Cinética enzimática Estudo da velocidade da reação enzimática bem como os fatores que a influença Pode ser medido por: - Quantidade de produto formado por unidade de tempo ou Quantidade de substrato transformado por unidade de tempo V = - S/ t = P/ t

Cinética enzimática Atividade enzimática pode ser medida pela velocidade da reação catalisada 2[S] [S] 3[S] 4[S] 5[S] tempo [produto] [S] Velocidade da reação

V0 varia com a concentração de substrato V0 sobe linearmente a medida que se aumenta a concentração de substrato, e então começa a se nivelar e se aproximar e um ponto máximo onde a velocidade não aumenta mesmo em concentrações maiores de substrato. Velocidade da reação é proporcional a S Substrato satura todas as moléculas de enzima

Após curto tempo - estabilidade dinâmica com relação a [E] Cinética enzimática com único substrato K1 K2 E + ES E + P S K -1 K -2 Hipótese: segunda reação é a étapa limitante Após curto tempo - estabilidade dinâmica com relação a [E] e [ES] é alcançado

Cinética enzimática com único substrato K1 K2 E + S ES E + P K -1 V0 – Velocidade Inicial Estado estacionário – [ES] constante Então Formação de [ES] = Degradação de [ES] Vo = K2 [ES] [Et]=[E] + [ES] V de Formação de ES = K1 [E] [S] V 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

Então: V0 = k2 [Et] [S] [ES] = [Et] [S] Se, V0 = k2 [ES] Km + [S] Em V máxima [Et] = [ES] Então V max = k2 [Et] Sendo assim Vo = Vmax [S]

Uma propriedade importante: Vmax = 2 Vmax . [S] Km +[S] Quando V = Vmax 2 2 . [S] Km +[S] = 2 . [S] - [S] Km = Km= [S] Propriedades importantes de Km: 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. Km = [S]

Gráfico Linewevear-Burk

v0 [E] A VELOCIDADE DA REAÇÃO É PROPORCIONAL À CONCENTRAÇÃO DA ENZIMA FACILITA A DETERMINAÇAO DA CONCENTRACAO DE UMA ENZIMA DOSAGENS (transaminases, LDH, amilase, fosfatase alcalina) v0 [E]

Reações enzimáticas com mais de um substrato hexocinase Ex: ATP + Glicose ADP + Glicose 6- P Reações em que há 2 substratos envolvem a transferência de átomos ou grupos funcionais de um substrato para o outro: Sequencial (formação do complexo ternário) Pingue-pongue ou duplo deslocamento

ex: sulfonamidos (sulfadoxina, ...) Inibidores A atividade das enzimas pode ser diminuida ou parada por várias substâncias chamadas de inibidores. Tem inibidores naturais fazendo parte dos constituintes da célula e outros estranhos ao organismo que podem provocar alterações do metabolismo celular. Aqueles encontrados nas células são fundamentais para a fiosiologia. Esses inibidores permitem ás células um controle preciso da velocidade de algumas reações chaves permetindo uma resposta integrada à mudanca das condições fisiológicas. Inhibição específica de certas enzimas permita as aplicações farmacológicas ex: sulfonamidos (sulfadoxina, ...) Usados para combater as infecções bacterianas Pneumonia a pneumocystis (Pneumocystis jirovici, P. carinii) IO em pacientes HIV + Infecção do tracto urinário Shigelose (Desinteria) Algumas infecções por protozoários (Plasmodium falciparum) Sulfonamidos são inibidores competitivos da dihidropteroato sintetase (dhps) enzima importante envolvida no metabolismo dos folatos de muitos organismos menos o homem. Os folatos nos serem humanos são fornecidos pela dieta. Toxicidade seletiva para bactérias. Largo campo de aplicaçacão para o combate de insetos Ex: enzimas digestivas de insetos como as a-amilases catalisam a hidrólise de ligações glicosídicas a-1,4 do amido, glicogênio e outros carboidratos. Essas enzimas são muito importantes para os insetos, especialmente para aqueles que se desenvolvem em grãos ricos em amido. (No feijao foram identificados 4 desses inhibidores) Desenvolvimento de plantas mais resistentes ao ataque das pragas contribuindo para a redução do uso de inseticidas químicos.

Inibidores Irreversíveis Importância: Agentes farmacêuticos Ferramentas no estudo de mecanismo de funcionamento das enzimas Ferramenta nos estudos das vias metabólicas Inib. Competitiva (freqüente) Inib. Acompetitiva (quando o inibidor liga-se ao complexo ES , mas não a enzima livre) Inib. Mista Inib. Não-competitiva (caso particular de inib. Mista) Irreversíveis Inibidores Reversíveis Inibidores Irreversíveis

1-Reagentes específicos para grupo (R) 2- Análogos de substrato Inibidor irreversível 1-Reagentes específicos para grupo (R) 2- Análogos de substrato 3- inibidor suicida 1 2

Inibição Reversível Semelhança estrutural entre S e I Não há semelhança estrutural entre S e I = inib. acompetitiva Não há semelhança estrutural entre S e I

Inibição não-Competitiva •Inibidor não tem semelhança estrutural com o substrato •NÃO se liga no sítio ativo da enzima •Aumento da [substrato] não diminui a inibição •Km da enzima NÃO se altera •A VMAX DIMINUI na presença do inibidor Inibidor competitivo • Estrutura semelhante à do substrato • Liga-se ao Sítio Ativo da Enzima • Aumento da [substrato] diminui a inibição • A Vmax NÃO se altera •Km da enzima AUMENTA Na presença do inibidor

Exemplo: Succinato desidrogenase Inibição competitiva Exemplo: Succinato desidrogenase

Inibição competitiva Inibição não-competitiva

Inibição acompetitiva O inibidor se liga somente no complexo ES em sítio próprio.

Analgésicos... inibidores de Prostaglandinas Interações sem ligação covalente Inibidor competitivo e reversível – Ponstan Ligação covalente Inibidor irreversível (suicída) - Aspirina

Regulação de perfusão renal Agregação plaquetária Protetora de mucosa gástrica Inflamação

Sítio Ativo da Ciclooxigenase Inibidor irreversível Ligação covalente Ácido acetil salicílico Inibidor competitivo e reversível Interações sem ligação covalente Ácido mefenâmico

Inibidor competitivo e reversível da COX-1/2 Interação iônica Dipirona sódica Inibidor competitivo e reversível da COX-2 Meloxicam

Inibidores Competitivos de proteases do vírus HIV Gag e Gag Pol são clivados pela protease do vírus HIV em 9 pontos específicos para produzir proteínas funcionais. O precursor Gag vai originar proteínas estruturais e o precursor Pol vai originar enzimas como transcriptase reversa, integrase e proteases. Amprenavir Processing of the env protein is carried out by a host cell enzyme, whereas the gag and gag-pol proteins are processed only by the viral aspartic protease (HIV-PR).

Ciclo de Replicação do Vírus HIV * Inibidores de proteases Protease produz partículas virais infecciosas

Inibidores Competitivos de proteases do vírus HIV Gag e Gag Pol são clivados pela protease do vírus HIV em 9 pontos específicos para produzir proteínas funcionais. O precursor Gag vai originar proteínas estruturais e o precursor Pol vai originar enzimas como transcriptase reversa, integrase e proteases. Amprenavir Processing of the env protein is carried out by a host cell enzyme, whereas the gag and gag-pol proteins are processed only by the viral aspartic protease (HIV-PR).

Regulação da atividade enzimática das enzimas alostéricas Enz. alostéricas analogia com protéina alostérica (ex: Hb) Moduladores alostéricos (≠ de inibidores não-competitivos ou mistos!!) Mudanças conformacionais entre forma ativa e inativa e parámetros cinéticos diferentes (≠ do Michaelis-Menten) Dois tipos: enzimas homotrópicas (reguladas pelo substrato) e heterotrópicas Hiperbole Sigmoide

Enzimas alostéricas... O que é isso? Sistema multienzimático sequencial

Enzimas alostéricas... O que é isso? -Reguladas por moduladores alostéricos => envolvendo ou não o sítio ativo -Várias subunidades - Inibição por retroalimentação Ex: Aspartato Transcarbamilase (AtCase) -síntese de pirimidinas AtCase  Aspartato + carbamil-fosfato N-carbamil aspartato Citidina trifosfato Uridina trifosfato

Um modulador alostérico pode ser tanto um inibidor quanto um ativador.

Enzimas Alostéricas Michaellis-Menten Enzima Homotrópica Efeito moduladores

Exemplos de enzimas regulatórias Fosfofrutokinase –1 (PFK-1): ALOSTERIA Glicogênio Fosforilase ALOSTERIA MODIFICAÇÃO COVALENTE

Modificação covalente reversível Ativação Proteolítica

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