Inibição enzimática, cofatores e Enzimas alostericas Profa. Gabriela Macedo TA 514

Inibição enzimática Os inibidores enzimáticos são compostos que podem diminuir a atividade de uma enzima.

Inibidores enzimáticos Várias substâncias podem inibir as enzimas. Papel regulador importante: Metabolismo Fármacos Tecnologia Depende da concentração do inibidor e regula a velocidade da reação. Estudos elucidam estrutura do sítio ativo, seqüência das reações, etc.

Inibidores de enzimas Exemplos: Produtos químicos Metais tóxicos presentes na água ou em alimentos Venenos Medicamentos Antibióticos Produtos metabólicos

Inibidores de enzimas A (Substrato Inicial) C B D ( Produto final) Produto final inibe a atividade da 1a. enzima da sequência B Enzima B C D ( Produto final)

Inibidores de enzimas Medicamentos: Inibidores de enzimas Ex: Ácido acetilsalicílico (Aspirina) Inibe a enzima que catalisa o primeiro passo da síntese de prostaglandina, composto envolvido em muitos processos, incluindo a dor. Ác. Araquidônico Prostaglandina Enzima (ativa) + Enzima (inativa) + Aspirina (Inibidor) Ác. salicílico Prostaglandina Sintetase

Inibidores de enzimas Irreversíveis: E + I EI Reversíveis:segundo a estabilidade de ligação com a molécula E + I  EI

Inibidores reversíveis Competitivo : Compete pelo centro ativo. Inibidor combina com EIc. Aumenta o Km da reação: menor afinidade pelo substrato Não Competitivo: Alteram a estrutura da enzima, inviabilizando a reação. Inibidor combina com E e ES. Não altera Km. Incompetitivo: Inibidor combina com ES

Inibição Enzimática Reversível Competitiva Quando o inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sítio de ligação do substrato; O efeito é revertido aumentando-se a concentração de substrato. Este tipo de inibição depende das concentrações de substrato e de inibidor.

Inibição competitiva Formaldeído danifica tecidos: cegueira Ingestão de etanol: diminui formaldeído e metanol excretado pela urina sem perigo. Etanol compete com metanol no sítio ativo da enzima: quanto mais etanol, menos formação de formaldeído. Etanol é oxidado para acetaldeído no fígado Acetaldeído oxidado para acetato pela enzima mitocondrial aldeido desidrogenase.

Tratamento de envenenamento com metanol Metanol: muito tóxico, 30mL pode causar morte humana. Toxidade: não é do metanol, mas do formaldeído, que é produto metabólico. Metanol é oxidado para formaldeído pela enzima alcool desidrogenase no fígado.

Tratamento de envenenamento com metanol Tratamento: Ministrar ao paciente etanol, através de via oral ou intravenosa, em grandes quantidades. Metanol + NAD Formaldeído + NADH Etanol + NAD Acetaldeído + NADH Alcool desidrogenase Alcool desidrogenase

Inibição competitiva substrato S inibidor competitivo I

Inibição Competitiva + I ⇅ K1 EI E+S ES E + P Metanol + NAD Formaldeído + NADH Etanol + NAD Acetaldeído + NADH + I  ⇅ K1 EI Alcool desidrogenase Alcool desidrogenase

Inibição Competitiva

Inibição Enzimática Reversível Não-Competitiva Quando o inibidor liga-se reversivelmente à enzima em um sítio próprio de ligação, podendo estar ligado à mesma ao mesmo tempo que o substrato; Este tipo de inibição depende apenas da concentração do inibidor.

Inibição não competitiva substrato S inibidor não competitivo I substrato S

Inibição não competitiva

Inibição não competitiva Inibidores de tripsina presentes em soja: não competitivos. Inibidores de proteases: arroz, trigo, milho, batata inglesa, batata doce. Ascaris Lumbricoides: produz inibidores de pepsina e tripsina. O verme não é digerido no intestino.

Inibição Enzimática Irreversível Há modificação covalente e definitiva no sítio de ligação ou no sítio catalítico da enzima, ou seja,acaba com a atividade enzimática.

Inibidores irreversíveis Inibidor se liga com resíduo de aminoácido ou outro componente da enzima e bloqueia sítio ativo Concentração da enzima ativa e velocidade da reação são diminuídas na mesma proporção que a concentração do inibidor. Inibidor se liga a enzima: não é liberado por diluição nem diálise. Adição de substrato não altera o efeito da inibição

Inibidores Irreversíveis Inibição de enzimas por metais pesados (Ag+, Hg+, Pb+) Metais tóxicos presentes em resíduos e efluentes de indústrias: solo e alimentos Ex: Contaminação de peixes com mercúrio na ilha de Minamata(Japão), contaminação do solo com mercúrio em garimpos em Serra Pelada.

Inibidores irreversíveis Os metais pesados se complexam com as enzimas sulfidrílicas e formam mercaptídeos Enzima – SH Enzima-S-Ag Ag+, Hg+ (Proteases, papaína, Bromelina) (Enzima inativa)

Inibidores irreversíveis Exemplo: Armas Químicas DIPF = Diisopropilfluorofosfato ( gás dos nervos) Inibe a enzima acetilcolinesterase, que tem papel importante na transmissão do impulso nervoso.

Enzimas Alostéricas Enzimas com múltiplas subunidades têm estrutura quarternária. Cada subunidade catalítica tem seu próprio sítio ativo. Isso significa que pode ligar mais de uma molécula de substrato. Alosteria significa "forma diferente". Enzimas alostéricas mudam de forma entre uma forma ativa e outra inativa como resultado da ligação dos substratos no sítio ativo ou de moléculas regulatórias em outros sítios.

Regulação Enzimas alostéricas podem ter subunidades regulatórias capazes de ligar moléculas ativadoras ou inibidoras. Ativadores e inibidores são denominados "efetores". Os inibidores fazem com que a enzima alostérica adote a forma inativa. Os ativadores promovem a passagem à forma ativa. Existe um equilíbrio entre as formas ativa e inativa. A quantidade de enzima que está no estado ativo ou inativo depende das concentrações relativas de substrato e inibidor, como sugere o diagrama.

Enzimas alostéricas Tem sítio para ligação do substrato, do inibidor e do ativador Inibidor ligado: substrato e ativador desligado Ativador ligado: Enzima ativa, liga o substrato.

Enzima alostérica Ligação do substrato ou efetor (inibidor ou ativador) modifica estrutura ou carga elétrica da enzima, de tal forma que altera a afinidade do subtrato aos sítios vagos

Enzima alostérica Regulação Alostérica: Inibitória: Produto final inibe a enzima alostérica Estimulatória: A ligação de uma molécula de substrato facilita a ligação da próxima molécula de substrato

Enzima alostérica À medida que a concentração do substrato é aumentada, o substrato se liga à enzima e desencadeia a mudança de conformação da enzima para a forma ativa. Na presença de inibidor, uma concentração mais elevada de substrato é necessária para mudar a conformação para a forma ativa. Entretanto, uma vez atingida uma concentração de substrato suficientemente alta para promover à passagem à forma ativa, o substrato se liga cooperativamente (daí a curva em forma de S), e atinge-se a mesma velocidade máxima observada sem inibidor. 

Retroinibição Negativa Síntese de isoleucina a partir de Treonina: reação ocorre em 5 etapas, onde a primeira enzima, a Treonina deaminase é inibida pela L-Isoleucina.

Coenzimas São compostos orgânicos, quase sempre derivados de vitaminas, que atuam em conjunto com as enzimas. Podem atuar segundo 3 modelos: - Ligando-se à enzima com afinidade semelhante à do substrato - Ligando-se covalentemente em local próximo ou no próprio sítio catalítico da apoenzima - Atuando de maneira intermediária aos dois extremos acima citados.

Fatores úteis para controle da Atividade enzimática Temperatura: A atividade enzimática pode ser controlada por baixa ou alta temperatura Quantidade de água e atividade de água: A quantidade disponível para uma enzima e seu substrato tem um papel importante na regulação da atividade de água. Baixa atividade de água pode restringir a atividade enzimática ou alterar o padrão de atividade.

Fatores úteis para controle da Atividade enzimática 3.pH Extremos: Condições altamente acídicas ou alcalinas podem ser usadas para inativar reversivelmente ou irreversivelmente as enzimas. 4.Reagentes Químicos: Certos aditivos podem ser usados para inibir ou prevenir a ação enzimática Ex: Agentes quelantes podem ligar íons metálicos essenciais para a atividade enzimática.

Agentes Quelantes EDTA: Ácido etilenodiaminotetraacético –Forma complexos fortemente com cátions divalentes ou de maior estado de oxidação como Fe2+, Zn2+, Cu2+, Co2+, Mn2+, Mg2+, Ca2+, Fe3+, Mo6+. Ex. Ácido Cítrico: inibidor da PFO que causa escurecimento em frutas.

Fatores úteis para controle da Atividade enzimática 5. Alterações dos substratos: Algumas vezes a lavagem do tecidos pode remover compostos reativos indesejáveis ou enzimas A remoção de cofatores e oxigênio pode ser importante na minimização de reações enzimáticas não desejadas envolvendo oxigênio

Fatores úteis para controle da Atividade enzimática 6.Alterações dos produtos: Produtos iniciais de uma reação pode ser seletivamente canalizados em produtos não reativos ou convertidos de volta a sua forma original. Ex: Redução do intermediário quinona de volta para o composto fenólico original por ácido ascórbico pode retardar a reação de escurecimento em frutas e vegetais.

Fatores úteis para controle da Atividade enzimática 7. Controle do Processamento: controle enzimático do tecidos da matéria prima, juntamente com agrônomos e geneticistas Ex: Cultivar pêssego com menos PFO para sucos Controle enzimático germinação e brotamento cevada para malte de cervejaria Evitar brotamento de batatas