ENZIMAS

Enzimas são proteínas especializadas que funcionam na

aceleração de reações químicas.

Importância da catálise:

Função: catalisadores biológicos.

�exceção: grupo de RNA catalítico

(ribozimas)

Importância da catálise:

Sem a catálise, a maioria das reações químicas nos

sistemas biológicos seria muito lenta para fornecer produtos

na proporção adequada para sustentar a vida.

* Uma enzima pode ficar, temporariamente, ligada

covalentemente à molécula que está sendo transformada

durante estágios intermediários da reação, mas no final da

reação a enzima estará na sua forma original, quando o

produto é liberado.

ENZIMAS

* As enzimas podem aumentar a velocidade de uma

reação por um fator de até 1017 vezes mais do que

a reação não catalisada.

Propriedades das Enzimas

• São catalisadores biológicos extremamente eficientes e aceleram a

velocidade da reação, transformando de 100 a 1000 moléculas de

substrato em produto por minuto de reação.

• Atuam em concentrações muito baixas

• Atuam em condições específicas de temperatura e pH

• Possuem todas as características das proteínas

• Podem ter sua concentração e atividade reguladas

• Estão quase sempre dentro da célula, e compartimentalizadas.

ENZIMASAs enzimas apresentam um alto grau de

especificidade: cada enzima possui uma

organização estrutural específica, permitindo a

ligação apenas do(s) seu(s) substrato(s).

*há enzimas que aceitam como substrato qualquer

açúcar de seis carbonos, enquanto outras só

reconhecem a glicose.

As enzimas são fundamentais para processos

bioquímicos celulares tais como:

- degradação das moléculas nutrientes;

- transformação e conservação da energia química;

- síntese de macromoléculas biológicas a partir de

moléculas precursoras simples;

reconhecem a glicose.

ENZIMAS

- condições anormais podem ser causadas pela

Importância prática do estudo das enzimas:

- em algumas doenças, especialmente nas desordens genéticas

herdadas, pode ocorrer uma deficiência ou mesmo a ausência

total de uma ou mais enzimas. Ex: fenilcetonúria (fenilalanina

hidroxilase); doença de von Gierke (glicose-6-fosfatase hepática)

- condições anormais podem ser causadas pela

atividade excessiva de uma enzima;

- medidas da atividade de enzimas no plasma

sangüíneo, eritrócitos ou amostras de tecido são

importantes no diagnóstico de várias doenças; VER

- muitos fármacos exercem seu efeito biológico por

meio de interações com as enzimas.

Enzimas na Clínica

As enzimas podem ser utilizadas nas Análises Clínicas de 2 formas

principais:

• Como reagentes altamente específicos e sensíveis em reações

colorimétricas quantitativas

• Como indicadoras de lesão celular e tecidual: o extravasamento de

enzimas do meio intra para o meio extracelular leva a um aumento da

atividade destas no sangue; esta atividade pode ser medida e fornece

importante informação diagnóstica e de evolução de um quadro clínico. Aimportante informação diagnóstica e de evolução de um quadro clínico. A

distribuição órgão-específica de algumas destas enzimas permite a

localização da lesão com bastante precisão.

Exemplos de doenças que podem ser diagnosticadas eacompanhadas enzimaticamente são:

• Infarto Agudo do Miocárdio (Creatina quinase, Lactato desidrogenase)

• Hepatite (Transaminases: ALT, AST)

• Pancreatite (Amilase, Lipase)

• Câncer de próstata (Fosfatase ácida prostática) VOLTAR

Nomenclatura das enzimas

Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática:

• Nome Oficial: Mais complexo, nos dá informações

precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex:

ATP:Glicose:Fosfo-Transferase

EC X.X.X.X (Enzyme Commission)

• Nome Clássico: Mais curto e utilizado no dia a dia de

quem trabalha com enzimas; utiliza o sufixo "ase" para

caracterizar a enzima. Ex: Urease, Hexoquinase,

Peptidase, etc.

• Nome Trivial: Consagrados pelo uso. Ex: Tripsina,

Pepsina, Ptialina.

ENZIMAS

- urease = catalisa a hidrólise da uréia

Muitas enzimas são nomeadas pela adição do

sufixo “ase” ao nome do seu substrato, ou à palavra

ou frase que descreve sua atividade:

- DNA polimerase = catalisa a polimerização dos

nucleotídeos para formar o DNA

ENZIMAS

Classificação das Enzimas

As enzimas são divididas em seis grandes classes,

cada uma com subclasses, de acordo com o tipo de

reação que catalisam:

Classe 1: Óxido-redutases → transferência de elétrons (íons

hidreto ou átomos de H). Ex: desidrogenases, redutases, oxidases e

peroxidases.

* Oxidação do etanol pela álcool desidrogenase.

Classe 2: Transferases → reações de transferência de grupos.

Ex: quinases, transcarboxilases e aminotransferases.

* Reação catalisada por uma aminotransferase.

Classe 3: Hidrolases → reações de hidrólise. Ex: amilase, urease,

pepsina, tripsina, quimotripsina e várias peptidases e esterases.

Classe 4: Liases → adição de grupos às duplas ligações ou

formação de duplas ligações por meio de remoção de grupos.

* A reação da fumarase.

Classe 5: Isomerases → transferência de grupos dentro da mesma

molécula para formar isômeros.

Classe 6: Ligases → reações de síntese, onde duas moléculas são

unidas, às custas de uma ligação fosfato de alta energia do ATP.

* Reação da piruvato carboxilase.

ENZIMAS

Como as enzimas funcionam?

- as enzimas aceleram a velocidade das reações

por diminuir sua energia de ativação: vídeo

A combinação do substrato com a enzima cria uma nova via de

reação que tem um estado de transição de menor energia do

que na ausência do substrato. vídeo

ENZIMAS

- o centro ativo é formado por resíduos de aminoácidos e

constitui uma cavidade com forma definida, que permite à

Interação enzima-substrato:

- a ligação com o substrato dá-se em uma região

pequena e bem definida da enzima, chamada centro

ativo (ou sítio ativo);

constitui uma cavidade com forma definida, que permite à

enzima “reconhecer” seu substrato; vídeo

- uma molécula, para ser aceita como substrato, deve ter

a forma espacial adequada para alojar-se no centro ativo

e grupos químicos capazes de estabelecer ligações com

os radicais do centro ativo;

vídeo

ENZIMAS

Interação enzima-substrato:

* a relação substrato-enzima não deve ser entendida

como um modelo rígido de chave-fechadura (este modelo

exemplifica a especificidade de uma enzima pelo seu

substrato, mas não explica toda a complexidade da

relação estabelecida entre eles durante a catálise);

- na verdade, a aproximação e a ligação do substrato

induz na enzima uma mudança conformacional,

tornando-a ideal para a catálise (modelo do ajuste

induzido)

relação estabelecida entre eles durante a catálise);

Modelo da chave-fechadura.

Modelo do ajuste induzido e tensão do substrato:

a) Aproximação entre substrato e enzima induz a formação do sítio

ativo.

b) Tensão no substrato induzida pela ligação do substrato à

enzima, contorce os ângulos normais de ligação e “ativa” o

substrato.

ENZIMAS

Fatores que interferem na atividade enzimática:

- a estrutura e a forma do centro ativo são uma

decorrência da estrutura tridimensional da enzima e

podem ser afetadas por quaisquer agentes capazes de

- portanto, a atividade enzimática é dependente das

características do meio, principalmente do pH e da

temperatura;

podem ser afetadas por quaisquer agentes capazes de

provocar mudanças conformacionais na proteína;

Velocidade de formação do produto

As enzimas têm um pH ótimo (ou um intervalo de pH) no qual a sua

atividade é máxima: em um pH maior ou menor, a atividade diminui.

Velocidade de formação do produto

Velocidade de formação do produto

Velocidade de formação do produto

Fosfatase alcalina:

pH ótimo = 10

Como ocorre com a maioria das reações químicas, a velocidade da reação

enzimática, que a 0°C apresenta valores próximos de zero, é favorecida pela

elevação da temperatura.

* O gradativo aumento da velocidade só se verifica enquanto a enzima

conservar a sua estrutura nativa.

ENZIMAS

Inibidores Enzimáticos:

- a atividade enzimática pode ser diminuída por várias

substâncias (constituintes normais ou estranhas às

células) provocando alterações significativas no

organismo;

- os inibidores normalmente encontrados nas células

constituem um mecanismo importante de controle da

atividade enzimática;

- o uso in vitro de inibidores tem trazido um grande

conhecimento sobre a estrutura das enzimas, a

organização do centro ativo e o mecanismo de catálise.

ENZIMAS

- as propriedades tóxicas de muitos inibidores possibilita

Inibidores Enzimáticos:

- muitos medicamentos de uso na prática terapêutica

baseiam suas propriedades na inibição específica de

certas enzimas;

- as propriedades tóxicas de muitos inibidores possibilita

também o seu emprego no combate contra insetos

(inseticidas);

*os inibidores enzimáticos podem ser agrupados em

duas categorias, de acordo com a estabilidade de sua

ligação com a molécula de enzima, em inibidores

reversíveis e irreversíveis.

ENZIMAS

Inibidores Enzimáticos:

-os inibidores reversíveis são divididos em dois grupos:

os competitivos e os não-competitivos, baseando-se na

competição (ou não) entre o inibidor e o substrato pelo

centro ativo da enzima;

* Os inibidores competitivos competem com o substrato pelo centro* Os inibidores competitivos competem com o substrato pelo centro

ativo da enzima por apresentarem configuração espacial semelhante

à do substrato:

ENZIMAS

Inibidores Enzimáticos:

* Um exemplo clássico de inibição competitiva é a ação do malonato

sobre a reação catalisada pela succinato desidrogenase:

ENZIMASInibidores Enzimáticos:

* Os inibidores não-competitivos não possuem qualquer semelhança

estrutural com o substrato da reação que inibem e seu efeito é

provocado pela ligação a radicais não pertencentes ao centro ativo.

*Ex: metais pesados como Hg2+, Pb2+ e Ag2+, que reagem com os

grupos -SH das proteínas.

ENZIMAS

Inibidores Enzimáticos:

-os inibidores irreversíveis reagem quimicamente com as

enzimas, levando a uma inativação praticamente

definitiva;

Ex: compostos organofosforados→ formam ligações covalentes comEx: compostos organofosforados→ formam ligações covalentes com

o grupo -OH de resíduos de serina

Aspirina → transfere seu grupo acetil para o grupo -OH de um

resíduo de serina na molécula da ciclooxigenase, inativando-a

Penicilina → liga-se especificamente as enzimas da via de síntese

da parede bacteriana, tornando-as susceptíveis à lise

ENZIMASRegulação da atividade enzimática:

* Basicamente, existem dois mecanismos para a regulação da

atividade enzimática:

1. Controle da disponibilidade de enzimas exercido sobre as

velocidades de síntese e de degradação das enzimas que

determinam sua concentração celular;determinam sua concentração celular;

2. Controle da atividade da enzima, efetuado por mudanças

estruturais da molécula enzimática e que redundam em alterações

da velocidade de catálise.

*Este efeito pode ser exercido mediante união não-covalente de

moduladores (enzimas alostéricas), ou por modificação covalente da

enzima.

ENZIMASRegulação da atividade enzimática:

* As enzimas alostéricas funcionam por meio de ligação não-

covalente de compostos reguladores chamados moduladores

alostéricos.

* As enzimas alostéricas sofrem mudanças conformacionais em

resposta à ligação do modulador:

ENZIMASRegulação da atividade enzimática:

* A etapa reguladora em muitas vias metabólicas é catalisada por

uma enzima alostérica.

* Em alguns sistemas multienzimáticos, a enzima reguladora é

inibida pelo produto final da via sempre que a sua concentração

exceder as necessidades celulares:

*Inibição por feedback.

ENZIMASRegulação da atividade enzimática:

* Algumas enzimas reguladoras sofrem modificação covalente

reversível.

* Entre os grupos modificadores estão: fosfato, adenosina

monofosfato, uridila monofosfato, adenosina difosfato ribose e

grupos metila:

ENZIMASRegulação da atividade enzimática:

* Algumas enzimas são sintetizadas em uma forma inativa, o

zimogênio.

* Para que o zimogênio adquira as propriedades de enzima, é

necessário que haja hidrólise de determinadas ligações peptídicas e

conseqüente remoção da cadeia de aminoácidos.

ENZIMASCofatores são imprescindíveis para a atividade de algumas enzimas:

* Muitas enzimas necessitam da associação com outras moléculas

ou íons para exercer seu papel catalítico.

* Esses componentes da reação enzimática são genericamente

chamados cofatores, os quais podem ser íons metálicos (Ca, Mg,

Mn, Fe, Cu, Ni, Co, Zn, Se e outros) ou moléculas orgânicas, não-

protéicas (coenzimas).protéicas (coenzimas).

Estes cofatores não estão ligados permanentemente à molécula da

enzima mas, na ausência deles, a enzima é inativa;

A fração protéica de uma enzima, na ausência do seu cofator, é

chamada de APOENZIMA;

Enzima + Cofator, chamamos de HOLOENZIMA.

ENZIMASCofatores são imprescindíveis para a atividade de algumas enzimas:

* As enzimas que precisam de íons são chamadas metaloenzimas.

*Exemplos de metaloenzimas e seus correspondentes íons:

-Anidrase carbônica (Zn2+)

-Piruvato quinase (K+ , Mg2+)-Piruvato quinase (K , Mg )

-ATPase (Na+ , Mg2+)

-Urease (Ni2+)

* Papel do Mg na atividade da hexoquinase: o Mg

fica coordenado com o ATP, “enfraquecendo” a

ligação fosfato terminal do ATP, facilitando a

transferência do fosfato à glicose.

*Funções do Zn na

anidrase carbônica: o

Zn ligado à enzima

gera um próton e uma

hidroxila a partir da

água, que são então

adicionados ao CO2.

Zn2+ no mecanismo de reação da carboxipeptidase A. Zn2+ ligado a enzima gera uma hidroxilanucleofílica a partir de água ligada, que ataca a carbonila da ligação peptídica, como indicadopela seta. Glu 270 ajuda por puxar o próton da água ligada ao zinco. (Redesenhado de Lipscomb,W. N. Robert A. Welch Found. Conf. Chem. Res. 15:140, 1971)

As coenzimas são geralmente derivadas de alguma vitamina hidrossolúvel:

* Nicotinamida adenina dinucleotídeo

(NAD+)