Enzimas - Instituto de Química Enfermagem/Aula_5_Enzimas.pdf · Inibidores enzimáticos são...
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Estrutura Função
1. Função proteica envolve a ligação reversível com outras moléculas. A molécula que se liga reversivelmente à proteina→ LIGANTE
2. O ligante se liga na proteína e um sítio específico, chamado SÍTIO DE LIGAÇÃO. Sítio de ligação: complementar ao ligante em tamanho, forma, carga, hidrofilicidade/hidrofobicidade, “específico”
3. A adaptação estrutural resultante da ligação da proteína aoligante→ “Adaptação Induzida” ou “Encaixe Induzido”.
4. No caso da ENZIMA,
Ligante = Substrato
Sítio de ligação = Sítio Ativo, Sítio Catalítico
Enzimas
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1. Duas condições fundamentais para a vida :
(1) capacidade de se autoreplicar
(2) capacidade de catalisar reações químicas eficiente e
seletivamente
Ex. : Açúcar pode ser estocado por anos, mas no organismo ele
libera energia química em segundos “ catálise”
Introdução
Energia
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 2870 kJ of energy
“ ENZIMAS” - Proteínas altamente especializadas que
possuem as seguintes propriedades:
Eficiência catalítica extraordinária
Alto grau de especificidade
Podem ser reguladas
Enzimas
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Eficiência Catalítica
Eficiência catalítica: enzimas são catalizadores capazes de aumentar enormemente a velocidade de reações químicas específicas sem serem consumidos no processo.
Sítio Ativo: Região específica, em forma de fenda ou bolso, ondecadeias laterais de aminoácidos criam um ambientetridimensional complementar ao substrato.
Quimotripsina
SÍTIO ATIVO
SUBSTRATO (ligante)
Especificidade
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A concentração e a atividade da enzima podem ser reguladas.
Regulação
Isso permite que a célula ajuste o metabolismo de acordo com as necessidades.
Regulação da expressão gênica
- pH, temperatura
-Interação com moduladores/reguladores
-Interação com inibidores
São classificadas de acordo com o tipo de reação que catalisam
Classificação
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Algumas enzimas precisam de outras moléculas além da proteína
para sua atividade enzimática.
Grupos Prostéticos
Cofatores : compostos inorgânicos
Cofatores e Coenzimas
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Cofatores e Coenzimas
Cofatores : compostos orgânicos
Enzimas: Como funcionam?
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A função termodinâmica denominada de energia livre (G) é importante
para compreender como as enzimas trabalham.
Enzimas diminuem a energia de ativação
Parâmetros termodinâmicos que deve-se considerar:
1) A variação de energia livre (∆G) entre produtos e reagentes. ∆G: indica
a espontaneidade da reação
2) A energia necessária (energia de ativação) para iniciar a conversão dos
reagentes em produtos. Determina a velocidade da reação
Energia Livre de Ativação
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O Sítio Ativo funciona como um “molde molecular flexível”, que se liga ao substrato em uma estrutura geométrica similar ao estado de transição…
Glicose
Sítio de Ligação do Substrato“SÍTIO ATIVO”
A ligação do substrato ao sítio ativo induz alterações na conformação da proteína,
amoldando sua estrutura e a do substrato de modo a favorecer a catálise.
Estabilização do estado de transição
Cinética
Enzimática
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“Estuda o mecanismo de reações catalisadas
enzimaticamente através do estudo da
velocidade da reação enzimática e como
ela se altera em função de mudanças nos
parâmetros experimentais”
Cinética Enzimática
Fatores que afetam a velocidade da reação
enzimática:
Cinética Enzimática
Concentração do Substrato
Temperatura
pH
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1913: Teoria geral da ação das enzimas (Michaelis&Menten)
1. Inicialmente a enzima (E) se combina reversivelmente
com o substrato (S) para formar o complexo ES, um
passo relativamente rápido;
2. A seguir, o complexo ES se rompe liberando o produto
(P) e regenerando a enzima livre (E) - uma etapa lenta.
ETAPA LIMITANTE DA REAÇÃO!
1913: Teoria geral da ação das enzimas (Michaelis&Menten)
E + S ⇌ ES E + P1 2
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1. A [S] é muito maior do que a [E]
2. [ES] não varia com o tempo, isto é a velocidade de formaçãode ES é igual ao da degradação (“Estado Estacionário”).
3. Velocidade inicial: As velocidades iniciais (V0) são utilizadas naanálise de reações enzimáticas. A Velocidade é medida assimque o substrato é adicionado.
Equação de Michaelis-Menten
As seguintes considerações são feitas ao derivar-se a equação de Michaelis & Menten:
E + S ⇌ ES E + P1 2
Onde:
Vo: velocidade no tempo inicial quando a [S] >>> [E]
Vmax: V máximo
[S]: concentração do substrato
Km: constante de Michaelis
Equação de Michaelis-Menten
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E + S ↔ ES ↔ E + P
[S] >>Km: Enzima está saturada com S (todas as enzimas econtram-secomplexadas com o substrato). A velocidade independe da [S]
[S] << Km: Grande quantidade de enzimas livres. A velocidade é proporcional à [S].
Efeito da [S] sobre a Velocidade da Reação (Vo)
Transformação da equação de Michaelis e Mentem
Gráfico dos Duplos-Recíprocos (Equação de Lineweaver- Burk)
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Km
• KM = [S] quando vo = 1/2 Vmax .
• Em geral, quanto menor o KM, mais forte é ligação do
substrato pela enzima.
• KM é usado como uma medida da afinidade da
enzima pelo substrato
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1. Importância Farmacêutica do estudo da inibição enzimática
Inibidores enzimáticos são agentes moleculares que interferem na
catálise, diminuindo a velocidade da reação… esse é o mecanismo de
ação da grande maioria de agentes farmacêuticos.
Ex. : Aspirina→ Inibidor da síntese de Prostaglandinas → Antiinflamatório
2. Classificação:
1) Inibição Reversível: Inibição Competitiva
Inibição Não-Competitiva
Inibição Inconpetitiva
Inibição Mista
2) Inibição Irreversível
Inibição da Atividade Enzimática
Inibição Competitiva
Inibidor compete (reversívelmente) com o substrato pelo sítio ativo
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Cinética na presença de [I] crescentes
1. Vmax → não se altera
2. Km → aumenta
Inibição Competitiva
[I]
5[I]
10 [I]
Exemplos: Intoxicação por Metanol
Desidrogenase alcoolica converte metanol em formaldeído (tóxico!) que
pode resultar em cegueira.
Tratamento: ETANOL
O etanol compete com o metanol pelo sítio ativo da enzima
Inibição Competitiva
Exemplos: Fármacos que reduzem o colesterol
- Lovastatina compete com a HMG-CoA pelo sítio ativo da HMG-CoA
Redutase
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Inibidor e substrato ligam-se a sítios diferentes!
Inibição Não-Competitiva
1. Vmax → diminui2. Km → não se altera
Inibição Não-Competitiva
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Inibidores irreversíveis LIGAM-SE COVALENTEMENTE à enzima
São úteis como ferramentas no estudo de mecanismo de reação,
principalmente para a identificação de aminoácidos importantes para a
catálise no sítio ativo.
Quimotripsina
(Diisopropylfluorophosphate)
Ligação covalente
Inibição IRREVERSÍVEL