Enzimas: Cinética, inibição e regulação

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1 Enzimas: Cinética, inibição e regulação

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

3 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.

4 CATALISA A TRANSFORMAÇÃO BIOQUÍMICA
Enzimas RESÍDUOS DE AAS COM GRUPOS DE CADEIAS LATERAIS QUE SE LIGA AO SUBSTRATO CATALISA A TRANSFORMAÇÃO BIOQUÍMICA

5 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

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

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

8 Classificação das Enzimas

9 Classificação das Enzimas

10 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

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

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

13 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

14 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).

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

16 PROPRIEDADES DAS ENZIMAS
Regulação Localização específica

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

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

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20 Modelos enzimáticos Especificidade enzimática

21 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

22 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.

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

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

25 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

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28 A velocidade da reação é diretamente proporcional à concentração da enzima

29 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)

30 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

31 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

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

33 Inibidores Irrevesíveis

34 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).

35 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

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38 Regulação enzimática Controle alostérico

39 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

40 Aplicações clínicas Imunoensaio
ELISA (Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay)

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

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

43 Aplicações clínicas Biossensores enzimáticos glicose oxidase