Aulas a cargo de Ana Correia-Branco e Rui Fontes Departamento de Bioquímica
Ano lectivo 2012/2013
CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA DE ENZIMAS
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A Comissão de Enzimas da União Internacional de Bioquímica definiu critérios para a classificação e denominação das enzimas.
1- A cada enzima foi atribuído um “número EC” (de Enzyme Commission) que contém 4 números separados por pontos (EC W.X.Y.Z).
Os números W, X e Y referem-se, respetivamente, à classe, subclasse e sub-sub-classe e o número Z é específico de cada enzima.
2- No dia 7-10-2012 estavam classificadas
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enzimas que podem ser consultadas em http://www.expasy.ch/enzyme/3- Em geral uma mesma enzima tem vários nomes e a nomenclatura não é isenta de ambiguidade;
a atribuição de um número E às enzimas é uma tentativa de resolver essa ambiguidade.
Foram definidas 6 classes:
Classe 1: oxi-redútases Classe 2: transférases Classe 3: hidrólases
Classe 4: líases Classe 5: isomérases Classe 6: lígases ou sintétases
4- A classificação é de tipo funcional: diferentes proteínas (com estrutura diferente) mas com a mesma atividade catalítica (como as isoenzimas) têm o mesmo nome e número E.
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| INTRODUÇÃO
3 Exemplos:
fosfoglicomútase (Glicose-1-P ↔Glicose-6-P) mútase do fosfoglicerato (3-fosfoglicerato ↔2-fosfoglicerato) isomérase das hexoses-fosfato (Glicose-6-P ↔ Frutose-6-P)
isomérase das trioses-fosfato (gliceraldeído-3-P ↔dihidroxiacetona-P) epimérase da UDP-galactose (UDP-Galactose ↔UDP-Glicose)
Em geral, nas reações catalisadas pelas isomérases as Keq têm valores não muito diferentes de 1 ( ∆G°não muito diferente de 0) e são fisiologicamente reversíveis. As isomérases (EC 5.x.y.z) catalisam a interconversão
de dois isómeros: A↔B
Em rigor, as isomérases são as únicas enzimas em que se pode falar do substrato da enzima no singular. P Glicose-6-fosfato P Glicose-1-fosfato C6 C1
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| ISOMÉRASES
FOSFOGLICOMÚTASE
Isómeros: dois compostos com a mesma fórmula molecular mas com diferente fórmula estrutural.
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Em geral, quando à frente do nome de um composto se coloca o sufixo “ase” a enzima é uma hidrólase (maltase, amílase, fosfolípase, lípase, ATPase, glutamínase ...).
Quase sempre catalisam reações fisiologicamente irreversíveis. Exemplos de ligações que podem sofrer rotura hidrolítica: 1- éster (produtos = álcool + ácido)
ou tioéster (produtos = tiol + ácido)
2- lactona (produtos = álcool + ácido; notar que neste caso, porque a lactona é “um éster interno”: A + H2O →B)
3- anidrido (produtos = ácido + ácido)
4- amida (produtos = ácido + amina ou amónio)
5- osídicas (produtos = semi-acetal + álcool ou semi-acetal + semi-acetal ou semi-acetal + ácido ou o semi-acetal + amina)
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| HIDRÓLASES
Nas reações catalisadas pelas hidrólases (EC 3.x.y.z) um dos reagentes é a água e o substrato rompe-se nas
suas partes constituintes: AB + H2O →→→→A + B
Alguns exemplos de fosfátases: Pirofosfátase inorgânica (PPi + H2O→2Pi) ATPase (ATP + H2O→ADP + Pi) Glicose-6-fosfátase (glicose-6-P + H2O →→→→glicose + Pi) Glicose P + P H2O Glicose-6-fosfato Fosfato inorgânico P + P H2O
Pirofosfato inorgânico 2 Fosfato inorgânico
P O P
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| HIDRÓLASES
As fosfátases são hidrólases em que um dos produtos é o fosfato inorgânico (Pi). As reações catalisadas pelas fosfátases chamam-sedesfosforilações.
Uma transférase catalisa uma reação em que um resíduo T é transferido de XT para Y (ou, tendo em conta a reação inversa, de YT para X).
São exemplos de transférases:
1- cínases (ATP + Aceitador →ADP + Aceitador-P) 2- fosforílases (Dador-T + Pi→Dador + T-P)
3- pirofosforílases (Aceitador-T + PPi←Aceitador + T-PP)
4- transférases de uridilato (dador-UMP + aceitador →dador + aceitador-UMP)
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
Nas reações catalisadas pelastransférases (EC 2.x.y.z) um substrato dador cede um grupo químico ou um resíduo a um outro substrato (o substrato aceitador) que o aceita:
XT + Y →X + YT
7 Nas reações catalisadas por cínases o resíduo transferido é um fosfato e, em geral, o dador de fosfato é o ATP (ou o GTP) que cede o fosfato γ(o terceiro) a um aceitador.
Numa reação enzímica do tipo: ATP + Y→ADP + Y-P
a enzima denominar-se-ia cínase do Y sendo Y o substrato que aceita o fosfato γdo ATP.
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
As cínasessão fosfotransférasesque catalisam reações do tipo: ATP + Y →ADP + Y-P.
As reações catalisadas pelas cínases chamam-sefosforilações.
Glicose P Glicose-6-fosfato ATP ADP Cínase da glicose P Frutose-6-fosfato ATP ADP P P Frutose-1-6-bisfosfato Cínase da frutose-6-fosfato Fosfoenolpiruvato P Piruvato ADP ATP Cínase do piruvato
A denominação das cínases não têm em linha de conta o sentido em que a reação ocorre nos seres vivos:
(1) a cínase do piruvatocatalisa in vivo a fosforilação do ADP pelo fosfoenolpiruvato.
(2) acínase do adenilato(=AMP) catalisa a fosforilação do AMP pelo ATP (mas também a reação inversa; é fisiologicamente reversível): ATP + AMP↔↔↔↔2 ADP
9 Numa reação enzímica do tipo: ATP + Y↔ ADP + Y-P
a enzima denominar-se-iacínase do Ye a regra mantém-se mesmo quando o aceitador é outra enzima.
Exemplo: a cínase da desidrogénase do piruvato catalisa a fosforilação da desidrogénase do piruvato (PDH) pelo ATP
Em geral,
quando existe uma cínase
que catalisa a fosforilação de um substrato A existe também uma fosfátase (hidrólase)
que catalisa a desfosforilação do substrato A fosforilado … e ambas as reações são (quase sempre) fisiologicamente irreversíveis
Piruvato Acetil-CoA NAD+ NADH CoA CO2
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
10 A cínase da glicosee a fosfátase da
glicose-6-fosfatotêm papeis metabólicos opostos, mas as
Quando uma cínase e a fosfátase que se lhe opõe estão simultaneamente ativas a reação soma é a hidrólise de ATP
A reação inversa da fosforilação da glicose por ação da cínase da glicose seria a fosforilação do ADP (a ATP) pela glicose-6-P…
A + ATP
→
ADP + A-P
A-P + H
2O
→
A + Pi
Quando isto acontece falamos em “ciclos de substrato”. reações que catalisam não são a
inversa uma da outra.
Glicose Pi ATP ADP v = 10
J= 90
v = 100 H2O Glicose-6-PCínase da glicose
Fosfátase da glicose-6-P = Glicose-6-Pase
As ações das cínases e das fosfátases nãosão reações inversas.
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
11 PKA(ligada
ao AMPc)
O recetor da insulinaé uma cínaseque,
quando a insulina está ligada,
catalisa a fosforilação de proteínas citoplasmáticas chamadas “substratos do recetor da insulina”.
Algumas cínases (como a PKA; cínase de proteínas dependente do AMP cíclico) são relativamente inespecíficas catalisando a fosforilação de muitas enzimas e essa fosforilação pode ativar ou inibir essas enzimas.
ATP + síntase do
glicogénio
(ativa)
ADP + síntase do
glicogénio fosforilada
(inativa)
NOTA: Alguns recetores celulares, têm actividade catalítica, e são portanto
enzimas.
Numa reação do tipo: XT + Pi →X + T-P
a enzima denominar-se-ia fosforílase do XT (T é o resíduo transferido)
...e XT sofre uma fosforólise: XT rompe-se (lise) por ação do fosfato inorgânico (Pi). Exemplo de fosforílase: A fosforílase do glicogénio catalisa a fosforólise do glicogénio Glicose-glicose-glicose...+ Pi → glicose-glicose...+ Glicose-1-P
As fosforílasessão transférases em que o substrato aceitador é o fosfato inorgânico (Pi): XT + Pi →X + T-P.
As reações catalisadas pelas fosforílases denominam-se fosforólises
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
13 Numa reação do tipo XT + PPi→→→→X + T-P-P
a enzima denominar-se-ia pirofosforílase do XT
...e XT sofre pirofosforólise: rompe-se (lise) por ação do pirofosfato inorgânico (PPi). Exemplo de pirofosforílase:
Pirofosforílase do UDP-Glicose
Para compreender porque se denomina pirofosforílase do uridina-difosfato de glicose (UDP-glicose) à enzima que catalisa a reação
Glicose-1-P + UTP →UDP-glicose + PPi, temos de pensar na reação inversa àquela que, de facto, ocorre nas células dos seres vivos.
A reação inversa é a pirofosforólise do UDP-glicose.
As pirofosforílasessão transférases em que o substrato aceitador do resíduo transferido é o pirofosfato inorgânico (PPi): XT + PPi →X + T-P-P.
As reações catalisadas pelas pirofosforílases denominam-se pirofosforólises.
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
14 O UMP (uridina-monofosfosto) também se designa de uridilato.
Galactose-P Glicose-P-P-uridina Galactose-P -P-uridina Glicose-P Galactose-1-P UDP-Glicose UDP-Galactose Glicose-1-P Uridiltransférase da galactose-1-P
As transférases de uridilato (uridil-transférases)são enzimas em que o resíduo transferido é o UMP (e não se forma nem se consome PPi inorgânico):
X-UMP + Y « X + Y-UMP.
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
15 Nas reações catalisadas pelas lígases a
energia libertada no processo de hidrólise do ATP permite a combinação de dois reagentes A e B. Ou, considerando o sentido inverso, que a energia libertada na cisão de AB permite a síntese de ATP.
Sintétase do AB
Aslígases(ousintétases) (EC 6.x.y.z) catalisam reações que podem ser lidas como sendo o somatório de duas reações: uma de hidrólise do ATP e outra de combinação de duas substâncias.
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| LÍGASES
ATP + A + B ↔↔↔↔ADP + Pi + AB ou ATP + A + B ↔↔↔↔AMP + PPi + AB
16 Nalgumas lígases o nucleosídeo
trifosfato envolvido na reação não é ATP mas o GTP.
No ciclo de Krebs a reação catalisada pela sintétase de succinil-CoA (uma das isoenzimas) evolui no sentido da rotura do succinil-CoA e síntese de GTP:
GDP + Pi+succinil-CoA→succinato + CoA+GTP
Podemos considerar, conceptualmente,
que a sintétase de succinil-CoA faz a acoplagem de duas reações:
Succinil-CoA + H2O →Succinato + CoA (reação exergónica) ∆G1<0
GDP + Pi→GTP + H2O (reação endergónica) ∆G2>0
GDP + Pi + Succinil-CoA ↔GTP + Succinato + CoA ∆G(1,2)=∆G1+∆G2
17 Ou, pensando na reação inversa:
são líases as enzimas que catalisam reações em que um composto se rompe dando origem a dois produtos sendo que um destes produtos contém uma dupla ligação que não existia no composto que lhe deu origem: ABC «A=B + C
Frequentemente o composto C é a água mas aqui, ao contrário do caso das hidrólases, a reação de C com A=B não resulta na lise de A=B.
Nas reações catalisadas pelaslíases(EC 4.x.y.z) um dos reagentes que contém uma dupla ligação combina-se com um segundo reagente de tal maneira que o produto já não contém a dupla ligação: A=B + C « ABC
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| LÍASES
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Exemplos de nomes associados a oxi-redútases:
Desidrogénases Redútases Oxídases Oxigénases Peroxídases Catálase Dismútases
dinucleotídeos são substratos
catalisam reações de dismutação
O
2é o oxidante direto
o H
2O
2é reduzido a água...
As
oxi-redútases
(EC 1.x.y.z)
catalisam
reações de oxi-redução
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| OXI-REDÚTASES
19 1) As desidrogénasessão oxi-redútases que catalisam reações do tipo:
AH2+ NAD+ NADP+ FAD FMN A + NADH NADPH FADH2 FMNH2 desidrogénasede AH2 NAD+
NADH Desidrogénase do NADH
(não se chama desidrogénase do ubiquinol) Ubiquinona Ubiquinol Piruvato Acetil-CoA NAD+ NADH Coenzima A CO 2 Desidrogénase do piruvato NAD+ lactato NADH Desidrogénase do lactato Piruvato OX RED
2) As redútasestambém são oxi-redútases. A maioria dasredútases catalisa reações do mesmo tipo das desidrogénases mas o redutor é o NADPH...
AH2+ NAD+ NADP+ FAD FMN A + NADH NADPH FADH2 FMNH2 redútase do A NADPH NADP+ 2 e- H+ H+
Exemplo: redútase do glutatião;
NADPH + dissulfureto de glutatião (GSSG) →NADP++ 2 glutatião (2GSH) OX
21 3) As oxídasestambém são oxi-redútases. Catalisam reações em que o O2 é um dos reagentes
que se reduz a H2O, a peróxido de hidrogénio (H2O2) ou a superóxido (O2•-).
2 cyt. c (Fe2+) + ½ O 2 2 cyt. c (Fe3+) + H2O oxídase do citocromo c NADPH + 2 O2 NADP++ 2 O 2•••• -oxídase da NADPH
4) Asmono-oxigénases(também chamadas oxigénases de função mista) também são oxi-redútases. Catalisam reações em que o O2é o oxidante direto, sendo que um dos átomos de
oxigénio se vai incorporar num composto orgânico que é oxidado e o outro vai formar água. São frequentemente chamadas hidroxílases; neste caso seria hidroxílase do VH (no exemplo está a reação catalisada pela hidroxílase da fenilalanina)
WH2 VOH O2 VH W H2O tetrahidrobiopterina tirosina O2 fenilalanina H2O dihidrobiopterina
5) As peroxídasestambém são oxi-redútases. Catalisam reações em que o H2O2é o agente
oxidante direto de um composto orgânico.
2 e- 2H+
H2O2 2 H2O
Exemplo: a peroxídase do glutatião é a mais conhecida
2 Glutatião (2 GSH) + H2O2→dissulfureto de glutatião (GSSG) + 2 H2O
23 A palavra síntase(não confundir com sintétase) está popularmente associada a algumas enzimas e as síntases podem pertencer a diferentes classes.
1- A síntase do glicogénio
é de facto uma transférase.
Algumas vezes o nome que foi originalmente atribuído a uma enzima (síntase do composto X), embora fora da nomenclatura sistemática, manteve-se o mais popular ao longo dos anos.
2 - A síntase do ATP
é de facto uma hidrólase (e, simultaneamente um transportador de protões).
ADP + Pi →ATP + H2O
A componente exergónica do processo é o transporte de protões através de um componente da enzima que está mergulhado na membrana interna da mitocôndria. Os protões deslocam-se a favor do seu gradiente electroquímico.
