Introdução a Enzimologia

Apresentação em tema: "Introdução a Enzimologia"— Transcrição da apresentação:

1 Introdução a Enzimologia

2 Nutes: Núcleo de Tecnologia Educacional para a Saúde é um órgão suplementar do Centro de Ciências da Saúde da UFRJ que articula ações de formação de recursos humanos, pesquisa e desenvolvimento na área da Educação em Ciências e Saúde.

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5 Bioquímica Enfermagem

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16 Introdução A manutenção da vida depende: organismo vivo precisa se auto-replicar; realizar reações químicas, estas reações químicas devem atender duas exigências fundamentais: precisam ser altamente específicas de modo a gerar produtos definidos devem ocorrer a velocidades adequadas à fisiologia da célula A insuficiência na produção ou na remoção de metabólitos pode levar a condições patológicas. ENZIMAS alto grau de especificidade por seu substrato aceleram reações químicas funcionam em soluções aquosas a maioria funcionam em pH e temperatura fisiológicas

17 As enzimas aceleram a velocidade de uma reação química sem serem consumidas no processo.
Como suas concentrações permanecem constantes eles são eficientes em pequenas quantidades. Enzima Substrato Produto Enzima + + Diferença entre a energia livre de S e P Caminho da Reação Energia de ativação com enzima Energia Energia de ativação sem enzima S P

18 Enzimas são catalisadores que aumentam a velocidade da reação de 5 à 17 ordens de grandeza.
Anidrase carbônica

19 Estrutura das enzimas Todas as enzimas são proteínas, como tal sua função depende da sua estrutura. A estrutura da enzima dependerá da sequência primária; secundária; terciária e quartenária. Estrutura Primária Formada pela sequência de aminoácidos unidos pela ligação peptídica.

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21 Estrutura Secundária Se refere a arranjos particularmente estáveis entre os aminoácidos, gerando estruturas regulares recorrentes.

22 Estrutura Terciária Descreve todos os aspectos do enovelamento tridimensional de uma proteína.

23 Estrutura Quartenária
Ocorre quando uma proteína possui duas ou mais subunidades polipeptídicas.

24 A enzima é constituída por partes importantes:
Apoenzima – parte protéica de uma enzima sem quaisquer co-fatores ou grupos prostéticos. Sítio ativo – região que forma a maquinaria para a reação química de catálise, é constituída por grupo de aminoácidos.

25 Sítio catalítico – microambiente específico
Especificidade da enzima pelo substrato Sítio catalítico – microambiente específico

26 enovelação: folhas beta pregueadas anti-paralelas + α-helice pequenas.
40% forma similar; enovelação: folhas beta pregueadas anti-paralelas + α-helice pequenas. Hidrólise enzimática amino-teminal carboxi-teminal aa aa aa aa aa aa elastase aa apolares: Gly, Ala,Val tripsina aa positivos: Arg, Lys quimiotripsina aa aromáticos: Phe, Tyr, Trp

27 Modelos para explicar a formação do complexo Enzima-Substrato
Modelo chave e fechadura – o sítio catalítico é rígido e complementar à forma e ao tamanho do substrato.

28 Modelo encaixe induzido – o sítio catalítico não está totalmente pré-formado, a enzima se ajustaria ao substrato.

29 Catálise Ácido-Base – que ocorre com a participação de aminoácidos com cadeias laterais ionizáveis, capazes de doar ou liberar prótons durante a catálise para estabilizar os intermediários (H+, OH-).

30 Catálise Covalente – resulta do ataque nucleofílico ou eletrofílico de um radical do sítio catalítico sobre o substrato, ligando-o covalentemente à enzima e induzindo a sua transformação em produto.

31 Mecanismo da quimiotripsina

32 Catálise por íons metálicos – metais firmemente ligados ao sítio catalítico interage entre a enzima e o substrato estabilizando o estado de transição.

33 Co-fator – molécula inorgânica pequena que uma apoenzima requer para a sua atividade.

34 Coenzimas – funcionam como aceptores de átomos ou de grupos funcionais
Coenzimas – funcionam como aceptores de átomos ou de grupos funcionais. Durante a reação a coenzima e o substrato são alojados no sítio catalítico da enzima. O fato de as coenzimas estarem se renovando constantemente permite que sua concentração celular seja menor do que as concentrações do substrato.

35 lactato desidrogenase alanina aminotransferase
Classificação das enzimas As enzimas são classificadas de acordo com o tipo de reação que catalisam. Oxido-redutases – enzimas que catalisam reações de óxido-redução, transferência de elétrons. lactato desidrogenase lactato piruvato Transferases – catalisam a transferência de um grupamento de uma molécula a outra. alanina aminotransferase alanina piruvato α-cetoglutarato L-glutamato

36 Hidrolases – catalisam a reação de hidrólise de uma única ou várias ligações covalentes por introdução de uma molécula de água. peptidase Liases – catalisam reações de dupla ligação adicionando ou removendo grupamentos. piruvato carboxilase piruvato acetaldeído

37 Fosfoglicose isomerase acetil CoA carboxilase
Isomerases – catalisam reações transferindo grupos dentro da mesma molécula formando isômeros. Fosfoglicose isomerase Ligases – catalisam reações formando ligações do tipo C-C, C-S, C-O e C-N acopladas à quebra de ATP. acetil CoA carboxilase Acetil-CoA

38 Reações enzimáticas com mais de um substrato
Sequencial (formação do complexo ternário) Creatina cinase Lactato desidrogenase Pingue-pongue ou duplo deslocamento Aspartato aminotransferase

39 Fatores que afetam a velocidade enzimática
Temperatura

40 pH Cada enzima tem seu pH ótimo

41 Influência da concentração de enzima e substrato
tempo [produto] 2[S] [S] 3[S] 4[S] 5[S] [E] Velocidade da reação

42 Introdução à Cinética Enzimática
Estudo da velocidade da reação Pode ser medido por: - Quantidade de produto formado ou - Quantidade de substrato transformado (sempre na unidade de tempo)

43 Atividade enzimática pode ser medida pela velocidade da reação catalisada
tempo [produto] [S] Velocidade da reação

44 Representação de uma reação enzimática em 2 etapas
Cinética enzimática Representação de uma reação enzimática em 2 etapas Após curto tempo - estabilidade dinâmica com relação a [E] e [ES] é alcançado Para uma determinada [S] inicial, haverá um intervalo de tempo em que a velocidade da reação será relativamente constante, chamada de Vinicial, V0 ou simplesmente V da reação

45 Km [ES] = [Et] [S] [S] + (K –1+ K2) / k1) 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

46 Equação de Michaelis-Menten
[ES] = [Et] [S] Se, V0 = k2 [ES] Km + [S] Então: V0 = k2 [Et] [S] Km +[S] Em V máxima [Et] = [ES] Então V max = k2 [Et] Sendo assim Vo = Vmax [S] Equação de Michaelis-Menten

47 Uma propriedade importante:
Vm = 2 Vm . [S] Km +[S] Quando V = Vm 2 . [S] Km +[S] = 2 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]

48 Gráfico Linewevear-Burk
1 [S] v -1 Km Vmax

49 Consequências importantes de Km
Afinidade da enzima pelo substrato Km Afinidade da enzima pelo substrato v 1/V Vmáx V/2 Km Km [S] -1/Km -1/Km 1/s

50 Inibidor Competitivo Inibição enzimática
Inibidores de enzimas são moléculas que interferem com a catálise diminuindo ou interrompendo as reações enzimáticas. Quanto ao tipo de inibição: inibição inespecífica: diminuição da atividade de todas as enzimas por temperatura, pH ou agentes desnaturantes (ex. uréia). inibição específica: agente inibidor diminui a atividade de uma enzima específica ou de um grupo restrito de enzimas. A inibição pode ser irreversível ou reversível. Inibidor Competitivo Inibidor análogo não metabolizável do substrato compete com o mesmo pelo sítio catalítico da enzima livre. Km é modificado, mas Vmáx não é alterada. É necessário de [S] maior para deslocar o inibidor.

51 Intoxicação por metanol
Álcool desidrogenase formaldeído metanol formaldeído metanol formaldeído metanol cegueira Álcool desidrogenase etanol acetaldeído etanol etanol metanol acetaldeído etanol metanol acetaldeído etanol etanol acetaldeído etanol

52 Inibidor Não-Competitivo
1- sem inibidor 2- com inibidor [ I ] 3- com inibidor 2[ I ] Inibidor Não-Competitivo Inibidor se liga numa região deferente do sítio catalítico da enzima. Vmáx diminui, mas o Km não é alterado. [S] maior não diminui a inibição.

53 Inibidor Incompetitivo
1- sem inibidor 2- com inibidor [ I ] 3- com inibidor 2[ I ] Inibidor Incompetitivo O inibidor se liga somente no complexo ES em sítio próprio. Inibidor não possui semelhança estrutural com o substrato. Km e Vmáx da enzima diminuem.

54 1- sem inibidor 2- com inibidor [ I ] 3- com inibidor 2[ I ] Exemplos de inibidores farmacológico 3'-azido-2',3'-didesoxitimidina (AZT) nevirapina sulfonamidas

55 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

56 Ácido acetil salicílico
Inibidor Irreversível O inibidor se liga covalentemente a um grupo funcional da enzima formando um complexo estável. Ácido acetil salicílico

57 Regulação da atividade enzimática das enzimas alostéricas
Funcionam através da ligação não-covalente e reversível de um metabólito regulador (modulador) São maiores e mais complexas, possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas. Não obedecem a cinética de Michaelis-Menten. Tipos de enzimas alostéricas: homotrópica (modulador é idêntico ao substrato); heterotrópica (modulador é diferente do substrato)

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

59 Aspartato Transcarbamilase (ATCase) – síntese de pirimidinas

60 Fosfofrutokinase 1 (PFK-1)
Regulação da atividade enzimática por modificação covalente reversível Fosforilação – Regula inúmeros processos metabólicos ativando enzimas chaves das vias metabólicas.

61 Feedback negativo Coordena o fluxo de enzimas por uma via metabólica.
- A B C D E

62 Ativação proteolítica

63 Aplicações das enzimas
Setor industrial – permitem usarem processos mais econômicos, diminuindo consumo de energia e recursos, mais confiáveis que poluem menos. Saúde – são usadas para detectar algum tipo de doença, ou dano tecidual, ou como marcador de exames. Algumas doenças são causadas pela falta de enzimas (ex. fenilcetonúria; intolerância a lactose).

64 Infarto do miocárdio