Prof. Didier Salmon MSc Cristiane S. Lessa ENZIMAS ( PARTE 1) Dezembro 2015 Bioquímica para Enfermagem 02/12/15

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Conversão realizada por um complexo enzimático!!!

Capazes de manter uma ordem estrutural a partir de diversas reações químicas essenciais à sobrevivência e proliferação celular. É simples.... Mas como isso ocorre? Replicação Catálise Seres Vivos:

Vamos por partes vias metabólicas!!!!!!!

Enzimas São proteínas que possuem a função de catálise, desencadeando reações químicas fundamentais à manutenção de sistemas biológicos; São específicos para os diversos tipos de substratos; A velocidade em que as reações ocorrem variam de acordo com a temperatura e pH fisiológicos. Sem a ação catalítica das enzimas no metabolismo celular, não existiria vida na Terra!!!

Qual a real importância das enzimas? Síntese de macromoléculas biológicas Síntese de hormônios Crescimento corporal Realizam catálise de reações (ex. degradação de proteínas) Medicina: Excesso, deficiência ou ausência de certas enzimas causam doenças (ex. AST- aspartato aminotransferase e infarto do miocárdio ) Diagnóstico de doenças – pela medida da atividade específica da enzima ex. LDH, CK, AST.. Indústria Alimentícia: fermentação, pasteurização,..

 Perda de função enzimática: Ex: Intolerância à lactose (hipolactasia)  Ganho de função enzimática: Alterações Ex: Alta atividade de desiodinases em pacientes com hipertireoidismo. Diminuição da lactase

+ Reação espontânea MUITO TEMPO DEPOIS

+ Reação catalisada por enzimas Redução do tempo que ocorre uma reação que seria espontânea = da velocidade das reações A enzima amilase degrada amido e converte em glicose!

Como as enzimas funcionam? Reação espontânea Demanda de mais tempo e gasto energético para gerar o produto Reação catalisada por enzimas (indicado em azul claro no gráfico) Ocorre de forma mais favorável e rápida

+ O 2 CO 2 + H 2 O

Enzima Substrato Enzima-Substrato Enzima-Produto Produto Enzima Representação do modelo chave-fechadura, por Fischer

Enzimas Estado intermediário

Composição das enzimas

Natureza Enzimática Proteínas!!! Por ligações peptídicas entre monômeros (aminoácidos); Dispostos em longa cadeia; H – N – C – C – O – H HH O Amino ou N-terminal R Radical R – cadeia lateral variável Carboxila ou C-terminal A variação da cadeia lateral determina um dos 20 tipos de proteínas

Natureza Enzimática Mas será que todas as enzimas são proteínas? Participam do corte de moléculas do RNA mensageiro (splicing), removendo regiões que não são traduzidas (íntrons) Acredita-se que a peptil- transferase seja uma ribozima, participando da formação de ligaões peptídicas durante o processo de tradução das proteínas NÃO!!!! RNAs catalíticos ou ribozimas

Estrutura Hemoglobina

Estrutura das enzimas Como estudado anteriormente, cada aminoácido apresenta um grupo amino, um grupo carboxila e cadeia lateral associada ao carbono central e ainda existem 20 tipos diferentes de aminoácidos....

CH 2 CH 3 S C OO CH H3CH3CCH 3 OH Estrutura das enzimas...onde cada aminoácido se liga ao próximo por ligações peptídicas e define a cadeia principal = formato linear Cadeia principal

Estrutura das enzimas Estrutura quaternária

Estrutura secundária: Alfa hélice Como as enzimas se estruturam?

Estrutura secundária: Folhas Beta Como as enzimas se estruturam?

Estrutura das enzimas Nas enzimas há uma região denominada sítio ativo É esta região que interage com o substrato para formação do produto A ligação E- S ocorre entre aminoácidos específicos Sítio ativo Quimiotripsina

Conceito Enzima-substrato Modelos de Encaixe Enzima - Substrato

Sítio Ativo É a região na enzima onde o substrato se liga É composto por resíduos que catalisam o substrato em produto e quebram ligações A união enzima-substrato ocorre por ligações fracas e promove a formação do estado de transição – primeira etapa da catálise enzimática Sítio Ativo Como ocorre a ligação enzima-substrato?

Enzimas – Tipos de Encaixe Modelo Chave-fechadura EES EP E P S Enzima e substrato possuem igual conformação

Enzimas – Tipos de Encaixe Modelo Chave-fechadura

Enzimas – Tipos de Encaixe Modelo encaixe induzido A enzima se ajusta ao modelo do substrato EES EP E P S ES

Enzimas – Tipos de Encaixe Modelo encaixe induzido Fosforilação em resíduo de glicose

Como as enzimas funcionam?

Funcionamento das enzimas Algumas enzimas necessitam de compostos químicos associados – COFATORES Ex. alguns íons metálicos Cofator Sítio Catalítico

Funcionamento das enzimas Já outras enzimas necessitam de complexos orgânicos ou metalorgânicos associados – COENZIMAS NAD + NADH Cofator Coenzima FAD FADH 2

Funcionamento das enzimas Diferente das coenzimas, os GRUPOS PROSTÉTICOS são subgrupos de cofatores associados permanentemente à enzima e, geralmente, encontrados ligados ao sítio ativo Ex. Fe +2 no centro catalítico da molécula de hemoglobina

Funcionamento das enzimas APOENZIMAHOLOENZIMA Enzima (SEM cofatores): APOENZIMA Enzima (COM cofatores e coenzima): HOLOENZIMA

Classificação das Enzimas

As enzimas podem ser divididas em 6 classes! Ligases Isomerases Liases Hidrolases Transferases Óxido-redutases

Classificação Óxido-redutase Catalisam reações de transferência de elétrons Desidrogenase, oxidase.. Transferase Catalisam a transferência de parte do substrato para o produto Transferência de grupos funcionais entre doadores e aceptores Acil, amino... Hidrolase Catalisam a quebra pela água O grupo doador é transferido para água Fosfatase, enolase...

Classificação Liase Catalisam a quebra ou união de cadeia carbônica, água ou amônia Descarboxilase, sintase,.. Isomerase Realizam a troca de posição dos grupamentos (rearranjos) Epimerase,.. Ligase Catalisam a união entre moléculas, onde há gasto de ATP, estruturando uma cadeia Carboxilase, sintetase,..

A IMPORTÂNCIA DAS ENZIMAS

EnzimasPrincipal FonteAplicações Clínicas AmilaseGlândulas salivares, pâncreas Doenças pancreáticas AminotransferaseFígado, músculo esquelético, rim, coração Infarto do miocárdio, doença muscular Creatina CinaseCérebro, coraçãoInfarto do miocárdio Fosfatase ÁcidaPróstataCâncer de próstata Fosfatase AlcalinaFígado, osso, placenta Doenças ósseas γ- Glutamiltransferase FígadoEnfermidade hepatobiliar ocasionada por alcoolismo Lactato Desidrogenase Eritrócitos, plaquetas, coração Hemólise, infarto do miocárdio Algumas enzimas são utilizadas como marcadores sorológicos

Infarto do Miocárdio

Isoenzimas Enzimas que diferem em suas sequências de aminoácidos mas catalisam a mesma reação Normalmente possuem parâmetros cinéticos diferentes Confere maior especificidade ao diagnóstico.

Fenilcetonúria A fenilalanina compete com outros aminoácidos neutros e aromáticos pelo transporte através da barreira hematoencefálica. Se ela está em excesso o transporte dos outros aminoácidos é prejudicado. Mutação do gene da fenilalanina hidroxilase > Acúmulo de fenilalanina no sangue Aumento da excreção urinária de ácido fenilpirúvico e fenilalanina acúmulo

Como as enzimas funcionam?

Reação espontânea alta energia de ativação livre aumento do tempo para atingir o estado de transição Reação catalisada por enzimas baixa energia de ativação livre tempo reduzido para atingir o estado de transição aumento da velocidade da reação

Como as enzimas funcionam? A concentração dos substratos + a concentração de produtos formados determina a velocidade que ocorre a reação A interação fraca (intermediária) enzima-substrato é reajustada Ocorre quase imperceptível e muito rápido Com o reajuste, temos enzima- produto Enzimas são capazes de alterar a velocidade de reação, mas não o equilíbrio químico E + S ES EP E + P ES EP Ligação intermediária A ligação enzima-substrato é dependente da especificidade

Especificidade deriva da formação de muitas interações fracas entre a enzima e a molécula específica do substrato. As enzimas são específicas a cada tipo de substrato

Com a interação enzimática, a barreira imposta durante o estado de transição é vencida As enzimas reduzem a energia de ativação livre, facilitando a interação com o substrato para gerar a etapa intermediária Bioquímica (Stryer) Com a redução da energia livre de ativação, há um ganho de tempo, acelerando a formação do produto. Como as enzimas funcionam?

Bioquímica (Stryer) Sem ação enzimática, a formação do produto demanda mais tempo Ao final, a quantidade de produto gerado será igual tanto na reação espontânea quanto na reação enzimática Por quê? A enzima catalisa, mas não participa da formação do produto (não é consumida para que o produto seja formado) Por que com o passar do tempo a velocidade de formação do produto se estabiliza? A reação atingiu o equilíbrio químico (ou ponto de saturação) – [ ] de substrato convertida em produto Como as enzimas funcionam?

Mecanismos de Catálise

Mecanismos de catálise Existem basicamente três formas como as enzimas aceleram reações, aumentando a formação das moléculas de um substrato quando em estado de transição: Catálise ácido-base Catálise covalente Catálise por íon metálico

Mecanismos de catálise Catálise ácido-base Quando há doação ou liberação de prótons (H + ) a fim de estabilizar a ligação intermediária

Mecanismos de catálise

Catálise covalente Ligações fortes Compartilhamento de um par de elétrons entre átomos adjacentes Resulta na ligação covalente entre enzima-substrato e induz sua transformação em produto Frutose 2,6- bifosfatase

Mecanismos de catálise Catálise covalente Há vários tipos de alterações covalentes, sendo a fosforilação a mais comum Outras alterações: Adenilação, acetilação, ubiquitinização, metilação,..

Mecanismos de catálise Catálise por íons metálicos Estabilizam íons em estado de transição (cálcio, magnésio e zinco) O íon encontra-se firmemente ligado ao aminoácido no sítio ativo, interagindo com a enzima e o substrato

Algumas enzimas utilizam duas estratégias de catálise ao mesmo tempo Ex. quimiotripsina Covalente Acido- Base

Efeito do pH na atividade enzimática atividade enzimática

pH > pI pH do meio está alcalino; concentração reduzida de íons H+ no meio; os aa liberam H+, ficando eletricamente negativo. pH < pI pH do meio está ácido; excesso de íons H+ no meio; os aa recebem H+, ficando eletricamente positivo.  pH A ionização de AA pode provocar modificações na conformação da enzima.

quimiotripsina de porco enzima isolada de um camarão do Alaska enzima isolada de uma bactéria de fontes termais Efeito da temperatura na atividade enzimática

V = k. [ S ] k1k1 k -1 k2k2 V initial varia com a CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATO

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