ENZIMAS Profª Drª Ângela de Mattos Dutra

Enzimas Importância Biomédica Histórico Características Gerais Estrutura Enzimática Enzimas como Catalisadores Componentes da Reação Enzimática Ligação Enzima-Substrato Propriedades das Enzimas Cofatores

Enzimas Importância Biomédica Biocatalisadores –regulam as velocidades de todos os processos fisiológicos Papel fundamental na saúde e na doença

Saúde Enzimas Processos Fisiológicos Ocorram de modo ordenado Homeostasia

Estados patológicos Enzimas do ciclo da uréia Lesão tecidual grave Cirrose Hepática Prejudica a síntese de enzimas pelo tecido Amônia (tóxica para o organismo) Uréia (não tóxica) COMA HEPÁTICO

Estados patológicos Doenças Genéticas - EIM Incapacidade ou capacidade parcial de sintetizar enzimas Sintomatologia variada

Estados patológicos Determinação da atividade de enzimas específicas no plasma proporciona ao clínico informações importantes para o diagnótico Lesão cardíaca grave Infarto do miocárdio Extravasamento de enzimas intracelulares

Enzimas - Histórico História da Bioquímica começa com pesquisas sobre enzimas Catálise biológica início séc.XIX –estômago - digestão da carne –saliva - digestão do amido Década de 30 – amilase ou ptialina – pepsina e tripsina

Enzimas - Histórico Década de 50 (±1850) Louis Pasteur - concluiu que: açucar  álcool pela levedura era catalisada por “fermentos” inseparáveis da estrutura das células vivas do levedo FERMENTAÇÃO “Fermentos” foram posteriormente denominados de ENZIMAS

Enzimas - Histórico Pasteur (± 1850)  “ fermentos” eram inseparáveis das células  Eduard Buchner (1897) Extratos de levedo (livre de células) AÇUCAR fermentação ÁLCOOL

Enzimas - Histórico Início do Século XX 75 enzimas  isoladas e cristalizadas –ficou evidenciado caráter protéico Atualmente –+ de 2000 enzimas são conhecidas

Enzimas Proteínas especializadas Aceleram reações químicas

Enzimas 1Catalisadores de reações nos sistemas biológicos 2Grande eficiência catalítica 3Alto grau de especificidade por seus substratos 4Funcionam em soluções aquosas em pH e temperaturas fisiológicas

Enzimas Proteínas Ribozimas RNAs SimplesConjugadas Holoenzima ApoenzimaCofator + apoenzima Estrutura Enzimática

Enzimas Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA que possuem atividade enzimática e são chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS

Enzimas Catalisadores Aumentam a velocidade das reações Atuam diminuindo a energia de ativação

Enzimas Energia de ativação –Diferença entre os níveis de energia do estado basal e do estado de transição

Representação esquemática das alterações de energia que acompanham a formação do complexo ES, do estado de transição e a subseqüente liberação do produto da reação

Papel da enzima no aumento da velocidade de reação através da redução da entropiaentropia

Entropia Expressão Termodinâmica,  S, que define a extensão da desordem num sistema. No EQULÍBRIO a desordem é MÁXIMA

Enzimas Componentes da Reação Enzimática E + S E S E + P E + S E S E + P E - Enzima S - Substrato(s) ES - Complexo Enzima -Substrato P – Produto(s)

Enzimas Componentes da Reação Enzimática E + S E S P + E Substrato se liga ao SÍTIO ATIVO da enzima

Enzimas - Via Metabólica Substrato inicial

Enzimas Substratos Complexo ES (Enzima-Substrato ) Ligação Sítio Ativo Chave-fechadura Incaixe induzido Liberação do Produto + Enzima inalterada

Enzimas Ligação da Enzima ao Substrato  2 modelos propostos: Chave-Fechadura  Encaixe Induzido 

Enzimas Ligação da enzima ao substrato Modelo Chave-Fechadura

Modelo Encaixe Induzido Modelo Encaixe Induzido combinado com a tensão do substrato Enzimas Modelos de ligação da enzima ao substrato

Alteração conformacional da hexoquinase induzida pela glicose Bennett, W.S.Jr and Steitz, T.A. J.Mol. Biol. 140: 211,1980.

Ligação do hexassacarídeo ao sítio ativo da lisozima Redesenhado baseado no modelo proposto por Imoto, T et al., Em P. Boyer (Ed.) The Enzimes 3 rd ed., Vol 7. New York Academic Press, 1972, p Sítio de hidrólise estável instável a- grupo acetamido (NHCOCH 3 ) p – cadeia lateral lactil ( CH 3 CHCOOH)

Enzimas Centro Catalítico / Sítio Ativo Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato Pode possuir componentes não protéicos cofatores Possui aminoácidos auxiliares e de contato

Enzimas Propriedades

Enzimas = Catalisadores Propriedades –Aceleram as reações –Não são consumidos na reação –Atuam em pequenas concentrações –Não alteram o equilíbrio das reações

Enzimas - Propriedades - Aceleram reações químicas Condições da ReaçãoEnergia livre de Ativação kj/mol kcal/mol Velocidade Relativa Sem catalisador Platina Enzima Catalase 75,2 18,0 48,9 11,7 23,0 5,5 1 2,77 x ,51 x 10 8 Decomposição do H 2 O 2

Enzimas - Propriedades - Não são consumidos na reação H2O2H2O2 H2OH2O O2O2 + Catalase E + S E + PE + PE + PE + P ESES

Enzimas - Propriedades - Atuam em pequenas concentrações 1 molécula de Catalase decompõe de moléculas de H 2 O 2 pH = 6,8 em 1 min Número de renovação TURNOVER NUMBER

Enzimas - Propriedades - Não alteram o estado de equilíbrio  no nível basal (forma estável), S e/ou P contém uma quantidade característica de energia livre  o equilíbrio entre S e P reflete a diferença em energia livre dos seus estados basais Energia Caminho da Reação Energia de ativação sem enzima S P Energia de ativação com enzima Diferença entre a energia livre de S e P

Enzimas Especificidade

Comparação entre a hidrólise de vários substratos por: Catalisador Inorgânico e Enzima Enzimas- Especificidade Hidrólise catalisada pelo HCl a quente Proteínas  Aminoácidos Triacilgliceróis  Glicerol + ác. Graxos Glicogênio  Glicose Hidrólise catalisada por uma enzima específica para o glicogênio Proteínas  Inalteradas Triacilgliceróis  Inalterados Glicogênio  Glicose + Maltose + Oligossacarídeos ramificados

Enzimas Especificidade Estereoquímica

Enzimas Especificidade de Grupo Tipo de ligação e um dos fragmentos devem ser específicos Ex: maltase digestão de glicídios Glicose Maltose Metade da molécula deve ser a glicose GlicoseEx: ose Frutose Galactose Arabinose Xilulose

Enzimas Cofatores

Enzimas - Cofatores Porção protéica APOENZIMA Cofator HOLOENZIMA Íon Coenzima Grupamento prostético Moléculas orgânicas ou inorgânicas que condicionam a atividade das enzimas

Enzimas - Cofatores Íons Cofatores inorgânicos Exemplos: Magnésio - Reações de fosforilação Manganês- Superóxido dismutase mitocondrial Zinco - Anidrase carbônica, Carboxipeptidase

Enzimas - Cofatores Ativadores - Íons Magnésio - co-substrato para o ATP

Enzimas - Cofatores Mg +2 como Ativador Hexoquinase - transferência do fosfato  do ATP para a glicose

Enzimas - Cofatores Coenzimas Cofatores orgânicos Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveisvitaminas Classificam-se em: –transportadoras de hidrogênio –transportadoras de grupos químicos

Coenzimas transportadoras de hidrogênio

NAD + Nicotinamida adenina dinucleotídio (B3)

FAD – Flavina Adenina Dinucleotídio (B2)

Exemplo da ação do FAD como coenzima Reação da sucinato desidrogenase

Coenzimas transportadoras de grupos químicos

Síntese da CoA  4-fosfopantotenato  4-fosfopantotenoilcisteína  4-fosfopantetoína  Defosfocoenzima A  (B 5 ) forma ligações com grupamentos acil ( -C R ) O

Piridoxal fosfato (B 6 ) Coenzima: Transaminação Descarboxilação Desidratação

Resumo de reações envolvendo coenzimas derivadas de vitaminas hidrossolúveis