Enzimas Metabolismo e Endocrinologia Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica Março de 2008 James Milner nº 58510 Sofia Esménio nº 58829 Tatiana Sirgado.

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1 Enzimas Metabolismo e Endocrinologia Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica Março de 2008 James Milner nº 58510 Sofia Esménio nº 58829 Tatiana Sirgado nº 58412

2 Natureza química e estrutural À excepção das ribozimas, as enzimas são proteínas (geralmente glomerulares), sendo assim constituídas por longas cadeias de aminoácidos que assumem uma conformidade tridimensional.

3 Numa reacção enzimática, a espécie química sobre a qual a enzima actua é o substrato, transformando-o no produto. Reacções enzimáticas

4 Centro activo é o local de contacto com o substrato. - local de fixação - centro catalítico Natureza química e estrutural

5 São responsáveis por promover a reacção, pelo que geralmente se encontram próximos do substrato. Podem ser: - inorgânicos – iões metálicos (ex: Fe 2+, Zn 2+, Mg 2+, etc) - orgânicos – também designados por coenzimas Se o cofactor se ligar à enzima por uma ligação forte ou até covalente, designa-se por grupo prostético. Cofactores

6 Coenzimas são pequenas moléculas orgânicas responsáveis por transferir grupos funcionais. A grande maioria é derivada de vitaminas. Exemplos: NAD+/NADP+ transportam o ião H-; Coenzima A transporta grupo acetilo; Ácido Fórmico transporta grupos metilo, formilo e metenilo.

7 Cofactores Estruturalmente, as enzimas podem ser divididas em: - Holoenzima - Apoenzima

8 Classificação de enzimas 1 – oxidorredutases ex: oxigenases

9 Classificação de enzimas 2 – transferase ex: fosfotransferases

10 Classificação de enzimas 3 – hidrolase ex: proteases

11 Classificação de enzimas 4 – liase ex: desidratases

12 Classificação de enzimas 5 – isomerase ex: mutase

13 Classificação de enzimas 6 – ligase / sintetase ex: DNA ligase

14 Funções biológicas Pelas propriedades anteriormente enunciadas, as enzimas podem desempenhar uma enorme variedade de funções num organismo, como: Participar na sinalização celular Participar na digestão Participar no transporte activo

15 Especificidade As enzimas apresentam elevada especificidade. Cada enzima pode catalizar apenas um tipo de reacção, e um número extremamente reduzido de diferentes substratos.

16 Especificidade Modelo Chave / Fechadura

17 Especificidade Modelo de Encaixe Induzido

18 Vias metabólicas As enzimas não trabalham de forma isolada – seguem uma ordem de actuação específica formando VIAS METABÓLICAS.

19 O catalisador (neste caso a enzima): - Não modifica a K eq ; - Não permite que ocorra uma reacção que seja impossível do ponto de vista termodinâmico; - Permanece intacto no fim da reacção; - Diminui a energia de activação necessária à reacção, permitindo que esta decorra a velocidade maior; Catálise enzimática

20 Energia livre de Gibbs - representa a quantidade de energia capaz de realizar trabalho (a T e P constantes). Classificação da reacção consoante o balanço energético: Reacção endergónica (∆G>0) Reacção exergónica (∆G<0) Energia livre

21 Energia de activação: barreira energética da reacção. Esta energia é necessária para: rearranjo das ligações existentes; alinhamento de grupos reactivos; formação de carga instáveis transitórias; outras transformações necessárias para que a reacção se processe. Energia de activação

22 Estado de transição: momento molecular (breve); Equiprobabilidade de decaimento para o complexo ES ou EP. Estado de transição

23 Energia de ligação: Energia total libertada pela formação do complexo E-S (∆G b – binding energy ). Interacções enzima-substrato são do tipo: ligações hidrogenionicas; ligações hidrofóbicas; interacções iónicas. Energia de ligação

24 O equilíbrio tal como é descrito pelo equilíbrio constante (Keq). Usando as condições standard usadas para comparar processos bioquímicos obtém-se que: Depende da variação da energia de Gibbs da reacção. ∆G Keq Constante de equilibrio

25 A taxa da reacção é dada por: Em que: V- quantidade de S que reage por unidade de tempo k – constante da reacção A velocidade pode ser dada por: k - constante de boltzman h – constante de planck R – constante dos gases (8,315 J/mol K) T – temperatura absoluta Equação da velocidade

26 Michaelis e Menten Constante de Michaelis para dissociação de E – S é dada por: Afinidade – capacidade da enzima para se ligar ao substrato -1/Km Tendo em conta que: [E] = [Eo] – [E-S] V = k [E-S] Vmáx = k [Eo] Velocidade e afinidade

27 Equação de Michaelis Vmax – velocidade de reacção quando [E0]=[E-S] Km – [S] para que se verifique vmax/2 Curva de Michaelis Velocidade e afinidade

28 Equação Lineweaver-Burk Considerando como uma equação do tipo y =ax + b sendo: y = 1/V x = 1/[S] Velocidade e afinidade

29 Lei de acção de massas Kc=

30 Catálise enzimática Uma das funções das enzimas é a catálise.

31 Tipos de catalise enzimática Catálise por encaixe induzido

32 Factores adicionais Catálise ácido base Troca de protões Catálise ácido-base especifica Catálise ácido-base geral

33 Factores adicionais Catálise com acção de iões metálicos Metais podem participar na catálise; Interacções iónicas Orientar o substrato Estabilizar a carga

34 Factores adicionais Catálise covalente Envolve complexos covalentes; Envolve, geralmente, grupos funcionais de alguns cofactores enzimáticos; Composta por três partes; Exemplo : Quimiotripsina

35 Factores adicionais Catálise através de proximidade e efeitos de orientação Enzimas facilitam a reacção em três aspectos Substratos contactam com grupos funcionais Param deslocações de translação e rotação dos substratos e grupos catalíticos Ligam substratos na orientação adequada

36 Factores adicionais Catálise electroestática Centro activo tem as características polares dum solvente orgânico

37 Factores adicionais Catálise por preferência de ligação do estado de transição Enzima liga o estado de transição da reacção que catalisa com maior afinidade que os substratos ou produtos.

38 Efeito do pH, temperatura e concentrações

39 pH Factor condicionante da actividade enzimática; pH óptimo – atinge máximo na sua actividade;

40 Temperatura Cada enzima tem um valor de temperatura em que a sua actividade é maxima Temperatura óptima

41 Concentrações A velocidade de uma reacção enzimática é directamente proporcional à concentração da enzima, desde que haja excesso de substrato durante a reacção.