ENZIMAS.

Apresentação em tema: "ENZIMAS."— Transcrição da apresentação:

1 ENZIMAS

2 Íons positivos: cátions Íons negativos: ânions
Relembrando... Estrutura de um átomo Átomos apresentam capacidade de ganhar ou perder elétrons, formando novos sistemas eletricamente carregados, determinados ÍONS ÍONS: espécie química que apresenta o número de prótons diferente do número de elétrons Íons positivos: cátions Íons negativos: ânions

3 Ligação iônica Cl Na 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 1s2 2s2 2p6 3s1
A B Tendência ceder elétrons receber elétrons Classificação metais H, semi e ametais Interação cátions ânions e- p= 11 n=12 e= 11 p= 17 n=18 e= 17 Na Cl 1s s2 2p s2 3p5 1s s2 2p s1

4 Ligação covalente Ligação Covalente Tendência receber elétrons
A B Tendência receber elétrons Classificação H, semi e ametais Interação Par de elétrons compartilhados X X

5 Precisam ser catalisadas para ocorrer de forma rápida
A manutenção da vida depende de um conjunto de reações químicas que devem atender duas exigências fundamentais: precisam ser altamente específicas de modo a gerar produtos definidos; devem ocorrer a velocidades adequadas à fisiologia da célula C12H22O O2 11H2O + 12CO2 Energia Precisam ser catalisadas para ocorrer de forma rápida ? Energia

6 ENZIMAS Catalisadores - aceleram a velocidade de uma reação química sem serem consumidos no processo. Como suas concentrações permanecem constantes eles são eficientes em pequenas quantidades. + Enzima Substrato Produto Características importantes Alto grau de especificidade por seu substrato; Aceleram reações químicas; Funcionam em soluções aquosas; A maioria funcionam em pH e temperatura fisiológicas

7 Enzimas são catalisadores que aumentam a velocidade da reação de 5 à 17 ordens de grandeza.

8

9 Estrutura das enzimas Quase todas as enzimas são proteínas, como tal sua função depende da sua estrutura. A estrutura da enzima dependerá da sequência primária; secundária; terciária e quartenária.

10 Algumas enzimas requerem um co-fator
Metais

11 Moléculas orgânicas (coenzimas)

12 Coenzimas: Transportadores transitórios de grupos funcionais

13 Quando o cofator está ligado fortemente a parte proteica da enzima ele é chamado de grupo prostético
holoenzima: enzima cataliticamente ativa completa, juntamente com sua coenzima e/ou íon metálico ligado; Apoenzima ou apoproteína – parte protéica de uma enzima sem quaisquer co-fatores ou grupos prostéticos; Sítio ativo – região que forma a maquinaria para a reação química de catálise, é constituída por grupo de aminoácidos. HOLOENZIMA Íons metálicos Moléculas orgânicas Coenzimas Porção protéica APOENZIMA Cofator

14 Durante a catálise coenzima e substrato estão alojados no sítio ativo
da enzima onde ocorre a remoção de um grupo determinado do substrato e sua transferência para a enzima. Quando o substrato sofre novas alterações nas reações metabólicas subsequente, a coenzima através de outra reação é reciclada. Essa reciclagem permanente das coenzimas implica que a suas concentrações intracelular possam ser bastante reduzidas bem menor que a concentração em substrato. Muitas coenzimas apresentam na sua estrutura um componente que não pode ser sintetizado pelo organismo. O precursor deve então ser obtido através da dieta = vitaminas

15

16

17 Classificação das enzimas

18 lactato desidrogenase alanina aminotransferase
As enzimas são classificadas de acordo com o tipo de reação que catalisam. Oxido-redutases – enzimas que catalisam reações de óxido-redução, transferência de elétrons. lactato piruvato lactato desidrogenase Transferases – catalisam a transferência de um grupamento de uma molécula a outra. alanina α-cetoglutarato L-glutamato piruvato alanina aminotransferase

19 Liases – catalisam reações adicionando ou removendo grupamentos.
Hidrolases – catalisam a reação de hidrólise de uma única ou várias ligações covalentes por introdução de uma molécula de água. H2O peptidase Liases – catalisam reações adicionando ou removendo grupamentos. piruvato acetaldeído piruvato carboxilase

20 Fosfoglicose isomerase acetil CoA carboxilase
Isomerases – catalisam reações transferindo grupos dentro da mesma molécula formando isômeros. Fosfoglicose isomerase Ligases – catalisam reações que ligam 2 moléculas + Acetil-CoA acetil CoA carboxilase

21 Importância clínica das enzimas
Deficiências – desordens, doenças Tirosinemia Enzimas responsáveis pela degradação da tirosina. Acúmulo tirosina ou metabólitos tóxicos : fígado, rins e sistema nervoso central. Sintomas: Retardo mental associado à microcefalia, hiperatividade, distúrbios motores e no desenvolvimento da fala, lesões oculares e lesões cutâneas. Fenilcetonúria (PKU) Maior prevalência mundial. Enzima: fenilalanina hidroxilase (conversão de fenilalanina em tirosina). Acúmulo tecidual de fenilalanina e seus metabólitos. Sintoma: retardo mental, eczemas, dermatites, despigmentação da pele, odor característico na urina e suor. Detectada a partir do teste do pezinho.

22

23 Fermentadas por bactérias intestinais
Galactosemia Enzima: galactose-1-fosfato uridil-transferase, (que converte a galactose em glicose), Sintomas: anorexia, vômitos, catarata, hemorragia, letargia e atraso de desenvolvimento. Intolerância a lactose Não é degradada Fermentadas por bactérias intestinais Gases, diarréia

24 Frutosemia Enzima Aldolase B, (metabolismo frutose) Sintomas: convulsões, coma, hipoglicemia e enjôos frequentes após o consumo de frutose.

25 Porfirias Deficiências enzimáticas na biossíntese do heme

26 Diagnósticos – marcadores teciduais

27 Infarto do miocárdio

28 Como as enzimas funcionam?
A + B C + D A e B precisam colidir em uma orientação favorável O complexo A+B precisa atingir um certo nível de energia necessário para que a reação ocorra: ENERGIA DE ATIVAÇÂO

29 As enzimas aceleram as reações pela facilitação da formação do estado de transição
Ligam – se ao substrato de forma com que estes se disponham na orientação correta Estabilizam o estado de transição E + S ES E + P Complexos de transição

30 A + B C + D E + S ES E + P

31 As enzimas aceleram as reações pela facilitação da formação do estado de transição
Alteram a velocidade, não o equilíbrio da reação Reduzem a energia de ativação necessária para atingir o estado de transição Como a energia de ativação é menor, um maior número de moléculas têm a energia necessária para atingir o estado de transição.

32 A primeira etapa da catálise enzimática é a formação do complexo enzima-substrato
O substrato se liga ao sítio ativo da enzima. O sítio ativo é uma fenda tridimensional que possui aminoácidos que participam diretamente na geração e quebra de ligações. Os substratos se ligam à enzima por vários tipos de interações fracas

33 Especificidade com substrato: depende da estrutura em 3 dimensões - microambiente específico.

34 Modelo chave e fechadura – o sítio catalítico é rígido e complementar à forma e ao tamanho do substrato.

35 Modelo encaixe induzido – o sítio catalítico não está totalmente pré-formado, a enzima se ajustaria ao substrato.

36 A energia de ligação liberada para a formação das interações supre parte da energia necessária para chegar ao estágio de transição E + S ES E + P

37 Mecanismos principais através dos quais as enzimas aceleram uma reação
Catálise Ácido-Base  Catálise Covalente Catalise por íon metálico

38 Catálise Ácido-Base – que ocorre com a participação de aminoácidos com cadeias laterais ionizáveis, capazes de doar ou liberar prótons durante a catálise para estabilizar os intermediários (H+, OH-).

39 Catálise Covalente – Neste tipo de catálise é formado uma ligação covalente transitória entre a enzima e o substrato.

40 Catálise por íons metálicos – metais firmemente ligados ao sítio catalítico interage entre a enzima e o substrato estabilizando o estado de transição.

41 Cinética enzimática Estudo da velocidade de uma reação e como ela altera frente as mudanças dos parâmetros A velocidade da reação pode ser medida por: Quantidade de produto formado por unidade de tempo Quantidade de substrato consumido por unidade de tempo

42 Atividade enzimática pode ser medida pela velocidade da reação catalisada
tempo [produto] [S] Velocidade da reação

43 Um dos principais fatores que alteram a velocidade de uma reação é a concentração de substrato.
Para: S P Κ V = [S]Κ Em baixas [S], a velocidade aumenta quase que linearmente. Com o aumento de [S], a velocidade aumenta cada vez menos.

44 Como medir a influência do substrato na velocidade da reação?
Pela medida de V0 ou velocidade inicial Para uma determinada [S] inicial, haverá um intervalo de tempo em que a velocidade da reação será relativamente constante, chamada de Vinicial, V0 ou simplesmente V da reação Velocidade a reação é proporcional a S Substrato satura todas As enzimas

45 Representação de uma reação enzimática em 2 etapas
k1 k-1 k2 Primeira reação: mais curta. Estabilidade dinâmica entre [E+S] e [ES] é rapidamente alcançada Segunda reação: mais lenta. É a etapa limitante. Velocidade da reação deve ser proporcional a [ES]

46 A velocidade máxima ( Vmax) da reação é atingida quando todas as enzimas estiverem no complexo [ES].
Neste momento a enzima está saturada e a velocidade não aumenta. A [S] em que atinge metade da Vmax é Km

47 A relação entre [S] e V0 da reação pode ser expressa algebricamente pela equação de Michalis e Menten. Velocidade inicial Concentração substrato Constante de Michaelis

48 E + S ES E + P Considerações Vmax – Toda enzima em forma de ES
Quando ocorre, alcança estado estacionário: [ES] é constante E + S ES E + P k1 k-1 k2 [E] = [Et]-[ES] V0 = k2 [ES]

49 ES E + P E + S Estado estacionário : [ES] constante
k1 k-1 k2 Estado estacionário : [ES] constante Então no estado estacionário: Formação de [ES] = Degradação de [ES] Velocidade de Formação de ES = K1 [E] [S] Velocidade de degradação de ES = K –1[ES] + K2 [ES] Já que Formação de [ES] = Degradação de [ES] K1 ([Et]-[ES]) [S] = K –1[ES] + K2 [ES] K1[S][Et] - K1[S][ES] = (K –1+ K2) [ES] [ES] = [Et] [S] [S] + (K –1+ K2) / k1) Km [ES] = [Et] [S] Km + [S]

50 Equação de Michaelis-Menten
E + S ES E + P k1 k-1 k2 [ES] = [Et] [S] Km + [S] Se V0 = k2 [ES] Em Vmax : [Et] = [ES] Então Vmax = k2 [Et] Então: V0 = k2 [Et] [S] Km + [S] Sendo assim Vo = Vmax [S] Km +[S] Equação de Michaelis-Menten

51 Propriedades importantes de Km
Uma propriedade importante: Quando V = Vm Vm = 2 Vm . [S] Km +[S] 2 [S] Km + [S] = 2 2 . [S] - [S] Km = Km= [S] Propriedades importantes de Km Km = [S] É numericamente igual a [S] na qual a velocidade da reação é metade da Vmax. Característico de cada enzima. Reflete a afinidade da enzima pelo seu substrato.

52 Gráfico Linewevear-Burk: Linearizando a equação de Michaelis e Menten
1 v 1 Vmax 1 [S] -1 Km

53 Consequências importantes de Km
Afinidade da enzima pelo substrato Km Afinidade da enzima pelo substrato v 1/V Vmáx V/2 Km Km [S] -1/Km -1/Km 1/s

54

55 Fatores que afetam a velocidade enzimática
pH Temperatura Concentração de substratos Concentração de cofatores Presença de Inibidores e/ou ativadores Modificações químicas: fosforilações, adenilações, etc Concentração de enzima

56 pH Pepsina pH ótimo 1,5 Tripsina pH ótimo 7,7

57 A ionização de aa pode provocar modificações na conformação da enzima.
pH do meio esta alcalino; concentração reduzida de íons H+ no meio; os aa liberam H+, ficando eletricamente negativo. pH do meio esta ácido; excesso de íons H+ no meio; os aa recebem H+, ficando eletricamente positivo.

58 Temperatura Temperatura ótima da reação A velocidade de reação aumenta junto com a temperatura, como se observa na maioria das reações químicas; Após atingir uma temperatura crítica, a estabilidade da proteína decresce devido a desnaturação térmica.

59 Concentração de Enzima e substrato
A velocidade máxima da reação é uma função da quantidade de enzima disponível (se há substrato em excesso).

60 Reações enzimáticas com mais de um substrato
Sequencial (formação do complexo ternário)

61 Pingue-pongue ou duplo deslocamento

62 Inibição enzimática Irreversíveis Inib. Competitiva (freqüente)
Inibidores de enzimas são moléculas que interferem com a catálise diminuindo ou interrompendo as reações enzimáticas. Quanto ao tipo de inibição: inibição inespecífica: diminuição da atividade de todas as enzimas por temperatura, pH ou agentes desnaturantes (ex. uréia). inibição específica: agente inibidor diminui a atividade de uma enzima específica ou de um grupo restrito de enzimas. A inibição pode ser irreversível ou reversível. Inibidores Reversíveis Irreversíveis Inib. Competitiva (freqüente) Inib. Não-competitiva Inib. acompetitiva (quando o inibidor liga-se ao complexo ES , mas não a enzima livre)

63 Inibidor irreversível
Liga - se a enzima levando a sua inativação definitiva Intoxicação por carbamatos ou organofosforados Acetil colina (Ach) Acetil colinesterase Colina Acetato Chumbinho Carbmatos

64 Inibidores reversíveis
1) Inibidor Competitivo Inibidor análogo não metabolizável do substrato compete com o mesmo pelo sítio catalítico da enzima livre. É necessário [S] maior para deslocar o inibidor. Semelhança estrutural entre S e I

65 Km é modificado, mas Vmáx não é alterada.
Inibidor Competitivo 1- sem inibidor 2- com inibidor [ I ] 3- com inibidor 2 [ I ] Km é modificado, mas Vmáx não é alterada.

66 2) Inibidor Não-Competitivo
Inibidor se liga numa região deferente do sítio catalítico da enzima. Não há semelhança estrutural entre S e I [S] maior não diminui a inibição.

67 Inibidor Não-Competitivo
1- sem inibidor 2- com inibidor [ I ] 3- com inibidor 2[ I ] Vmáx diminui, mas o Km não é alterado.

68 Inibidor não possui semelhança estrutural com o substrato.
3) Inibidor acompetitivo O inibidor se liga somente no complexo ES em sítio próprio. Inibidor não possui semelhança estrutural com o substrato. Não há semelhança estrutural entre S e I

69 Inibidor Acompetitivo
1- sem inibidor 2- com inibidor [ I ] 3- com inibidor 2 [ I ] Km e Vmáx da enzima diminuem.

70 Inibidores das COX – Antiinflamatórios Não Esteroidais (AINES)
Regulação de perfusão renal Agregação plaquetária Protetora de mucosa gástrica Inflamação

71 Inibidor irreversível da COX Ligação covalente
Ácido acetil salicílico Inibidor competitivo e reversível da COX Interação iônica Dipirona sódica Inibidor competitivo e reversível da COX-2 Meloxicam Inibidor competitivo e reversível (alta afinidade) da COX-2 Celecoxib

72 Regulação da atividade enzimática
Um organismo regula a atividade de algumas enzimas para coordenar seus processos metabólicos Alostérica: Funcionam através da ligação não-covalente e reversível de um metabólito regulador (modulador) Covalente: Regulação da atividade enzimática por modificação covalente reversível Proteolítica: O precursor inativo (zimogênio) é clivado para formar a enzima ativa

73 Enzimas alostéricas São maiores e mais complexas, possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas. Não obedecem a cinética de Michaelis-Menten. Tipos de enzimas alostéricas: homotrópica (modulador é idêntico ao substrato); heterotrópica (modulador é diferente do substrato) A ligação entre o modulador e o enzima é não-covalente e o local de modulação é especifico para cada modulador, no caso dos enzimas heterotrópicos

74 Modulador alostérico Heterotropismo Homotropismo
Positivo (ativam a enzima) Negativo (inibem a enzima) Heterotropismo (o modulador é diferente do substrato) Homotropismo (o modulador é igual ao substrato)

75 Enzimas homotrópicas: pequenas variações na concentração do modulador podem provocar grande variações na atividade do enzima. Enzimas heterotrópicas: Apresentam uma grande variabilidade no comportamento.

76 Induz Modificações conformacionais na estrutura espacial do enzima
Modifica a afinidade do enzima para com os seus substratos

77

78 Coordena o fluxo de enzimas por uma via metabólica.
Feedback negativo A B C D E - Um modelo muito comum de regulação alostérica é a inibição por retroalimentação, onde o próprio produto da reacção actua como modulador da enzima que a catalisa. Coordena o fluxo de enzimas por uma via metabólica.

79 Regulação por modificação covalente

80

81 Ativação proteolítica
A regulação enzimática pode passar ainda pela existência de um precursor, sem capacidade catalítica, que, no caso das proteases, são chamados zimogênios. Clivagem proteolítica Zimogênio Enzima ativa

82