Sebente Bioquímica parte1

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BioqumicaIApontamentos

adaptadoaPCporjisnunesdooriginalmanuscritodeInsCunha(matriasat1Frequncia;paraa2frequnciaexiste umasebentaaPCde20082009)

A M II N O C II D O S AM NOC DOSOs aminocidos so a unidade bsica das protenas. Apresentam um grupo amina e um grupo carboxlico, variando entre si devido composio do grupo R. Existem apenas 20 tipos de aminocidos nas protenas e denominam-se -aminocidos, j que o grupo amina est localizado adjacentemente ao carbono . O carbono dos aminocidos quiral, excepto para a glicina (aminocidos mais simples). Como tal, existem enantimeros L e D, quando o grupo amina estado lado esquerdo ou direito do carbono quiral, respectivamente. Nas protenas existe apenas L-aminocidos, contudo na natureza existem ambos os tipos.

excepo da glicina, os aminocidos so compostos opticamente activos, formando enantimeros. L-aminocido D-aminocido

Os aminocidos agrupam-se em 5 classes consoante a composio e a polaridade do grupo R: no polares alifticos, no polares aromticos, polares no carregados, polares carregados positivamente e polares carregados negativamente. No polares alifticos No polares aromticos

A tirosina resulta da hidroxilao da fenilalamina, pois diferem apenas por um grupo OH. Todos estes aminocidos tm anis aromticos que os incluem nesta classe, mas o triptofano contm ainda um anel indlico.

Polares no carregados O grupo dos aminocidos polares no carregados apresenta grupos polares como -OH, -SH, -NH2 (). O aminocido L-prolina tem a particularidade de ter o grupo amina incorporado num anel, chamando-se por isso iminocido. Este anel torna a prolina um aminocido rgido. Estes aminocidos foram ligaes de hidrognio, so mais solveis em gua e mais hidroflicos. Polares carregados positivamente A histidina contm um anel imidazlico. Pensa-se que h um equilbrio e a carga fica repartida. Da que apesar de no aparentar ter ionizao, na realidade tem e, como tal, inesperado no grupo dos aminocidos carregados positivamente.

Polares carregados negativamente Tanto o cido asprtico como o cido gutmico resultam da hidrlise cida da asparagina e da glutamina, respectivamente.

Particularidades do grupo R dos aminocidos As caractersticas dos grupos R dos aminocidos, nomeadamente o tamanho, a carga e a estrutura, condicionam as propriedades dos aminocidos que as contm. A cistena (Cys, C) por exemplo, apresenta no grupo R um por SH, que permite que este aminocido entre facilmente em reaces redox para originar num novo aminocido, chamado cistina.

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As pontes de enxofre so muito resistentes. Como o interior da clula um meio pouco agressivo, as protenas intracelulares no formam pontes de enxofre, mas protenas que vo ser transportadas para o meio extracelular tm que ser mais resistentes, j que vo para um meio agressivo. Assim, as protenas que se destinam a ir para fora da clula tm geralmente pontes de enxofre. Tanto a glicina (Gly, G) como a prolina (Pro, P) so aminocidos importantes na conformao das protenas, por razes totalmente opostas. A glicina um aminocido muito flexvel, enquanto que a prolina o aminocido mais rgido, estando no extremo oposto da glicina. Como j foi referido, a sua rigidez resulta da presena do grupo amina no anel. Depois de incorporados nas protenas, os aminocidos podem ser modificados. A isto se chamam modificaes ps-tradutrias. o caso da OHprolina (evidenciado ao lado), OH-lisina, entre outras. Alm dos 20 aminocidos das protenas, existem outros que no so encontrados nestas. Temos como exemplos a ornitina e a citrulina, aminocidos do ciclo da ureia.OH-prolina

ornitina

citrulina

Os aminocidos aromticos (fenilalanina (Phe, F), tirosina banda (Tyr, UV e Y) e triptofano (Trp, W)) a apresentam determinados propriedades espectroscpicas, absorvendo radiao na emitindo fluorescncia comprimentos de onda () de radiao. Estas caractersticas so importantes para fazer a sua identificao. Resultam da presena de anis aromticos. Os de absoro variam com a polaridade do meio.

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Propriedades anfotricas dos aminocidos A pH neutro, os aminocidos em soluo existem na forma de zwitter-io (io dipolar), ou seja, a sua carga global 0. Em meios cidos fornece protes e adquire cargas positivas, enquanto que em meios bsicos aceita protes, ficando com cargas negativas. Conclui-se ento que os aminocidos so espcies anfotricas, o que nos permite traar curvas de titulao. Ponto isoelctrico ponto em que o aminocido tem carga elctrica 0. Corresponde forma de zwitter-io.

Regra geral, os aminocidos tm 2 pK pelo menos, correspondentes aos 2 estados de ionizao possveis. Alguns aminocidos tm mais estados de ionizao e, como tal, mais do que 2 pK. Para um aminocido com 2 pK, o ponto isoelctrico dado pela mdia aritmtica dos dois.

Quando esto presentes mais do que dois grupos ionizveis, inicia-se com a forma completamente protonada do aminocido (aa) e determina-se a carga. Retira-se o 1 proto, que obrigatoriamente o do grupo carboxlico (-COOH -COO-). Se o grupo R do aa for protonado, este proto o 2 a ser removido. Por fim, removido o proto do grupo -amina. Para o ponto isoelctrico entram os pK que ionizam a espcie zwitter-inica, os restantes so desprezados. A histidina o nico aa que no segue a norma das protonaes. Para este, o 1 a desprotonar o grupo R, depois o carboxlico e por fim o -amina. Exemplo: Determinar o ponto isoelctrico da lisina (Lys, K) pK1 = 2,2 pK2 = 8,9 pK3 = 10,5

(forma + protonada)

(zwitter-io)

Os pK que ionizam o zwitter-io so pK2 e pK3, logo o ponto isoelctrico : pK2 + pK3 = 2 8,9 + 10,5 2

pI =

= 9,7

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- Aminocidos no essenciais = aminocidos que conseguimos sintetizar. - Aminocidos essenciais = aminocidos que o nosso organismo incapaz de sintetizar por si. Como tal, para obt-los, temos que recorrer alimentao.*A arginina (Arg, R) um aminocido essencial em jovens, mas no no adulto.

Ligao peptdica O grupo carboxlico de um aminocido e o grupo amina de outro podem reagir entre si atravs de uma reaco de condensao, com a perda de uma molcula de gua. Desta reaco forma-se uma ligao peptdica que une os 2 aminocidos. A reaco sempre de um grupo carboxlico do 1 aminocido para um grupo amina do 2 aminocido. nesta direco que a protena sintetizada. A ligao peptdica uma ligao covalente mas tem carcter de dupla ligao. Por este motivo, entra facilmente em ressonncia e uma ligao rgida.

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P R O T E N A S PROTE NASAs protenas so polmeros formados por cadeias polipeptdicas cujas unidades funcionais so os aminocidos. Cada protena tem em mdia 200-500 aminocidos. Os aminocidos que compem uma protena chamam-se normalmente resduos. A massa molecular das protenas expressa-se em Daltons (1 aa 110 Da). A ordem pela qual os 20 aminocidos esto presentes numa protena determina a sua conformao tridimensional e esta, por sua vez, condiciona a funo da protena.

Nvel de organizao estrutural

1 Estrutura primria A estrutura primria resulta de ligaes peptdicas (covalentes) entre os vrios aminocidos. Como a ligao peptdica tem carcter de dupla ligao, ou seja, coplanar e rgida, reduz a mobilidade da cadeia. A forma trans da ligao mais frequente do que a forma cis, pois nesta h impedimentos estreos. A forma cis s mais estvel quando um dos aminocidos a prolina (Pro, P), devido sua rigidez. A liberdade rotacional da estrutura primria est condicionada pelos ngulos de toro ( e ).

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- Grficos de Ramachandran = grficos de em funo de que tm registado valores de ngulos de toro calculados teoricamente. Neste grfico surgem zonas escuras que correspondem aos ngulos mais provveis para os quais no existe impedimento estreo. Estes grficos tornam-se importantes quando queremos conhecer qual a estrutura secundria que a protena poder adquirir. 2 Estrutura secundria A estrutura secundria surge na protena regularmente e resulta das propriedades da ligao peptdica (ngulos de toro e caractersticas coplanares) e possveis interaces entre os tomos constituintes da cadeia polipeptdica. Existem 4 tipos de estruturas secundrias: hlices , hlices , voltas ou loops e random coil. Hlice As hlices so o tipo de estrutura secundria mais abundante e formam-se quando surgem aminocidos que permitem ngulos de -60 e de -50. As ligaes de hidrognio entre o grupo C=O de cada resduo de aa e grupo NH do 4 resduo de aa repetem-se periodicamente originando uma conformao helicoidal. Todos os resduos, excepto o primeiro e o ltimo, esto envolvidos em ligaes de H ou ligaes intracatenrias. Nesta conformao existem extremidades polares, cerca de 3-6 resduos por volta e os grupos R orientam-se para fora da hlice, o que provoca o aparecimento de interaces que podem estabilizar ou no a hlice. As pores mais hidroflicas voltam-se para fora, enquanto que as mais hidrofbicas voltam-se para dentro. Os aa mais provveis para o aparecimento desta estrutura so a Ala, Glu, Leu e Met, e os menos favorveis so a Pro, Gly, Tyr e Ser, visto interferirem com a estabilidade da hlice. As hlices podem enrolar para a direita ou para a esquerda, mas o enrolamento mais comum para a direita. Desta regra geral exceptuam-se as protenas fibrosas que tendem a enrolar para a esquerda. Cadeia Nas cadeias os ngulos de toro adquirem uma posio mais estendida, o que impede a formao de ligaes de hidrognio intracatenrias. Os ngulos de toro caractersticos desta estrutura so de -140 e de -130. Cada cadeia formada por 5-10 resduos de aminocidos. Os grupos R encontram-se orientados para fora da cadeia em direces opostas (no h interaces). As cadeias tm potencial para serem anfipticas (face polar e face apolar). Consoante a orientao das suas vrias cadeias polipeptdica, as cadeias podem apresentarse sobre folha antiparalela ou folha paralela. Nas antiparalela, as cadeias polipeptdicas dispe-se.... 7 | P g i n a d e 55

em sentidos contrrios, havendo formao de ligaes de hidrognio entre C=O e NH das diferentes cadeias, ligaes essas mais curtas do que na hlice . Nas paralelas, as cadeias polipeptdicas dispe-se na mesma direco, formando contudo ligaes de H mais longas, que so consequentemente mais fceis de quebrar. Em ambos os tipos de folha existe uma toro natural.

Voltas ou Loops Cerca de 1/3 dos resduos de uma protena constituem as voltas ou loops, que so estruturas que se caracterizam por alterar a direco da cadeia polipeptdica. Estas estruturas localizam-se superfcie das protenas e surgem em locais de reconhecimento de anticorpos (Acs), fosforilao, glicosilao, hidroxilao, (). Existem dois tipos de voltas ou loops: voltas e voltas .

- Voltas envolvem 4 aa e so responsveis pela ligao de duas folhas antiparalelas.Apenas se estabelecem ligaes de H entre o grupo C=O do 1 aminocido e o grupo NH do 4 aa. Os aminocidos preferenciais das voltas so a Gly (pequena e flexvel) e a Pro (configurao favorvel). Existem voltas tipo I (4 Prolinas) e tipo II (uma Glicina 3 aa).

- Voltas so formadas apenas por 3 resduos de aa. As ligaes de H estabelecem-se entre o grupo C=O do 1 aa e o grupo NH do 3 aa. 3 Estrutura terciria A estrutura terciria uma conformao tridimensional resultante da associao das vrias unidades das estruturas secundrias. O tipo de associao que as unidades secundrias fazem entre si est dependente e muitas vezes provocada por interaces com o meio. Existem 2 tipos de estruturas tercirias: motivos e domnios..... 8 | P g i n a d e 55

- Estruturas supra-secundrias ou motivos = combinaes de duas a quatro estruturas secundrias sucessivas, que contactam entre si com o arranjo geomtrico especfico. Podem ou no associar-se a uma funo particular. Ex: motivo hlice-loop-hlice, motivo gancho , motivo loop , motivo zinc-finger e motivo chave grega. - Domnios = estruturas locais compactas, semi-independentes, que resultam de agrupamento de vrias estruturas supra-secundrias ou motivos. Existem trs tipos de domnios: domnio (), domnio () e domnio ().

Domnio

Domnio

Domino

4 Estrutura Quaternria A estrutura quaternria resulta da associao de duas ou mais cadeias polipeptdicas (subunidades) entre si para formar a protena. Quando uma protena formada por uma nica subunidade, diz-se monomrica e no apresenta estrutura quaternria. Para protenas com 2 ou mais subunidades, a protena designa-se multimrica homomrica (tem as subunidades todas iguais) ou heteromrica (subunidades diferentes). De acordo com o eixo de simetria, a estrutura quaternria pode ser didrica (DN 2xn unidades idnticas em torno de um eixo rotacional), octadrica (O), tetradrica (T), icosadrica (I) ou helicoidal.

Ligaes existentes nas protenas A funo das vrias protenas est dependente do tipo de interaces existentes entre as diferentes partes das protenas, pois condicionam a sua conformao, dependendo tambm da relao que a protena tem com o meio (gua, sais, membranas, outras protenas, DNA, ()). Existem essencialmente dois tipos de ligaes:

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Ligaes no covalentes As ligaes no covalentes so interaces prximas e fracas, fundamentais porque a sua multiplicidade a fora motora necessria para estabilizar a estrutura ou arranjo espacial. Existem 3 tipos de ligaes no covalentes: - Interaces electrostticas = ligaes inicas entre grupos com cargas diferentes; ligaes de H que podem ser dentro da mesma cadeia polipeptdica, entre cadeias diferentes ou, ainda, envolvendo os tomos da ligao peptdica ou de alguns resduos e aa. - Foras de Van der Waals = quando 2 tomos no carregados se encontram na vizinhana um do outro e a sua nuvem elctrica influencia a outra. Leva criao de um dipolo transitrio fazendo com que os ncleos se aproximem um do outro. - Interaces hidrfobas = formam-se quando as molculas apolares se juntam para minimizar o contacto com a gua. A fora motora a alterao favorvel da entropia da gua que de outro modo estaria com um arranjo mais ordenado volta de cada molcula apolar. Ligaes covalentes = pontes de enxofre, isto , ligaes dissulfureto. Ex: Cys-Cys (forma a Cistina).

Classificao estrutural das protenas Protenas globulares A grande maioria das protenas pertence a este grupo. Possuem forma esfrica ou globular e contm vrios domnios. Apresentam folhas e hlices que se ligam entre si atravs das voltas ou loops. Regra geral, as protenas globulares apresentam um ncleo hidrofbico e uma superfcie hidroflica que as torna solveis em gua. Ex: albuminas (mais solveis e coagulam com o calor), globulinas (pouco solveis e coagulam facilmente), histonas, hemoglobina contm 4 cadeias polipeptdicas e 4 grupos heme. Cada cadeia contm 8 hlices e as cadeias so iguais duas a duas. Podem ligar-se a um O2). Protenas de membrana As protenas membranares no tm um domnio hidrofbico no interior, mas um domnio hidrofbico que fica em contacto com o interior dos fosfolpidos da membrana. Estas protenas so extremamente difceis de trabalhar sendo necessrio usar detergentes capazes de formar micelas volta dessas protenas..... 10 | P g i n a d e 55

Protenas fibrosas As protenas fibrosas como o nome indica tm um arranjo de cadeia polipeptdica em fibra, sendo normalmente formadas por vrias cadeias enroladas. So molculas insolveis em gua. Ex: colagnio, -queratina, fibrona. 1 Colagnio = protena mais abundante no organismo, localiza-se em diferentes tecidos e apresenta funes ligeiramente distintas dentro de uma mesma funo global. formado por 3 cadeias helicoidais enroladas, unidas por ligaes de hidrognio. As cadeias so helicoidais mas no so modelos da hlice , apresentando uma abertura Maio e 3 resduos de aa por volta (repulso estrea dos anis de Pro). Os resduos de aa essenciais so a glicina (Gly) e a Prolina (pr), 35% Gly, 21%Pro, 11%Ala. A sequncia dos resduos de aminocidos na cadeia GlyXYGlyXY (), em que um dos X ou Y uma Prolina. Existem 3 resduos por volta e o enrolamento faz-se pela esquerda. Cada hlice enrola para a esquerda, mas depois o conjunto tem enrolamento para a direita. As fibrilhas de colagnio so estabilizadas por ligaes covalentes entre Lys e OH-Lys. 2 -queratina = caracterizadas por uma estrutura muito rgida. As queratinas designam-se -queratinas pois so formadas por hlices . Apesar de menos abundantes que o colagnio, as queratinas so muito importantes no organismo, sendo um dos constituintes do cabelo, unhas, (). As hlices de queratina so muito ricas nos aminocidos Ala, Val, Ile, Met e Phe. A estrutura da queratina estabilizada por ligaes covalentes (ligaes dissulfureto (S-S) e Cys-Cys). As 3 hlices enrolam-se para a direita formando uma protofibrilha, que posteriormente se arranjam em miofribrilhas. (o enrolamento de cada hlice para a direita, mas o enrolamento do conjunto para a esquerda).

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3 fibrona = a fibrona uma protena formada por folhas organizadas entre si formando camadas. A cadeia polipeptdica formada essencialmente pelos aminocidos Ala e Gly, na sequncia Gly-X-Gly-X (), em que X pode ser Ala ou Ser. A estrutura desta protena estabilizada por ligaes de hidrognio e interaces de Van der Waals.

Resumo das Classes e Caractersticas dos Aminocidos

Folding Proteico O folding proteico consiste na aquisio da estrutura tridimensional nativa da protena. No um processo aleatrio. Levinthal props uma teoria para o folding proteico, em que estimou que uma protena com 100 aa, em que cada um deles se adoptava duas conformaes espaciais, poderia ter 1030 conformaes diferentes. Contudo, sabendo que a ideia do universo apenas 1011, isto seria impossvel. Para ultrapassar este paradoxo julga-se que a natureza ter desenvolvido mtodos atravs dos quais o folding proteico adquirido rapidamente. Estados: desnaturado intermdio nativo Molten Globule Etapas do folding proteico: Formao secundrias Formao de domnios Patamar Molten Globule Estrutura proteica final Formao de pontes de enxofre.... 12 | P g i n a d e 55

reversvel

de

estruturas

In vivo, medida que as protenas so sintetizadas, o seu folding facilitado por protenas especializadas designadas por Chaperones Moleculares. Os chaperones moleculares interagem com as protenas recm-sintetizadas que possuem um folding parcial, proporcionando um ambiente prprio ao correcto folding, j que nem todas as protenas sofrem folding espontaneamente. Existem duas importantes classes de chaperones moleculares: - Famlia Hsp70 = protenas abundantes em clulas em choque por elevadas temperaturas (heat shock protein 70000 u). Liga-se regio rica em resduos hidrofbicos evitando que agreguem desadequadamente. Bloqueiam ainda o folding de protenas que ainda no atravessaram a membrana, j que s depois disso podem sofrer folding. - Chaperoninas = protenas complexas (Ex.: GroEL e GroES). O complexo GroEL liga-se s protenas e simultaneamente a hidrlise de uma molcula de ATP altera de conformao promovendo o folding da protena.

Funo proteica A funo das protenas interagir especificamente com outras molculas, alterando ou influenciado a sua actividade, nomeadamente outras protenas, cidos nucleares (controlo da replicao e expresso), polissacardeos (superfcie da membrana celular), lpidos (incorporados em membranas), pequenas molculas (O2, electres, ies) Ao interagirem com estas molculas, as protenas desempenham uma das 2 funes: estabelecimento de ligaes reversveis com outras molculas (ligandos), alterao conformacional (induced fit) que permite a ligao da protena ao ligando atravs de um stio de ligao complementar com a primeira em termos de tamanho, carga e caractersticas hidroflicas e hidrofbicas.

= stios ocupados pelo ligando [L] = concentrao de ligando

Quanto mais forte a ligao de uma de um ligando protena, menor a qualidade de ligando necessrio para que metade dos stios de ligao se encontrem ocupados.

Quanto menor Kd, maior Ka, logo ser necessrio menor [L] para ocupar metade dos stios de ligao. Kd a constante de dissociao. 13 | P g i n a d e 55

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Ex: a mioglobina uma protena de armazenamento logo tem Ka elevado e Kd baixo pois a tendncia manter-se associada s substncias que armazena. A hemoglobina uma protena de transporte, tendo ento baixo Ka e elevado Kd, pois ao chegar ao destino, necessita de se libertar rapidamente do produto que transporta.

Estados conformacionais Estado T (tense; desoxi-hemoglobina) Maior nmero de ligaes nas interfaces 12, estabilizadas pela ausncia de O2. As ligaes tornam a protena + compacta para a entrada de O2. Estado R (relaxed; oxi-hemoglobina) Maior afinidade para O2, sendo estabilizada quando este se liga.

Imunoglobina G A imunoglobina G uma protena em forma de Y formada por duas cadeias leves (L) e duas cadeias pesadas (H), ligadas entre si por pontes de enxofre e ligaes no covalentes. Na sua estrutura contm ainda domnios constantes, que so comuns a todas as imunoglobinas, e as pores variveis (V), que diferem de protena para protena. Os antignios (Ag) ligam-se ao Ac atravs dos aminocidos presentes no resduo varivel das cadeias H e L, contudo esta ligao especfica, dependendo da forma, localizao das cargas, hidrofobilidade e formao de ligaes de H. Ao ligar-se ao Ac, o Ag altera a conformao do primeiro (induced fit), sendo esta ligao extremamente forte, ou seja, elevado Ka e baixo valor de Kd..... 14 | P g i n a d e 55

Patologias associadas ao folding proteico Alteraes na sequncia de aminocidos de determinada protena podem impedir que a mesma consiga adquirir o seu folding proteico correctamente, alterando a sua estabilidade funcional, ou seja, tornam-se mais susceptveis de sofrer agregao e/ou degradao. Como consequncia deste problema, podem surgir inmeras patologias: - Fibrose qustica = mutao e deleco de um aminocido (Phe) na protena CFTR (actua como canal de Cl-) originando um folding alterado que leva sua degradao antes de chegar ao destino (membrana). - Doena do prio = alterao estrutural da protena PrPSc (alterao gentica) que induz a formao de agregados e consequente deposio (vacuolizao) nas clulas neuronais. A protena referida um constituinte normal da membrana das clulas nervosas. - Doena de Alzheimer = surge com a deposio de amilide no crebro que resulta de uma alterao conformacional da protena na sua forma nativa para random coil. Consequentemente induz a deposio da substncia referida no crebro.

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E N Z II M A S ENZ MASProtenas com funo de catlise. Quando queremos aumentar a velocidade de uma reaco, adicionamos um catalisador que consegue acelerar a reaco mas sem ser consumido. Isto alcanado atravs do aumento da temperatura ( Energia vibracional e probabilidade de coliso) ou de concentrao dos reagentes. Contudo, em sistemas vivos, a [ ] de reagentes geralmente baixa e a impossibilidade de se aumentar a TC (visto que o seu aumento afecta estruturas biolgicas) trouxe a necessidade de existirem catalisadores biolgicos, nomeadamente as enzimas. Os biocatalisadores ou enzimas so ento substncias que aceleram as reaces qumicas (mesmo temperatura intracelular), diminuindo a sua energia de activao. As reaces so termodinamicamente favorveis (G0) e no decorrer da reaco a enzima no degradada.

Propriedades das enzimas 1. As velocidades das reaces catalisadas so muito elevadas. Ex: anidrase carbnica (( 107xs) 2. Ao contrrio dos catalisadores inorgnicos que actuam em muitas reaces diferentes, as enzimas catalisam apenas uma determinada reaco que envolve uma molcula especfica. Pode ento dizer-se que as enzimas apresentam especificidade, a qual pode ser de 2 tipos: absoluta ou relativa, como o caso das lipases. 3. As enzimas esto sujeitas a regulao da sua actividade.

Ligao enzima substrato As enzimas so molculas proteicas globulares, de grandes dimenses comparativamente maioria dos substratos. A configurao espacial de uma enzima comporta uma regio de ligao ao substrato o centro activo que complementar de todo ou apenas de parte do substrato. Uma enzima pode ter mais do que um centro activo. A interaco da molcula de enzima com o substrato d-se ento em zonas localizadas, o dito centro activo, que no mais que um conjunto de resduos de aa que participam assim directamente na catlise, atravs das suas cadeias laterais. Esta interaco pode ser de vrios tipos: Interaces inicas Ligaes de hidrognio.... 16 | P g i n a d e 55

Interaces de Van der Waals S alguns aminocidos participam no centro activo, no estando em sequncia na cadeia polipeptdica.O complexo ES permite que o substrato seja completamente degradado, devido ao elevado poder cataltico da enzima. A enzima ao ligar-se ao substrato permite ainda reduzir a energia de activao necessria reaco, relativamente que teria se a reaco no fosse catalisada. Enzima Substrato Complexo enzima substrato Enzima Produto

Assim que se d a ligao enzima substrato, este ltimo activado, verificando-se imediatamente alteraes qumicas. Contudo, a ligao transitria, pois quando a reaco termina, formam-se os produtos e a enzima libertada intacta. Est ento pronta para intervir numa prxima reaco.

Modelos de ligao enzima substrato Modelo da chave na fechadura (Fisher, 1890) O centro activo da enzima rgido, da que o substrato tenha que ser perfeitamente complementar de modo a encaixar-se. Baseia-se portanto no princpio de que as estruturas so rgidas. Modelo da forma induzida (Koshland, 1959) Existe uma interaco mais dinmica entre a enzima e o substrato. Assim, o substrato ao ligar-se enzima induz uma mudana estrutural na mesma, de modo a que os aminocidos do centro activo se moldem, formando um centro activo complementar do substrato. Este modelo, baseado ento no princpio da flexibilidade estrutural, permitiu explicar a actividade de algumas enzimas que actuam sobre vrios substratos.

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Mecanismos catalticos: (Factores que contribuem para a catlise) 1. Proximidade do centro activo - Orientao do substrato (S) - Mudana conformacional na enzima - Distenso do complexo enzima substrato (ES) 2. Efeitos electrostticos - Centro activo anidro - Formao de dipolos entre o centro activo e o substrato 3. Catlise cido base - Protonao de grupos laterais de aa do centro activos 4. Catlise covalente - Grupos laterais nucleoflicos formam ligaes covalentes com S para dar ES

Classificao das enzimas

Nomenclatura / Classificao Sistemtica - Sufixo _ase Exemplos: glucose oxidase, glucose E fosfatase, urease, DNA polimerase, () - E. C. + 4 Algarismos: 1 Classe principal (transferase) 2 Subclasse (fosfotransferase) 3 Sub-subclasse (grupo aceitador de fosfato) 4 N de srie (molcula que tem o grupo OH.... 18 | P g i n a d e 55

Cintica enzimtica AP A = Substrato P = Produto

V = ( - [A] ) / t = [P] / t = velocidade da reaco k = constante de velocidade, depende do pH, TC e fora inica.

V

=

k . [A]s^-1 M

M.s^-1

Inicialmente a velocidade da reaco aumenta linearmente, mas a partir de determinada altura todos os centros activos ficam ocupados. A, por mais que a concentrao de substrato aumente, a velocidade deixa de aumentar. Neste ponto diz-se estar em saturao enzimtica. - Ordem da reaco = soma dos expoentes das concentraes na equao de velocidade. - Tempo de semi-vida = tempo necessrio para que gaja consumo de de [A] (t1/2). A+BP A + H2O exc P V = k [A]1 [B]1 V = k [A]1 [H2O] V = k [A]0 reaco de 2 ordem reaco de pseudo-1 ordem reaco de ordem 0

- A velocidade da reaco s directamente proporcional a [S] quando [S] baixa reaco de 1 ordem. - Quando [S] elevada, a enzima fica saturada V de ordem 0 - Para [S] intermdias, a reaco tem ordem mista. Velocidade inicial (V0) = velocidade da reaco imediatamente aps a adio da enzima ao substrato. Assume-se que a reaco reversvel (P A) ainda no ocorreu. O estudo da cintica enzimtica (estudo quantitativo da catlise enzimtica) importante, pois permite-nos determinar parmetros como: velocidade da reaco, determinar a afinidade da enzima para o substrato (S) ou para o inibidor (I), perceber os mecanismos da reaco e as foras que regulam as vias metablicas.

Cintica de Michaelis-Menten Quando a quantidade de produto muito pequena, a reaco ocorre s no sentido directo..... 19 | P g i n a d e 55

1. O equilbrio rapidamente estabelecido k1.[E].[S] = k2.[ES] 2. Condies do estado estacionrio: [ES] = muito baixo e constante; k1 = k3 Estado estacionrio:

A velocidade de dissociao de ES igual velocidade de formao do mesmo. KM = constante de Michaelis. um parmetro de [S] na qual a enzima trabalha a metade da velocidade mxima (Se [S] = KM). reflecte a afinidade da enzima para o substrato.

Equao de Michaelis Menten - KM muito alto k2 muito alto baixa afinidade entre a enzima e o substrato - KM muito baixo k1 muito alto elevada afinidade entre a enzima e o substrato Nota: quando k3