apostila004_enzimas_2011_2_002 (3)

(1)

• Catalizadores biológicos:

substâncias de origem biológicas

que aceleram as reações químicas

• As vias metabólicas (sequencias

ordenadas de reações) são

possíveis porque as enzimas

catalizam passos sequencias em

cada via.

• As enzimas também controlam as

vias metabólicas permitindo que o

metabolismo se adapte a

mudanças.

• A maioria das enzimas são

proteínas mas existem também

moléculas de acido ribolnucleico

cataliticamente ativas chamadas

ribozimas.

Cada traço representa uma enzima

Enzimas

Mapa metabólico

A

enzima

B

(2)

Atividade enzimática

• A atividade enzimática é quanto produto é

produzido na presença da enzima por

unidade de tempo em condições químicas

definidas (temperatura, pH, composição de

sais...):

mmol / segundo .

(milimol de produto por segundo) Ou mais freqüentemente:

mol /minuto

(micromol de produto por minuto)

A _B A A _B B A _B A _B A A _B B A _B B B A A en zi m a A _B A A _B B A _B A _B A A _B B A _B B B A A E nz im a 2

(3)

Regulação da atividade enzimática

1. Regulação pelo produto

(feedback negativo)

Enzima

S

Quando o produto se liga ao sítio regulador inativa a enzima

Enzima 1 Enz. 2 _{Enz 3} Enz.₄

S

A

B

C

P

Quando produto da via se liga à enzima regulatória da via inibe sua atividade...

Sítio

regulador

P

Via metabólica ...e, por conseqüência,

inibe a via

1.1 – Inibição pelo produto imediato da enzima

(4)

Regulação da atividade enzimática

2 - Regulação por fosforilação-defosforilação

Enzima

OH

Enzima

OPO

₃-2

cinase

fosfatase

PO

₄-3 Forma ativa

(ou forma inativa)

Forma inativa (ou forma ativa)

ATP

ADP

fosforilação

defosforilação

Cinase: enzima regulatória que fosforila outras enzimas

Fosfatase: enzima regulatória que defosforila outras enzimas A fosforilação é uma modificação covalente reversível

forma

defosforilada

Forma

fosforilada ciclo fosforilação-defosforilação

(5)

Classes de enzimas

• Existem mais de 2000 enzimas conhecidas até hoje

• Um sistema de classificação foi desenvolvido com base

no tipo de reação

• Todas enzimas estão catalogadas num cadastro formado

por quatro números separados por pontos(EC- de

“enzime comission”. Ex.:1.13.11.11 ).

• O primeiro indica a qual das seis grandes classes de

proteínas ela pertençe

• Os dois seguintes indicam sub-classe e sub-subclasse

• O último indica qual é a enzima propriamente dita

(6)

As seis grandes classes de enzimas

(7)

Ex: lactatato desidrogenase:

EC n

o

_{: 1.1.1.27}

• Classe 1 (Oxiredutase)

• Subclasse 1.1: Grupamento CH-OH como doador de elétron

• Sub-subclasse 1.1.1: NAD(P)+ como aceptor de elétron

• Enzima número 1.1.1.27: lactato desidrogenase

Lactato

Piruvato

(8)

Catálise Enzimática

• Enzimas são catalizadores muito eficientes

• Podem aumentar a velocidade de uma reação em até 10

17

vezes(10

17

= 100.000.000.000.000.000)

Exemplos de algumas enzimas e o aumento na

velocidade de reação causado por cada uma delas

(9)

Reação não catalizada

• Para comprender os mecanismos envolvidos na catálise enzimática vamos antes observar uma reação não catlizada:

A + B  C + D

• _{Em solução, os reagentes A e B encontram-se hidratados e movem-se}

randomicamente.

• _{Para que reagam é nescessário que colidam de forma favorável (colisão efetiva)} • _{Quando colidem o complexo A-B passa por um estado de transição que requer}

energia para ser alcançado

• _{Grande parte da energia de ativação é utilizada para remover parte das moléculas de} água que formam a camada de hidratação em torno dos reagentes.

• _{Em virtude desses limitantes a reação aconteçe em extensão muito pequena mesmo} quando termodinâmicamente favorável.

água de hidratação

(10)

Reação catalizada por Enzima

• _{Enzimas são capazes de reunir os reagentes (substratos) dentro de seu centro ativo.}

• _{No centro ativo os substratos ficam numa orientação ótima para ao formação do intemediário} de transição.

• _{A ligação dos substratos ao centro ativo remove boa parte de suas camadas de hidratação.} • A interação com os aminoácidos que formam o sítio ativo favorece a formação do

intermendiário de transição.

(11)

Como a estabilização do estado de

transição favoraçe a reação:

(12)

Princípios de catálise enzimática

a) Aproximação e orientação dos substratos

b) Exclusão de água

c) Estabilização do estado de transição

(13)

Cinética Enzimática

• Velocidade de reação em função das

concentrações dos subastratos

• Determinação do K

m

e da V

max

• Detrminação do ótimo de pH e de

temperatura

(14)

Cinética de Michaelis–Menten

• Velocidade x concentração de substrato • Vmax: velocidade máxima

• Km: concentração de substrato na qual a reação acontece na metade da velocidade máxima

• Na Vmax virtualmente todas as moléculas de enzima estão com seus sitios ativos ocupados

• No Km (constante de Michaelis) metade das moléculas de enzima presentes no meio de reação

estão com seus sítios ocupados.

• Km é uma medida da afinidade da enzima pelo substrato, quanto menor o Km maior a afinidade.

(15)

Tipos de Inibidores

 Competitivos

• Reversíveis: não causam alteração permanente na

enzima, não se ligam covalentemente

 Não competitivos

• Irreversíveis, se ligam covalentemente à enzima

 Alostéricos

• Se ligam em um sítio diferente do sítio catalítico e

alteram a afinidade da enzima

Muitos inibidores são análogos do substrato natural da enzima

Outros são análogos do intermediário de transição

(16)

Cinética enzimática

É o estudo de como a velocidade da enzima varia em função da concentração de substrato [S] mmol/L Velocidade mol/min. 0 0,2 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 [S] mmol/L V el oc id ad e m ol /m in . 25 50 75 100 1 2 3 4 5 6 0 0 0 25 50 74 85 90 94 97 99 Parâmetros cinéticos

Velocidade máxima (V_máx): é a velocidade máxima alcançada pela enzima

Km: é a concentração de substrato que faz com que a enzima funcione na metade da V_máx 0,5mmol/L

V máx

V máx /2

(17)

Inibidores

• Muitas substancias podem afetar processos

metabólicos afetando a atividade de enzimas

• Os inibidores de enzimas são particularmente

importantes

• Uma grande quntidade de remédios atuam como

inibidores enzimáticos(ex: sinvastatina na síntese de

colesterol, aspirina na síntese de prostaglandinas...)

• Metabólitos naturais também estão envolvidos em

processos regulatórios atuando como inibidores

enzimáticos (mecanismo de controle por “feedback” é

muito comum uma via metabólica ser inibida por seu

produto final)

(18)

Inibição competitiva

 Se ligam ao síto ativo mas não podem ser convertidos em produto

 Como inibidor e substrato competem pelo mesmo sítio esse tipo de inibição é

chamado competitiva.

 Podem ser retirados do sítio ativo por um excesso de

substrato, portanto aumenta o Km mas não altera a

velocidade máxima [S] mmol/L V el oc id ad e m ol /m in . 25 50 75 100 1 2 3 4 5 6 0 0 Sem inibidor Inibidor Em conc.2X Inibidor Em conc. X V máx “Km aparente” aumenta V_máxnão muda V máx /2

(19)

Inibição não-competitiva

O inibidor se liga de forma irreversível à enzima

inativando-a

Atua como se diminuísse a concentração de enzima, na verdade diminuí a

concentração de enzima ativa As moléculas que não se ligaram ao inibidor funcionam normalmente, por isso o Km não muda E E-I E E E _E E E E E E-I Inibidor em concentração X E-I E E E E E E E _E E E E E Sem inibidor E-IE E E E E E-I E-I E-I E-I E-I E Inibidor em concentração 2X [S] mmol/L V el oc id ad e m ol /m in . 25 50 75 100 1 2 3 4 5 6 0 0 sem inibidor inibidor na conc. X inibidor na conc. 2X V máx V máx V máx Km V_máxdiminui não muda