As enzimas atuam ainda como reguladoras deste conjunto complexo de reações.

ENZIMAS

 As enzimas são proteínas especializadas na catálise de reações biológicas. Elas estão entre as biomoléculas mais notáveis

devido a sua extraordinária especificidade e poder catalítico, que são muito superiores aos dos catalisadores produzidos pelo homem. Praticamente todas as reações que caracterizam o

metabolismo celular são catalisadas por enzimas.

 Como catalisadores celulares extremamente poderosos, as

enzimas aceleram a velocidade de uma reação, sem no entanto participar dela como reagente ou produto.

 As enzimas atuam ainda como reguladoras deste conjunto complexo de reações.

 As enzimas são, portanto, consideradas as unidades funcionais do metabolismo celular.

ENZIMAS

 Sem a atividade enzimáticas muitas reações químicas

dificilmente aconteceriam

CONDIÇÕES DA

REAÇÃO ATIVAÇÃO (Kcal/mol) ENERGIA LIVRE DE VELOCIDADE RELATIVA

Sem catalisador 18,0 1

Enzima Catalase 5,5 6,51 X 108

H

O

Catalase

H

O

₊

O

1 molécula de Catalase _{5.000.000 de moléculas de H} Decompõe

2O2

Uma via metabólica linear. Nesta via, o reagente A é convertido no produto F após cinco

etapas, sendo que cada etapa é catalisada por uma enzima específica para cada reação

Inibição retroativa. A regulação de uma via biossintética por inibição retroativa

(“feedback”). A isoleucina a partir da treonina, o acúmulo do produto, isoleucina, provoca a inibição da primeira reação da via; a isoleucina liga-se à enzima que catalisa esta

Nomenclatura e classificação das

Enzimas

 As enzimas têm sido nomeadas pela adição do sufixo “ase” ao nome

de seu substrato, ou à palavra ou frase que descreve sua atividade. Por exemplo, a urease catalisa a hidrólise da uréia.

 Algumas possuem seus nomes independente de seu substrato ou

atividade, como por exemplo a pepsina e a tripsina

 Algumas possuem dois nomes e outras vezes dois nomes são usados

para designar a mesma enzima.

Considerando o número de enzimas descobertas e vários

problemas de nomenclatura, foi adotado um sistema internacional para nomear e classificar as enzimas.

1955 - Comissão de Enzimas (EC) da União Internacional de

Bioquímica (IUB)  nomear e classificar.

Cada enzima  código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de

reação catalisada:

1° dígito - classe

2° dígito - subclasse

3° dígito - sub-subclasse

4° dígito - indica o substrato

1. Oxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons) 1.1.atuando em CH-OH 1.2.atuando em C=O 1.3.atuando em C=O- 1.4.atuando em CH-NH₂ 1.5.atuando em CH-NH- 1.6.atuando em NADH, NADPH

2.Transferases (transferem grupos funcionais entre moléculas)

2.1.grupos com um carbono 2.2.grupos aldeído ou cetona

2.3.grupos acil 2.4.grupos glicosil

2.7.grupos fosfatos 2.8.grupos contendo enxofre

3.Hidrolases (reações de hidrólise)

3.1.ésteres 3.2.ligações glicosídicas 3.4.ligações peptídicas 3.5.outras ligações C-N 3.6.anidridos ácidos



Classes

4.Liases (catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico)

4.1. =C=C= 4.2. =C=O 4.3. =C=N-

5.Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros)

5.1.racemases

6.Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-existentes, sempre às custas de energia)

6.1. C-O 6.2. C-S

6.3. C-N 6.4. C-C



Subclasses

Exemplos de

Subclasses

Tipo de reação catalisada

Classe

Hidratases

Adicionam H

O à ligas duplas Liases

Quinases

Transferem fosforilas do ATP

Transferase

Mutases

Movem fosforilas dentro da

mesma molécula

Isomerase

Sintases

Síntese independente de ATP Transferases

Sintetases

Síntese dependente de ATP

Ligases

ADP + D-Glicose-6-fosfato

ATP + D-Glicose

ATP: glicose fosfotransferase

E.C. 2.7.1.1

2 - classe - Transferases

7 - subclasse - Fosfotransferases

1 - sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila como receptor

Atividade Enzimática – Sítio Ativo

As enzimas são muito específicas para os seus substratos.

Esta especificidade pode ser relativa a apenas um

substrato ou a vários substratos ao mesmo tempo.



Esta especificidade se deve à existência, na superfície da

enzima de um local denominado sítio de ligação do

substrato.

◦ O sítio de ligação do substrato de uma enzima 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.

◦ O sítio de ligação do substrato é capaz de reconhecer inclusive

isômeros óticos "D" e "L" de um mesmo composto. Este sítio pode conter um segundo sítio, chamado sítio catalítico ou sítio ativo, ou estar próximo dele; é neste sítio ativo que ocorre a reação

E

+

S

E

S

P

+

E

Substrato se liga ao

SÍTIO ATIVO

da enzima

ENZIMAS

mm entre 12.000 – 1.000.000 Da

Cadeia de aminoácidos Com estrutura terciária

Íons inorgânicos Moléculas orgânicas Molécula metalorgânica (Coenzima) Proteína Cofator Cofator ligado covalentemente = grupo prostético Holoenzima = molécula completa Apoproteína ou Apoenzima

LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO

Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das enzimas originou  Chave-Fechadura, que considera que a enzima possui sitio ativo complementar ao substrato.

Koshland (1958): Encaixe Induzido, enzima e o substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição.



Fatores que alteram a velocidade de reações

enzimáticas:



pH



Temperatura



Concentração da enzima



Concentração do substrato



Presença de inibidores

INFLUÊNCIA DO pH

O efeito do pH sobre a enzima deve-se às variações no estado de ionização dos componentes do sistema à medida que o pH varia. Enzimas  grupos ionizáveis, existem em ≠ estados de ionização.

ENZIMA pH ÓTIMO Pepsina 1,5 Tripsina 7,7 Catalase 7,6 Arginase 9,7 Fumarase 7,8

A estabilidade de uma enzima ao pH depende: - temperatura;

- força iônica;

- natureza química do tampão;

- concentração de íons metálicos contaminantes;

- concentração de substratos ou cofatores da enzima; - concentração da enzima.

INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA

 temperatura dois efeitos ocorrem:

 a taxa de reação aumenta, como se observa na

maioria das reações químicas;

 a estabilidade da proteína decresce devido a

desativação térmica.

 Enzima  temperatura ótima para que atinja sua atividade máxima, é a temperatura

máxima na qual a enzima possui uma atividade cte. por um

ENZIMA TEMPERATURA ÓTIMA (°C)

Pepsina 31,6

Tripsina 25,5

Urease 20,8

 O efeito da temperatura depende:

 pH e a força iônica do meio;

 a presença ou ausência de ligantes.

 Acima desta temperatura, o  velocidade de reação devido

a temperatura é compensado pela perda de atividade catalítica devido a desnaturação térmica.

INFLUÊNCIA DA [E]

 Velocidade de transformação do S em P depende da quantidade de E.

 Desvios da linearidade ocorrem:

 Presença de inibidores na solução de enzima;  Presença de substâncias tóxicas;

 Presença de um ativador que dissocia a enzima;  Limitações impostas pelo método de análise.

 Recomenda-se:

 Enzimas com alto grau de pureza;  Substratos puros;

INIBIÇÃO ENZIMÁTICA

Inibidores - qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática.

INIBIDORES

REVERSÍVEIS

IRREVERSÍVEIS

INIBIÇÃO COMPETITIVA

Inibidor competitivo concorre com o S pelo sitio ativo da E

livre.

I  análogo não metabolizável, derivado de um S verdadeiro, S substituto da E ou um P da reação.

INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA

Inibidor não-competitivo se liga reversivelmente, aleatória e independentemente em um sítio que lhe é próprio.

INIBIÇÃO INCOMPETITIVA

Inibidor incompetitivo se liga reversivelmente, em um sítio próprio, ao complexo ES.

INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL

I se combina com um grupo funcional, na molécula da E, que é essencial para sua atividade.

Podem promover a destruição do grupo funcional Forma-se uma ligação COVALENTE entre o I e a E.

K₂

E

+

P

E

+

S

_E

_S

E

I

+

I

ENZIMAS REGULATÓRIAS

 Controlam a etapa limitante em uma cadeia de reações

enzimáticas.

 Tem sua atividade catalítica aumentada ou diminuída em

resposta a determinados sinais, moléculas sinalizadoras (pequenos metabólicos ou cofatores).

 Classes de enzimas reguladoras:  Enzimas alostéricas;

 Enzimas reguladas pela modificação covalente

Enzimas alostéricas

 São maiores e mais complexas, possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas.

Funcionam através da ligação não-covalente e reversível de um

metabólito regulador chamado modulador;

 Moduladores podem ser inibidores ou ativadores;

Enzimas reguladas pela modificação covalente reversível

Grupos químicos são ligados covalentemente e removidos da

enzima reguladora por enzimas ≠, podem ser: fosfato, adenosina monofosfato, grupos metil, etc.

ENZIMAS –

APLICAÇÕES

ENZIMA FONTE APLICAÇÃO

Papaína mamão Ajuda na digestão, Médica, _{bebidas, carnes} Bromelina abacaxi Ajuda na digestão, Médica, _{bebidas, carnes}

Diastase malte Panificação, xarope

Pepsina mucosa gástrica _suíno Amaciamento de carne Lipase Candida rugosa Tratamento de efluentes

 Processos mais econômicos com menor consumo de energia e

recursos;

 São eficientes; Muito específicas;

 Permite produção segura e ambientalmente amigável.  Origem vegetal, animal ou microbiana

 Proteases

 Leite: na preparação do leite de soja.

 Carnes e Peixes: recuperação de proteínas do osso

ou espinha.

 Vinhos: clarificação.

 Queijo: coagulação da caseína.

 Lactase

 Sorvete: prevenção da cristalização da lactose.  Leite: estabilização das proteínas do leite em leites

congelados por remoção da lactose. Hidrólise da lactose, permitindo o uso por adultos deficientes na lactase

intestinal e em crianças com deficiência em lactase congênita.

 -amilase

 Fermentados: conversão do amido a maltose por

fermentação. Remoção da turbidez do amido

 Cereais: conversão do amido a dextrinas e maltose.  Chocolate/cacau: liquefação do amido

 Peroxidase

 Deterioração - Frutas: contribui na reação de

escurecimento.

• Polifenoloxidase

• Chá/Café: desenvolvimento do escurecimento durante o amadurecimento e fermentação.

• Deterioração - Frutas e Vegetais: reação de escurecimento e perda de vitaminas.

Enzimas utilizadas em rações para aves.

Enzima Substrato Efeito

Xilanase Arahinoxilanas Redução da viscosidade da _digesta Glucanases Β-glucanas digesta – Menor umidade na Redução da viscosidade da

cama

Enzimas utilizadas em tratamento de efluentes.

Enzima e fonte Poluentes e efluentes

Azorredutase (Pseudomonas luteola) Indústria de tinta

Catalase (Baccilus sp.) Remoção de H2O2 presente em efluentes de

branqueamento de tecidos

-glicosidase e Manganês peroxidase Remoção de corantes azo na industria de alimentos e da industria têxtil

Polifosfatase e Fosfotransferase Remoção de fosfato biológico de efluentes Protease pronase (Pseudomonas

aeruginosa) Inativação de vírus bacteriófago Cox A9 de efluentes, para reutilização da água

Naftaleno-dioxigenase Remoção de naftaleno

Lipase (Penicillium P4) Remoção do teor de DQO de efluentes de óleo de oliva

(Candida rugosa) Redução do teor de lipídeos e DQO efluentes avícolas

(pâncreas de porco) Redução do teor de lipídeos e SS de efluentes da indústria de derivados lácteos