CATÁLISE ENZIMÁTICA
Prof. Harley P. Martins Filho
• Catálise enzimática
Enzimas: proteínas ou ácidos nucleicos que contém um sítio
ativo responsável pela ligação com o substrato (reagente) e pela
transformação deste em produto.
Modelos para o “atracamento” substrato-enzima:
Chave-e-fechadura: Substrato tem a
forma exatamente correspondente à do sítio ativo
Ajuste induzido: Enzima deve
deformar-se para o atracamento.
Tratamento da AIDS: uso de um inibidor de protease, enzima que regula a formação do envelope proteico que envolve o material genético do vírus.
Enzima hexoquinase: catalisa a fosforilação de hexoses (açúcares com seis átomos de C, como a glicose) com adenosina trifosfato.
Em azul: sítio ativo. Em amarelo: cofator Mg2+. Cofatores: componentes adicionais (cátions metálicos, compostos orgânicos)
necessários à atividade catalítica.
Ajuste induzido força a enzima a se fechar por cima dos substratos.
Esta reação é o primeiro passo na utilização da energia da glicose em vários processos.
• Mecanismo da catálise enzimática
Estudo cinético de enzimas é baseado na medida da velocidade inicial da formação de produtos em uma solução na qual a enzima está em concentração muito baixa.
Características da cinética enzimática:
1. Para uma dada concentração inicial do substrato, [S]0, d[P]/dt inicial é linearmente proporcional à concentração inicial nominal da enzima, [E]0.
v0
2. Para um dado valor de [E]0e baixos valores de [S]0, d[P]/dt é linearmente proporcional a [S]0.
3. Para um dado valor de [E]0e altos valores de [S]0, d[P]/dt é independente de [S]0, atingindo um valor máximo, vmax.
Mecanismo de Michaelis-Menten
E + S ⇌ ES ka, k’a (complexo)
ES P + E kb
Formação do produto: v = kb[ES] (I)
Intermediário:
Aproximação do estado permanente: d[ES]/dt = 0
(II) Após o período de indução, [S] [S]0, mas [E] é muito mais baixa que [E]0. ] [ ] [ ] ][ [ ] [ ES k ES k S E k dt ES d b a a
]
][
[
]
[
E
S
k
k
k
ES
b a a
Introdução da concentração total inicial da enzima: [E]0= [E] + [ES] [E] = [E]0– [ES] Substituindo em (II):
De onde podemos chegar a:
Substituindo em (I) com [S] ≈ [S]0para v inicial, chegamos à equação de Michaelis-Menten:
]
[
1
1
]
[
]
[
0S
k
k
k
E
ES
a b a
[
]
[
]
[
]
]
[
E
0ES
S
k
k
k
ES
b a a
0 0 0 0 0]
[
1
1
]
[
]
[
1
1
]
[
S
K
E
k
S
k
k
k
E
k
v
M b a b a b
KM= Constante de Michaelis, característica de cada par
enzima-substrato
Consequências da equação:
1. Para um valor fixo de [S]0, v0é proporcional a [E]0em 1ªordem. 2. Quando [S]0<< KM, 1 + KM/[S]0KM/[S]0
v0é proporcional a [S]0em 1ªordem.
3. Quando [S]0>> KM, 1 + KM/[S]01
Toda a enzima está na forma de M b K E S k v 0 0 0 ] [ ] [ max 0 0
k
[
E
]
v
v
b
a b a Mk
k
k
K
Substituindo definições de KMe vmaxna equação de Michaelis-Menten,
Invertendo os dois lados da equação:
Gráfico de Lineweaver-Burk:
Coef. angular = KM/vmax Coef. linear = 1/vmax
0 max 0
]
[
1
S
K
v
v
M
0 max max 0[
]
1
1
1
S
v
K
v
v
M
Exercício 26.19(a) do Atkins e de Paula, 7aed.:
Medidas da eficiência das enzimas
Constante catalítica (turnover number): número máximo de
moléculas de produto formadas por uma molécula de enzima em uma unidade de tempo:
Mas vmax= kb[E]0(michaelis-Menten) kcat= kb
Eficiência também pode ser avaliada em condições de baixa concentração de substrato. Cálculo da [S]0para uma v0de 50% de
vmax:
0 max 0 max max max o o ] [ ] E [ / ] P [ / / / ) P ( / ) P ( enzima de moléculas n / produzidas moléculas nmax E v t V n t V n n t n t k enzima enzima cat M M M K S S K S K v v 0 0 0 max max 2 [ ] ] [ 1 ] [ 1 2 1 Quanto menor KM,mais eficiente a enzima, para concentrações moderadas de substrato.
vmaxmenor (mas
KMmenor )
vmaxmaior (mas
KMmaior)
Inverso de KMé a relação entre a constante de velocidade para a formação do complexo e as constantes para as “desformações” indica o grau de afinidade do substrato pela enzima.
A eficiência catalítica(specificity constant) considera os dois parâmetros de eficiência: b a a M k k k K 1
Exemplo: para a catalase é 4,0108L mol-1s-1
M cat
K
k
v0 [S]0Dois processos enzimáticos diferentes com mesma concentração inicial das enzimas:
