Prof. Rodrigo Alves do Carmo Enzimas Prof. Rodrigo Alves do Carmo

Importância das Enzimas Catalisadores de sistemas biológicos eficientes e seletivos. Papel fundamental na saúde e na doença: SAÚDE Processos Fisiológicos Ocorram de modo ordenado Homeostasia

DOENÇA Lesão tecidual grave Doenças Genéticas Ex.: Cirrose Hepática Incapacidade ou capacidade parcial de sintetizar enzimas Ex.: PAH Prejudica a síntese de enzimas pelo tecido Ex.: Enzimas do Ciclo da Uréia Fenilcetonúria Hiperamonemia

Nomenclatura No século XIX – poucas enzimas identificadas. Adicionava-se o sufixo ASE ao nome do substrato. Ex.: enzimas que hidrolisam: Gorduras (lipo - grego): lipase. Amido (amylon - grego): amilase. Proteínas: protease. Nomes usuais. Ex.: tripsina e pepsina (proteases).

Nomenclatura No século XX -  nº. de enzimas descritas. Nomenclatura existente se tornou ineficaz. Década de 60 IUB (União Internacional de Bioquímica) adotou um novo sistema de nomenclatura e classificação. Mais complexo. Sem ambigüidades. Baseado no mecanismo de ação.

Nomenclatura Sistema oficial da IUB. Cada enzima possui um nº. de código (EC - Enzime Comission) com 4 dígitos que caracterizam o tipo de reação. 1º dígito – classe 2º dígito – subclasse 3º dígito – sub-subclasse 4º dígito – indica o substrato.

Nomenclatura Ex.: ATP-glicose fosfotransferase - E.C. 2.7.1.1. 2 (classe): transferase. 7 (subclasse): fosfotransferase. 1 (sub-subclasse): fosfotransferase que apresenta um grupo hidroxila aceptor de fosfato. 1 (substrato): D-glicose é o aceptor do grupo fosfato. Nome usual: hexoquinase

Propriedades das Enzimas São catalisadores biológicos extremamente eficientes; Possuem elevada especificidade; Muitas necessitam de co-fatores para terem atividade; Atuam em condições suaves de temperatura e pH; Podem ter sua atividade regulada.

As Enzimas são Catalisadores Biológicos Eficientes Aceleram as reações. Não são consumidas nas reações. Atuam em pequenas concentrações. Não alteram o equilíbrio das reações.

As Enzimas são Catalisadores Biológicos Eficientes 1 molécula decompõe 5.000.000 moléculas de H2O2

Mecanismo Geral de Catálise E + S E S P + E As enzimas aceleram a velocidade das reações porque diminuem a ENERGIA DE ATIVAÇÃO, sem alterar a termodinâmica da reação. Energia Caminho da Reação Energia de ativação sem enzima S P Energia de ativação com enzima Diferença entre a energia livre de S e P

Especificidade da Enzima ao Substrato: o Sítio Ativo Especificidade  local na superfície da enzima onde ocorre a reação enzimática denominado SÍTIO ATIVO; É dado por um arranjo tridimensional especial dos aminoácidos de uma determinada região da molécula; Geralmente complementar à molécula do substrato, e ideal espacial e eletricamente para a ligação do mesmo; É capaz de reconhecer até mesmo isômeros ópticos "D" e "L" de um mesmo composto.

Especificidade da Enzima ao Substrato: o Sítio Ativo    A zona sombreada são os aminoácidos desta enzima que configuram, neste caso, o sítio ativo da enzima.

Alguns modelos procuram explicar a especificidade enzima/substrato: Modelo Chave-Fechadura: prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura.   

Alguns modelos procuram explicar a especificidade enzima/substrato: Modelo do Encaixe Induzido: prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato; a enzima se ajustaria à molécula do substrato na sua presença.

Alteração conformacional da fosfoglicerato quinase após a ligação de seus substratos ADP e 1,3-bisfosfoglicerato

Muitas Enzimas Necessitam de Co-fatores para Terem Atividade Co-fatores são pequenas moléculas que podem ser necessárias para a função de uma enzima; Moléculas Inorgânicas Moléculas Orgânicas (Coenzimas) Porção protéica (apoenzima) Co-fator Holoenzima

Co-fatores Inorgânicos Metais. Ex.: Zn2+ - anidrase carbônica, carboxipeptidase; Mg2+ - hexoquinase; Mn2+ - superóxido dismutase.

Co-fatores Orgânicos (Coenzimas) Derivados de vitaminas: Podem se ligar à enzima fraca ou fortemente. Classificam-se em: transportadoras de hidrogênio; transportadoras de grupos químicos.

Coenzimas Transportadoras de Hidrogênio

NAD+ Nicotinamida adenina dinucleotídio (B3) Um ionte hidreto (H:-) é adicionado aqui durante uma redução Nicotinamida NAD+ Nicotinamida adenina dinucleotídio (B3) AMP

FAD – Flavina Adenina Dinucleotídio (B2) Local da redução

Coenzimas Transportadoras de Grupos Químicos

As Enzimas Atuam em Condições Suaves de Temperatura e pH Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação, até se atingir a TEMPERATURA ÓTIMA. A partir dela, a atividade volta a diminuir, por desnaturação da molécula.

As Enzimas Atuam em Condições Suaves de Temperatura e pH pH : A velocidade da reação aumenta até se atingir um pH ideal (pH ÓTIMO), onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sítio catalítico, é ideal para a catálise.

Efeito da Concentração do Substrato sobre a Velocidade da Reação Quanto maior a concentração do substrato maior a velocidade da reação até se atingir um platô (Vmax) - saturação enzimática. Constante de Michaelis-Menten

Regulação da Atividade Enzimática Modulação Alostérica: Ocorre nas enzimas que possuem um SÍTIO DE MODULAÇÃO ou ALOSTÉRICO. O modulador alostérico se liga de forma não-covalente ativando (+) a enzima ou inibindo (-) a enzima. Ocorrem modificações conformacionais na estrutura espacial da enzima, modificando a afinidade desta para com os seus substratos.

Regulação da Atividade Enzimática Modulação Covalente: Ocorre quando há modificação covalente da molécula da enzima, com conversão entre formas ativa/inativa. O processo ocorre principalmente por adição/remoção de grupamentos fosfato.

Inibição Enzimática Inibidores são substâncias que diminuem ou interrompem as reações enzimáticas. Existem duas classes de inibidores enzimáticos: reversíveis e irreversíveis.

Inibição Enzimática Inibição Reversível Competitiva: O inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sítio de ligação do substrato. Inibidor forma com a enzima um complexo instável. Inibição não envolve modificação covalente. Esse tipo de inibição depende das concentrações do substrato e do inibidor.

Inibição Enzimática Inibição Reversível Não-competitiva: O inibidor liga-se reversivelmente à enzima em um sítio próprio de ligação, podendo estar ligado ao mesmo tempo que o substrato. Inibidor não tem semelhança estrutural com o substrato. Esse tipo de inibição depende apenas da concentração do inibidor.

Inibição Enzimática Inibição Irreversível: O inibidor se combina com um grupo funcional (sítio ativo) da enzima. Inibidor se liga à enzima formando um complexo estável. Forma-se uma ligação covalente entre o inibidor e a enzima.