvelocidades de formao e quebra de ES:

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1- Velocidade de formao de ES:

2- Velocidade de quebra de ES:

3- O equilbrio estacionrio:

velocidade de formao de ES = velocidade de quebra de ES

4- Separao das constantes de velocidade:

5- Simplificando a expresso:

6- Resolvendo a equao em termos de [ES]:

7- Simplificando e combinando as constantes de velocidade em uma nica expresso:

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Definindo-se a constante de Michaelis-Menten como km = (k2+ k-1)/k1

E a velocidade inicial, de acordo com Michaelis-Menten, sendo dada pela velocidade de quebrada segunda reao, cuja constante de velocidade k2:

E substituindo-se o valor de [ES] na equao anterior, obtemos:

E ainda, definindo-se Vmx = k2[Et], ou seja, a velocidade da reao quando toda enzimapresente est saturada pelo substrato na forma de ES ([ES] = [Et]), temos a Equao deMichaelis-Menten:

Esta a equao da velocidade para reaes enzimticas com um substrato. D a relaoquantitativa entre a velocidade inicial V0, a velocidade mxima Vmxe a concentrao inicial dosubstrato, todas relacionadas atravs da constanteKmde Michaelis-Menten.

Uma relao quantitativa importante surge desta equao quando a velocidade inicial da reao exatamente igual metade da velocidade mxima, isto , quando V0 = 1/2 Vmx. Ento:

Vmx/2 = Vmx[S] /Km + [S]

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Dividindo-se esta equao por Vmx :

ResolvendoKm, temos:

A equao de Michaelis-Menten bsica em todos os aspectos da cintica enzimtica.Conhecendo-se kme Vmxpodemos calcular a velocidade de uma reao enzimtica em qualquerconcentrao de substrato.

CADA ENZIMA TEM UM kmCARACTERSTICO PARA UM DADO SUBSTRATO

Em condies definidas de pH e temperatura o km de uma enzima para um dado substrato caracterstico.

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Certas enzimas, como a anidrase carbnica, requer uma concentrao relativamente alta desubstrato para atingir a metade da velocidade mxima de catlise. Outras enzimas, como ahexoquinase do crebro que catalisa a transferncia de um grupo fosfato do ATP para glicose,atingem a metade da velocidade mxima com concentraes de substrato muito baixas.

Enzimas que trabalham com dois ou mais substratos podem ter um km diferente para cadasubstrato.

AS ENZIMAS TM UM pH TIMO PARA SUAS REAES

As enzimas tm um pH timo caracterstico, no qual a sua atividade mxima. As curvas,acima, de variao da atividade enzimtica em diferentes valores de pH refletem o pH no qualimportantes grupos doadores ou receptores de prtons no stio cataltico esto em seus estadosde ionizao adequados. A atividade cataltica das enzimas pode, portanto, ser regulada aomenos em parte por variaes de pH do meio em que se encontram.

AS ENZIMAS TM ESPECIFICIDADE POR SEUS SUBSTRATOS

Algumas tm especificidade quase absoluta por um dado substrato e no reagir nem mesmomolculas muito semelhantes. Outras enzimas, tm especificidade relativamente ampla e agemem muitos compostos com caractersticas estruturais comuns.

A regio da molcula da enzima onde acontece a interao com o substrato e sua transformaoqumica chamadostio ativooustio cataltico.

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Apesar das enzimas diferirem muito em estrutura, especificidade e modo de catlise, podem-seestabelecer algumas generalizaes acerca de seus stios catalticos:

1- O stio ativo ocupa uma parte relativamente pequena do volume total de uma enzima;

2- O stio ativo um entidade tridimensional;

3- Os substratos ligam-se s enzimas por mltiplas atraes fracas;

4- Os stios ativos so depresses ou fendas;

5- A especificidade de ligao depende do arranjo, definido com preciso, dos tomos no stioativo.

As formas dos stios ativos das enzimas so modificadas pela ligao com o substrato. Ou seja,os stios tm formas que so complementares do substrato s depois do substrato estar ligado.Este processo de reconhecimento dinmico chamado de encaixe induzido.