UNIOESTE – Curso de Enfermagem – Disciplina de Bioquímica Enzimas e Cinética Enzimática UNIOESTE – Curso de Enfermagem – Disciplina de Bioquímica 4ª Aula Teórica – Dia 19/03/2014 Mustafa Hassan Issa

Livro de Bioquímica do Stryer 2 Referências da Aula: Livro de Bioquímica do Stryer Capítulo 8 (5ª Ed. ou 6ª Ed.) (Obs. Bioquímica de Valter T. Motta: Capítulo 3 – A ser fornecido via mural eletrônico da Disciplina)

ENZIMAS E CINÉTICA ENZIMÁTICA 3 ENZIMAS E CINÉTICA ENZIMÁTICA

Praticamente todas as reações são catalisadas por enzimas. 4 Vias Metabólicas Praticamente todas as reações são catalisadas por enzimas.

“Maestro da orquestra” 5 Enzimas “Maestro da orquestra”

6 Enzimas Definição: São catalisadores biológicos que aumentam a velocidade das reações bioquímicas ao reduzirem a energia livre de ativação, e que apresentam alta especificidade e eficiência para a reação que participam.

Enzimas são proteínas Observação: 7 Enzimas são proteínas Observação: Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA que possuem atividade enzimática, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS.

Enzimas - Função Função: 8 Enzimas - Função Função: Viabilizar a atividade das células ao permitir que uma reação bioquímica ocorra em condições favoráveis (ambiente propício): Menor consumo de energia, podendo assim ocorrer no menor tempo possível; - Viabilizar a formação de novos compostos (Ex. reação de quebra ou ligação).

Catalisadores Biológicos 9 Enzimas - Função Catalisadores Biológicos Aumentam a velocidade das reações Atuam diminuindo a energia de ativação

Enzimas - Características 10 Enzimas - Características Apresentam alto grau de especificidade; São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações (103 a 1020 vezes + rápida) (Catalisadores não-enzimáticos: 102 a 104 vezes + rápido); Reduzem a energia de ativação de uma reação; Não são tóxicas a célula (produto natural da célula).

Reações bioquímicas: Termodinâmica e Velocidade 11 Reações bioquímicas: Termodinâmica e Velocidade Reações apresentam duas propriedades termodinâmicas: 1) Variação da energia de uma reação (ΔGº): Diferença de energia entre o estado inicial (reagentes) e o estado final da reação (produtos): ΔGº Negativo: Reação é espontânea (favorável); ΔGº Positivo: Reação não é espontânea (desfavorável). 2) Energia necessária para iniciar uma reação: Energia necessária para que um reagente (substrato) se converta num produto. - Esta propriedade de uma reação bioquímica é influenciada pela ação das Enzimas.

Velocidade de uma reação depende 12 Representação esquemática das alterações de energia que acompanham a formação do Complexo E/S. Velocidade de uma reação depende da energia de ativação Energia de Ativação: Diferença entre os níveis de energia do estado basal(*) e do estado de transição(*). *

Reações bioquímicas: Termodinâmica e Velocidade 13 Reações bioquímicas: Termodinâmica e Velocidade Nos sistemas biológicos a maioria das reações bioquímicas necessita de energia para ser favorável; Além disso, necessitam direcionamento para que estas reações possam ocorrer (diversidade muito alta de reações); Uma enzima pode direcionar uma reação, permitindo o uso de menos energia (energia de ativação) para que essa ocorra.

Reações bioquímicas: Termodinâmica e Velocidade 14 Reações bioquímicas: Termodinâmica e Velocidade No processo de uma reação a energia de ativação afeta diretamente a velocidade de uma reação; No entanto, quando uma enzima permite um caminho alternativo para que uma reação se processe, ela está oferecendo uma opção para que esta mesma reação aconteça com menor dispêndio de energia de ativação; Quando isso ocorre, a reação ocorrerá com maior rapidez pois ocorrerá com a menor energia disponível; Ou seja, a catálise enzimática cria condições propícias para uma determinada reação ocorrer.

Componentes da Reação Enzimática 15 Componentes da Reação Enzimática 1) Enzima e Substrato(s) (E / S) - Estágio inicial que necessita energia de ativação (levará ao estado de transição); 2) Complexo Enzima/Substrato (ES) - Momento em que a reação encontra-se no estado de transição, com o arranjo correto dos átomos para ocorrer a origem dos produtos, e também com a energia necessária; 3) Enzima e Produto(s) (E / P) - Momento em que a reação foi realizada. A enzima está livre (novamente para receber novos substratos), e os novos produtos foram formados.

Componentes da Reação Enzimática 16 Componentes da Reação Enzimática E + S ES E + P E - Enzima S - Substrato(s) ES - Complexo Enzima - Substrato P - Produto(s)

Reação Enzimática - Processo 17 Reação Enzimática - Processo Uma enzima apresenta em sua estrutura, uma porção que apresenta arquitetura tridimensional específica (centro catalítico ou sítio ativo); Este centro catalítico é específico para o encaixe de uma determinada molécula(s) (substrato(s)); Nesta porção específica (da enzima específica) a reação de transformação do substrato poderá ocorrer (Ex. reação de quebra ou ligação) com o mínimo de consumo de energia, e portanto, de modo mais rápido (pois a condição foi mais favorável).

Componentes da Reação Enzimática 18 Componentes da Reação Enzimática Substratos se ligam ao SÍTIO ATIVO da enzima E + S E S P + E

Enzimas atuam diminuindo a energia de ativação 19 Enzimas atuam diminuindo a energia de ativação Caminho da reação E Energia de ativação sem enzima Energia de ativação com enzima

Reação catalisada por uma enzima 20 E + S E + P ES H2O2 H2O O2 + Catalase ½ Reação catalisada por uma enzima produto sentido da reação

Passos de uma reação enzimática 21 Passos de uma reação enzimática - Exemplo - Enzima Fosfoglicomutase: Catalisa a conversão da Glicose 1-Fosfato em Glicose 6-Fosfato na etapa 2 da Glicogenólise.

(Um exemplo clássico de catálise enzimática) 22 Glicogenólise - Passo 2: Conversão da Glicose 1-Fosfato em Glicose 6-Fosfato Glicose 1- Fosfato Glicose 1,6 – Bisfosfato (Intermediário) Glicose 6- Fosfato Centro catalítico (Enzima Fosfoglicomutase) A Enzima Fosfoglicomutase catalisa a conversão da Glicose 1-Fosfato em Glicose 6-Fosfato. (Um exemplo clássico de catálise enzimática)

Componentes das Enzimas - Apoenzima + Cofator 23 Componentes das Enzimas - Apoenzima + Cofator Grupo Prostético: Quando uma Coenzima (Cofator Orgânico) encontra-se covalentemente (fortemente) ligada à parte protéica (aminoácidos ou apoenzima). Resíduos de aminoácidos (Apoenzima) Holoenzimas = Porção completa e biologicamente ativa Cofatores: Íons metálicos: Fe2+, Mg2+, Mn2+. Coenzimas: Moléculas orgânicas complexas. Enzimas Ativas

Componentes das Enzimas - Conceitos 24 Componentes das Enzimas - Conceitos Desta forma, temos os seguintes conceitos importantes: Apoenzima: Porção protéica (seqüência de aminoácidos); Cofator: Porção anexa de Natureza Orgânica (Coenzima ou Cofator Orgânico) ou Inorgânica (Íon Metálico ou Cofator Inorgânico); Holoenzima: Molécula biologicamente ativa, composta pela porção Apoenzima (protéica) mais seu Cofator (Coenzima ou Íon Metálico) (quando presentes); Grupo Prostético: Coenzima (Cofator Orgânico) fortemente ligada à porção protéica.

Enzimas - Cofator Inorgânico 25 Enzimas - Cofator Inorgânico - Algumas enzimas que contêm, ou necessitam de elementos inorgânicos como cofatores.

Enzimas - Cofator Orgânico 26 Enzimas - Cofator Orgânico Hidrossolúveis Lipossolúveis Vitaminas Compostos orgânicos indispensáveis Pequenas quantidades  Precursores de coenzimas

Enzimas - Cofator Orgânico 27 Enzimas - Cofator Orgânico - Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis do Complexo B. - Classificam-se em: - Transportadores de hidrogênio; - Transportadores de grupos químicos. - Transportadores de hidrogênio:

Enzimas - Cofator Orgânico 28 Enzimas - Cofator Orgânico - Transportadores de grupos químicos:

Enzimas - Centro Catalítico / Sítio Ativo 29 Enzimas - Centro Catalítico / Sítio Ativo - Região da Enzima que participa da reação com o substrato; - Pode possuir componentes não-protéicos: Cofatores; - Possui aminoácidos auxiliares e de contato. HOLOENZIMA Porção protéica APOENZIMA Cofator Coenzima: Molécula orgânica complexa (NAD) (APOENZIMA) Inorgânico: Íons que condicionam a ação catalítica das enzimas (Fe²+)

Enzimas - Centro Catalítico / Sítio Ativo 30 Enzimas - Centro Catalítico / Sítio Ativo - O sítio ativo ocupa uma parte relativamente pequena do volume total de uma enzima. - A especificidade da ligação depende do arranjo precisamente definido dos átomos no sítio ativo.

Ligação da Enzima ao Substrato 31 Ligação da Enzima ao Substrato 2 modelos: Chave-Fechadura  Encaixe Induzido 

Ligação da Enzima ao Substrato – Chave-Fechadura 32 Ligação da Enzima ao Substrato – Chave-Fechadura - Alto grau de especificidade  Chave-Fechadura. - A enzima possui sitio ativo complementar ao substrato.

Ligação da Enzima ao Substrato – Encaixe-Induzido 33 Ligação da Enzima ao Substrato – Encaixe-Induzido - Enzima e o substrato sofrem conformação para o encaixe  Encaixe Induzido. - O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição.

Ligação ao Sítio Ativo: 34 Enzimas Liberação do Produto + Enzima Inalterada Substratos Complexo E/S (Enzima/Substrato) Ligação ao Sítio Ativo: - Chave-fechadura - Incaixe induzido

Enzimas - Classificação 35 Enzimas - Classificação

Fatores que influenciam a atividade de uma enzima e sua estabilidade 36 Fatores que influenciam a atividade de uma enzima e sua estabilidade 1) Concentração da enzima no meio; 2) Concentração de substratos; 3) Concentração de cofatores da enzima; 4) Força iônica do meio; 5) pH do meio; 6) Temperatura do meio.

Influência do pH - Valor de pH ótimo = Atividade máxima; 37 - Valor de pH ótimo = Atividade máxima; - pH ótimo depende do número e tipo de grupos ionizáveis  Estrutura primária; - Variações do pH  Afeta a enzima no número e variedade de grupos ionizáveis (variação em relação ao estado original); - Velocidade da reação:  ou  do pH afasta do ótimo.

Influência do pH - Aminoácidos: - pH   --NH3+ e --COOH 38 - Aminoácidos: - pH   --NH3+ e --COOH - pH   --NH2 e --COO-

Influência da temperatura 39 -  Temp.   Velocidade de reação =  Energia cinética; - Temp. muito elevadas = Desnaturação da enzima; - Rompidas as Pontes de Hidrogênio  Alterações estruturais = Nova conformação; - Temp. desnaturação  Acima da Temp. Ótima.

agradeço a atenção de todos Obrigado, agradeço a atenção de todos

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