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DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 1 A BIOQUÍMICA ESTRUTURAL para as CIÊNCIAS da SAÚDE.

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1 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 1 A BIOQUÍMICA ESTRUTURAL para as CIÊNCIAS da SAÚDE

2 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 2 Capítulo III. A Cinética Enzimática

3 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 3 Catalisadores biológicos Poder catalítico e especificidade Reguladas Nem todas as enzimas são proteínas Ribozimas...

4 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 4 As enzimas podem aumentar a velocidade das reacções pelo menos 1 milhão de vezes... COMO ?

5 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 5 PROTEÍNAS - Enzimas: cofactores Muitas enzimas (APOENZIMAS) necessitam de cofactores - Metais

6 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 6 …Metais Anidrase carbónica humana : requer zinco, que está ligado aos anéis imidazol de 3 resíduos de histidina e a uma molécula de água Enzimas: cofactores

7 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 7 Muitas enzimas (APOENZIMAS) necessitam de Pequenas moléculas orgânicas - COENZIMAS Enzimas: cofactores

8 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 8 … Pequenas moléculas orgânicas (coenzimas) Fosforilase do glicogénio: envolvida na utilização de glicogénio para produzir energia, requer a coenzima piridoxal fosfato (PLP) Enzimas: cofactores

9 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 9 Enzimas: cofactores COFACTORES Iões MetálicosCoenzimas Iões Activadores Iões do local activo Cosubstratos Grupos prostéticos

10 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 10 Enzimas: classificação

11 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 11 Depende de interacções precisas com o substrato As interacções com o substrato, envolvem: forças de van der Waals forças electrostáticas pontes de hidrogénio interacções hidrofóbicas Enzimas: funcionamento Catálise Enzimática

12 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 12 Especificidade - Definida pela estrutura 3D (ou 4D) Enzimas: especificidade

13 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 13 As enzimas não conseguem alterar as leis da termodinâmica não alteram o equilíbrio de uma reacção química Uma enzima acelera os dois sentidos da reacção exactamente na mesma proporção Enzimas: funcionamento A + B AB

14 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 14 Formação de um complexo que representa o estado de transição... E + P ES E + S Enzimas: funcionamento

15 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 15 Enzimas: funcionamento

16 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 16 Facilitam a ocorrência do estado de transição, diminuindo a energia de activação, e consequentemente, aumentando a velocidade da reacção Enzimas: funcionamento

17 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 17 O estado de transição existe? Para uma concentração constante de enzima, a velocidade da reacção aumenta com o aumento da concentração do substrato, até se atingir uma velocidade máxima todos os centros catalíticos estão preenchidos e, consequentemente, a velocidade da reacção … Enzimas: funcionamento

18 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 18 Alterações nas características espectroscópicas de enzimas quando se adiciona substrato - complexo enzima substrato. A intensidade da fluorescência da sintetase do triptofano varia com a adição de serina e de indol (substratos) Enzimas: funcionamento O estado de transição existe?

19 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 19 Enzimas: local activo Resolução de estruturas por cristalografia de raios-X

20 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 20 Lisosima Enzimas: local activo

21 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros aminoácidos no local activo Preferência por resíduos hidrofóbicos Nomenclatura dos aminoácidos no local activo P3-P2-P1 – P`1-P`2-P´3

22 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros Asp catalíticos Protease aspártica

23 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 23

24 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros S3 S`3 S2 S`2 S1 S`1 S`1

25 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 25

26 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 26 S2 na cardosina e pepsina

27 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 27 Enzimas: local activo

28 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 28...a enzima ajusta-se à molécula do substrato na sua presença. Modelo do encaixe induzido Enzimas: local activo

29 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 29...a enzima ajusta-se à molécula do substrato na sua presença. Enzimas: local activo

30 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 30 Enzimas: local activo O que se passa no local activo?

31 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 31 Enzimas: local activo Para promover interacções efectivas com o substrato Ribulose-1,5-bifosfato

32 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 32 Definida pela estrutura 3D (ou 4D) Enzimas: especificidade

33 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 33 Enzimas: Cinética Enzimática Modelo de Michaelis e Menten

34 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 34 Modelo de Michaelis e Menten V V, varia com a [S] para uma concentração fixa de enzima [E 0 ] Enzimas: Cinética Enzimática

35 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 35 Enzimas: Cinética Enzimática

36 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros Em geral, K M estão compreendidos entre M e M K M é uma medida da afinidade da enzima para o substrato Enzimas: Cinética Enzimática

37 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros Em geral, K M estão compreendidos entre M e M K cat - turnover number Enzimas: Cinética Enzimática

38 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 38 Como medir a eficiência de uma enzima?...usando a razão K cat /K M (K cat –velocidade de catálise máxima) Perfeição enzimática Algumas enzimas aproximam-se destes valores... Enzimas: Cinética Enzimática

39 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 39 Estas enzimas são limitadas apenas pela velocidade com que encontram o substrato em solução Enzimas: Cinética Enzimática

40 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 40 Enzimas: Cinética Enzimática Influência da temperatura e pH

41 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 41 Enzimas: Cinética Enzimática Influência da temperatura

42 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 42 Influência do pH Os pH extremos modificam irremediavelmente a estrutura das enzimas, quer devido a desnaturação, quer devido a alterações na ligação entre apoenzima e coenzima Enzimas: Cinética Enzimática

43 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 43 Enzimas: Cinética Enzimática Influência do pH – Regula a actividade

44 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 44 Substratos múltiplos Reacções com transferência de grupos funcionais de um substrato para o outro......nas reacções de oxidação redução, são transferidos electrões Reacções que envolvem substratos múltiplos, classificam-se em duas classes: Deslocamento sequencial Deslocamento duplo Enzimas: Cinética Enzimática

45 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 45 Deslocamento sequencial Todos os substratos têm que estar ligados antes da libertação de qualquer produto Dividem-se em duas subclasses: Sequencial ordenado Sequencial aleatório Enzimas: Cinética Enzimática Substratos múltiplos

46 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 46 Enzimas: Substratos múltiplos Enzimas: Cinética Enzimática Deslocamento sequencial Deslocamento duplo

47 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 47 Deslocamento sequencial Num mecanismo sequencial ordenado, a ordem de ligação do substrato e de libertação do produto é importante Enzimas: Cinética Enzimática Substratos múltiplos Forma-se um complexo ternário

48 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 48 Enzimas: Substratos múltiplos Deslocamento sequencial Num mecanismo sequencial aleatório, a ordem de ligação do substrato e de libertação do produto não é importante Enzimas: Cinética Enzimática

49 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 49 Substratos múltiplos Deslocamento duplo Também designadas de reacções ping pong Um dos produtos é libertado antes de todos os substratos estarem ligados Neste tipo de reacções, forma-se um complexo enzima - substituída 1.Um grupo funcional é transferido do primeiro substrato para a enzima 2.O primeiro produto é libertado 3.Liga-se o segundo substrato e o grupo funcional ligado à enzima é transferido para ele Enzimas: Cinética Enzimática

50 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 50 Substratos múltiplos Deslocamento duplo Catalisa a transferência de um grupo amina do aspartato para o -Cetoglutarato Enzimas: Cinética Enzimática

51 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 51 Deslocamento duplo Enzimas: Cinética Enzimática Deslocamento sequencial ordenado

52 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 52 Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores A actividade de diversas enzimas pode ser inibida pela ligação de pequenas moléculas específicas e de iões Algumas drogas e agentes tóxicos podem inibir o funcionamento de certas enzimas A inibição pode ser reversível ou irreversível

53 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 53 O complexo enzima – inibidor dissocia-se rapidamente Dois tipos de inibição: 1.Competitiva 2.Não competitiva Inibição reversível Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores

54 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 54 Inibição reversível: Competitiva Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores

55 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 55 Inibição reversível: Não - Competitiva Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores

56 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 56 Inibição reversível Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores

57 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 57 Inibição reversível: Mista Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores

58 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros Gly76 Inibidor Gly76 Inibidor C-terminal Loop flexível 58

59 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 59 Inibição irreversível Desenho Racional de Fármacos Os inibidores irreversíveis ligam-se covalentemente aos resíduos dos locais activos Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores

60 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros Inibidor

61 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 61 Existem três classe de inibidores irreversíveis: Específicos de grupos Ligam-se a cadeias laterais específicas Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores Inibição irreversível Proteases tiólicas

62 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 62 Marcadores de afinidade Moléculas estruturalmente semelhantes ao substrato e que modificam covalentemente o local activo Mais selectivos que os específicos de grupos O TPCK é um marcador de afinidade para a quimotripsina – DIAGNÓSTICO? Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores Inibição irreversível

63 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 63 Inibidores suicidas São substratos modificados e são os mais específicos para marcar o local activo Ligam-se como se fossem substrato e o mecanismo catalítico normal é activado, produzindo uma espécie reactiva que posteriormente se liga covalentemente à enzima Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores Inibição irreversível

64 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 64 Desenho Racional de Fármacos - Inibidores para o estado de transição Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores

65 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 65 Desenho Racional de Fármacos - Inibidores para o estado de transição Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores Moléculas que imitam o estado de transição do substrato, são inibidores potentes Biblioteca de péptidos

66 DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE Medicina Dentária - Mestrado Integrado – UBA 1 BQ - MTBarros 66 Desenho Racional de Fármacos - Inibidores para o estado de transição Como são feitos os estudos? PROPOSTA PELOS ALUNOS Enzimas: Cinética Enzimática Regulação e Inibidores


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