Enzimas: Cinética, inibição e regulação

CONDIÇÕES FUNDAMENTAIS DA VIDA: Autorreplicação; Catálise de reações químicas com eficiência e seletividade

Enzimas Moléculas catalisadoras que aumentam a velocidade das reações, sem sofrerem alterações no processo global; Na faixa de 5 a 17 ordens de magnitude. Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas.

CATALISA A TRANSFORMAÇÃO BIOQUÍMICA Enzimas RESÍDUOS DE AAS COM GRUPOS DE CADEIAS LATERAIS QUE SE LIGA AO SUBSTRATO CATALISA A TRANSFORMAÇÃO BIOQUÍMICA http://www.youtube.com/watch?v=s4jEZ9Os6QM

Enzimas Estado de transição OS CATALISADORES AUMENTAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES POR DIMINUÍREM AS ENERGIAS DE ATIVAÇÃO (interação covalente e fracas entre enzima e substrato); NA EVOLUÇÃO, AS ENZIMAS DESENVOLVERAM-SE PARA DIMINUIR SELETIVAMENTE AS ENERGIAS DE ATIVAÇÃO DAS REAÇÕES NECESSÁRIAS PARA A SOBREVIVÊNCIA CELULAR

Molécula de RNA com atividade catalítica Enzimas Ribozima Molécula de RNA com atividade catalítica

Nomenclatura SUFIXO ASE UREASE_ CATÁLISE DA UREIA DNA POLIMERASE_ POLIMERIZAÇÃO DNA PEPSINA_ DO GREGO PEPIS (DIGESTÃO) ACORDO INTERNACIONAL EM BIOQUÍMICA

Classificação das Enzimas

Classificação das Enzimas

Isozimas Isozimas - enzimas que catalisam a mesma reação mas apresentam estruturas diferentes (primária e/ou quaternária). Podem ser : - constituem diferentes enzimas produzidas por diferentes genes; Desidrogenase lática

PROPRIEDADES DAS ENZIMAS SÍTIO ATIVO Cadeias laterais de AAs (fenda ou bolso_3D) Eficiência catalítica Especificidade Sítio de ligação do substrato; Sítio catalítico.

PROPRIEDADES DAS ENZIMAS COFATOR Um ou mais íons inorgânicos ou molécula orgânica ou metalorgânica complexa (coenzima).

PROPRIEDADES DAS ENZIMAS Cofator (inorgânico) Algumas enzimas requerem a presença de íons metálicos para que a reação catalítica ocorra (Mg, Zn, Fe, Ca, Cu, Mn). Anidrase carbônica é uma enzima que tem um papel importante no transporte do CO2 e no controle do pH do sangue. Zinco

Coenzima_ carreadores transitórios de grupos funcionais específicos Coenzima_ carreadores transitórios de grupos funcionais específicos. A maioria deles é derivada das vitaminas (deve estar na dieta em pequenas quantidades).

Coenzima Grupo prostético (coenzima) As enzimas quando ligadas covalentemente ou não-covalentemente às coenzimas, são chamadas de holoenzimas Apoenzima Holoenzima

PROPRIEDADES DAS ENZIMAS Regulação Localização específica

Não é o ideal, estabiliza o substrato. Modelos enzimáticos Especificidade enzimática 1. Chave-fechadura Não é o ideal, estabiliza o substrato.

Interações ótimas só ocorrem no estado de transição. Modelos enzimáticos Especificidade enzimática 2. Encaixe induzido Interações ótimas só ocorrem no estado de transição.

Modelos enzimáticos Especificidade enzimática

FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO Unidade de enzima (U) - quantidade de enzima que catalisa a transformação de 1 µmol de substrato por min [ES] SÍTIOS DE LIGAÇÃO OCUPADOS

FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO Temperatura e estabilidade molecular A temperatura ótima para a maioria das enzimas humanas está entre 35 e 40ºC. Acima de 40ºC, as enzimas desnaturam. Bactérias termófilas apresentam temperaturas ótimas acima de 70ºC.

FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO Efeito do pH Cadeias laterais ionizáveis ou não ionizáveis

Atividade enzimática É obtida pela determinação da velocidade da reação catalisada pela enzima sob condições definidas.

Cinética enzimática Equação de Michaelis-Menten Km= K2 + K3/K1 reversível É baseado nos seguintes pressupostos: E, S e ES estão em equilíbrio; a conversão de ES em E + P é uma etapa irreversível e limitante da velocidade. Velocidade inicial é calculada quando a enzima é misturada ao substrato, sendo nesse momento o produto muito pequeno. Km= K2 + K3/K1

A velocidade da reação é diretamente proporcional à concentração da enzima

Constante de Michaelis-Menten (Km) Afinidade da enzima e do seu substrato específico Qual correlação entre Km e Vmáx? Km=Vmáx/2 Km=[S] Experimentalmente (grandes qtdes de substrato)

A inversão de Vo e [S] possibilta a determinação de Vmax e Km Cinética enzimática Gráfico de Lineweaver-Burk A inversão de Vo e [S] possibilta a determinação de Vmax e Km

Inibidores fisiológicos Inibição enzimática Inibidores enzimáticos são substâncias que interferem na atividade das enzimas, bloqueando o processo catalítico. Inibidores irreversíveis Inibidores reversíveis Inibidores fisiológicos Fármacos Substâncias tóxicas

Sítio ativo da colinesterase Inibição enzimática Inibidores Irrevesíveis Gases tóxicos derivados de Ácidos fluor-fosfórico (HPO2F2, H2PO3F) organofosforados carbamatos Sítio ativo da colinesterase

Inibidores Irrevesíveis

Inibidores reversíveis Inibição enzimática Inibidores reversíveis Inibição Competitiva E + S + I ⇄ ES + EI Os inibidores competitivos são geralmente substâncias análogas à do substrato; A enzima pode complexar ou o substrato ou o inibidor mas não ambos simultaneamente; Ocorre aumento do Km (Km aparente), sem modificação da Vmáx; A ação dos inibidores competitivos é abolida a concentrações elevadas do substrato. Reversão (aumento do substrato).

Inibição enzimática Inibição Não-competitiva E + S + I ⇄ ES + EI + EIS O inibidor se liga à enzima num local diferente do sítio ativo; A enzima pode combinar-se simultaneamente com o substrato e o inibidor; Ocorre diminuição aparente do Vmáx (menos enzimas); O inibidor afeta a configuração mais apropriada à catálise. Ex: metais pesados

Regulação enzimática Controle alostérico

Regulação enzimática Modificação covalente A modificação covalente pode ser ocorrer pela adição de diferentes radicais, pelos processos denominados fosforilação, glicosilação, galactosilação, metilação, entre outros. quinase e fosfatase

Aplicações clínicas Imunoensaio ELISA (Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay)

Busca por atividade de isozimas Aplicações clínicas Busca por atividade de isozimas

Busca por atividade de isozimas Aplicações clínicas Busca por atividade de isozimas

Aplicações clínicas Biossensores enzimáticos glicose oxidase