O que são enzimas? - Unesp · enzimas, formando um complexo irreversível. Uma das enzimas...
Transcript of O que são enzimas? - Unesp · enzimas, formando um complexo irreversível. Uma das enzimas...
O que são enzimas?
Catalizadores biológicos
- Aceleram reações químicas específicas sem
a formação de produtos colaterais
Reagentes = substratos
Local onde a reação ocorre = sítio ou centro
ativo
S + E ES EP P + E
Características das enzimas
2 - Funcionam em soluções aquosas diluídas,
em condições muito suaves de temperatura e
pH (mM, pH neutro, 25 a 37oC) Pepsina estômago – pH 2
Enzimas de organismos hipertermófilos (crescem em
ambientes quentes) atuam a 95oC
1 - Grande maioria das enzimas são proteínas (algumas moléculas de RNA tem atividade catalítica – ribozimas)
3 - Apresentam alto grau de especificidade por
seus reagentes (substratos)
Região da enzima
onde ocorre a
reação = sítio ativo
Molécula que se
liga ao sítio
ativo e que vai
sofrer a ação da
enzima =
substrato
4 - Peso molecular: varia de 12.000 à 1 milhão
daltons (Da), são portanto muito grandes
quando comparadas ao substrato.
glicose
hexoquinase
catalase
Tetrâmero – 60KDa ~
500aa
98000 Da 920aa
5 - A atividade catalítica das Enzimas depende
da integridade de sua conformação protéica
nativa – local de atividade catalítica (sítio
ativo)
Sítio ativo e toda a molécula proporciona um
ambiente adequado para ocorrer a reação
química desejada sobre o substrato
Nomes comuns de enzimas
Normalmente se adiciona o sufixo ase ao
nome do substrato ou à atividade
realizada:
Amilase – hidrolisa o amido
Amido sintetase – síntese do amido
DNA-polimerase – polimeriza DNA
Transaminase ou aminotransferase
Hidrolase
Classificação das enzimas
Comitê de Nomenclatura da União Internacional
de Bioquímica e Biologia Molecular
http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/
6 Classes de acordo
com o tipo de
reação/função
Como as enzimas agem?
Enzimas fornecem um ambiente
específico para tornar uma reação
biológica termodinamicamente
mais favorável.
As enzimas aumentam a
velocidade das reações
químicas diminuindo a
energia de ativação da reação
As enzimas aumentam a velocidade das reações
diminuindo a energia de ativação das reações
Energia de ativação é dada pela diferença energética
entre o estado fundamental e o de transição
Várias ligações e interações entre os resíduos de
aminoácidos do centro ativo e o substrato proporcionam a
ocorrência da reação química necessária – aumentando a
velocidade da reação química
Como as enzimas diminuem a energia de ativação?
Direcionam o
substrato para a
posição adequada
dos grupos reativos
Proporciona a
associação e a aquisição
de cargas elétricas
importantes para a
reação
Substrato posicionado no sítio ativo da enzima: grupos
catalíticos funcionais auxiliam a quebra e a formação de
ligações por meio de uma variedade e mecanismos
Três tipos de mecanismos catalíticos:
Catálise ácido-base geral
Catálise covalente
Catálise por íons metálicos
Substrato posicionado no sítio ativo da enzima:
grupos específicos (grupos catalíticos) auxiliam
a quebra e a formação de ligações por meio 3
tipos de mecanismos
Aminoácidos que
recebem ou doam
prótons nos
centro ativos das
enzimas
Esse tipo de catálise ocorre na maioria das enzimas
Isso explica a
dependência do
pH na atividade
das enzimas
Catálise ácido-base geral (transferência de prótons de
um substrato ou de um intermediário)
Catálise covalente (formação de ligação covalente
transitória entre o substrato e a enzima)
exemplo: reação de hidrólise ocorre em dois passos
Nesse tipo de catálise o íon (zinco, magnésio, cobre
ou cálcio) estão ligados a aminoácidos do centro
ativo e participam da catálise orientando o substrato
ou estabilizando o complexo ES eletricamente.
Catálise por íons metálicos (íons metálicos ligados às
enzimas auxiliam a reação)
Reação do CO2 com
H2O – anidrase
carbônica
Vários fatores afetam a velocidade de uma reação enzimática:
pH
O pH pode influenciar
a atividade de uma
enzima através de
maneiras distintas.
Primeiramente, o pH
pode levar à
desnaturação proteica.
O pH também pode interferir na atividade de
uma enzima alterando o padrão de cargas de um
determinado sítio ativo ou catalítico, ou alterando
a conformação geral da proteína.
Temperatura
A temperatura pode interferir nas interações que mantém
as estruturas secundárias e terciárias (ligações de
hidrogênio e interações hidrofóbicas), podendo levar à
desnaturação protéica.
O aumento de
temperatura aumenta
a taxa de reação
enzimática devido ao
aumento de energia
cinética das
moléculas
participantes da
reação.
Curva que relaciona [S] e V0 é uma hipérbole, concentrações
mais baixas aumento linear da velocidade, concentrações mais
altas velocidade atinge um valor máximo
Concentração do Substrato
Concentrações
baixas de
substrato ocorre
aumento linear
entre
Velocidade(V0) e o
Substrato [S]
[S] V0
aumenta cada vez
menos até atingir
um patamar (Vmax)
Curva relacionando [S] e V0 pode ser expressa algebricamente
Constante de Michaelis
Equação de Michaelis-Menten
O que é Km ?
É a concentração
do substrato
onde se obtém
metade da
velocidade
máxima da reação
O Km é específico
para cada enzima e
substrato
O Km não varia com a concentração da enzima e sugere
a afinidade da E pelo S
Baixo Km alta afinidade Alto Km baixa afinidade
Transformações da equação de Michaelis-Menten
Equação de Lineweaver-Burk ou duplo-recíproco
Inversão dos dois lados da equação de Michaelis-Menten
Separação dos componentes do lado direito.
Equação de Michaelis-Menten
Equação de Lineweaver-Burk ou duplo-recíproco
Km
1 y a x b = +
inverter
Separar
componentes e
resolver
y=0
x = 0
a = coeficiente angular
b = coeficiente linear
Com essa transformação matemática
passa-se a trabalhar com uma reta e
não com uma hipérbole, mais fácil.
A atividade de todas as enzimas pode ser
inibida por determinadas moléculas
Inibidores enzimáticos
São moléculas que interferem com a
catálise diminuindo ou interrompendo a
reação enzimática
Como são classificados os inibidores de
acordo com seu mecanismo de ação?
Reversíveis Irreversíveis
Inibição competitiva
Inibição incompetitiva
Inibição mista ou não competitiva
Como eles atuam?
Reversíveis - Inibição competitiva
Inibidor tem estrutura molecular semelhante à do substrato
Inibidor compete com o substrato pelo sitio ativa da enzima
[S] deslocar inibidor do sítio ativo e manter Vmax
Enzima que realiza o
primeiro passo da
síntese de colesterol
Substrato da enzima (3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA)
Droga para combater o
aumento de colesterol
endógeno (inibidor)
Estrutura similar
O glifosato mata as plantas por inibir competitivamente a enzima 5-
enolpiruvoil-shikimato-3-fosfato sintetase (EPSPS), que sintetiza os
aminoácidos aromáticos: fenilalanina, tirosina e triptofano.
A EPSPS catalisa a reação do shikimato-3-fosfato (S3P) e do
fosfoenolpurivato (PEP) para formar EPSP e fosfato.
Reversíveis - Inibição incompetitiva
Inibidor se liga em
um sítio diferente
do centro ativo,
impede a reação
do complexo ES e
formação do
produto.
Independente da concentração do substrato o Km e a
Vmax estão alterados, diminuem.
Reversíveis - Inibição mista e não competitiva
Inibidor se liga tanto
ao complexo ES
como à enzima, em
um sítio diferente do
centro ativo
O Vmax é alterado e o Km pode (mista) ou não (não
competitiva) se alterar
Inibição irreversível
Inibidor se liga de maneira estável ou covalente
com um grupo funcional importante para a
atividade enzimática
Utilizados experimentalmente para definir os
aminoácidos essenciais do centro ativo das
enzimas
Inativar determinadas enzimas em situações
biológicas importantes
Reagem com o resíduo de serina no sitio ativo das serino-
enzimas, formando um complexo irreversível.
Uma das enzimas altamente sensível a esses compostos é
a acetilcolinesterase, responsável pela metabolização do
neurotransmissor acetilcolina em neurônios centrais e
periféricos (envenenamento por organofosforados)
Sintomas – depressão respiratória, letargia, convulsões, coma
Este é o mecanismos de ação dos inseticidas
organofosforados, como o malathion e o parathion.
Absorção via pele, inalação e ingestão alimentos contaminados.
Metabolismo hepático lento - intoxicação
•Regulam a velocidade das reações metabólicas
•São reguladas por determinados sinais moleculares
•Tipos:
Enzimas alostéricas
Enzimas reguladas por modificações
covalentes reversíveis
Enzimas reguladas por proteólise
Sofrem modificações
conformacionais em
resposta à ligação do
modulador (positivo ou
negativo)
Enzimas alostéricas
•Possui sítios reguladores
para a ligação do
modulador especifico
•Maiores e mais
complexas que as não
alostéricas (mais que uma
cadeia polipeptídica)
Enzimas reguladas por modificações
covalentes reversíveis
•Diferentes grupos
podem se ligar á
molécula
enzimática e
regular sua
atividade
•Grupos ligados
covalentemente e
removidos pela
ação de outras
enzimas
Menos ativa Mais ativa
Enzimas reguladas por proteólise
Enzimas proteolíticas – mecanismo de
proteção/regulação
Enzima inativa
Fatores externos
(autólise ou ação
de outra protease)
Parte da cadeia é
retirada e a enzima
muda sua
conformação
expondo o sítio ativo