Bioquimica - Aula 06 - Enzimas

Enzimas

Enzimas

►

São proteínas que exercem a função de catalisadores biológicos

► Catalisadores são moléculas que favorecem a ocorrência de reações químicas ► Alguns poucos catalisadores biológicos são moléculas de RNA

►

Importância das enzimas

► Permitem as as reações bioquímicas ocorram na velocidade compatível com a

manutenção do ser vivo

► Garantem a especificidade (pureza) dos produtos gerados nos processos metabólicos ► Garantem que cada produto seja sintetizado no momento adequado à sua função

►

A maioria das enzimas são proteínas

1.

Alta eficiência catalítica

► Alto grau de especificidade ao seu substrato ► Podem acelerar reações na ordem de 103 a 1020

2.

Sua atividade pode ser regulada

► Funcionam sob condições muito restritas de pH e temperatura ► Podem ser reguladas alostericamente

3.

Podem atuar acoplando reações

► A maioria das reações bioquímicas ocorrem por meio de cadeias chamadas vias metabólicas ► Estas vias podem ser conectadas por reações acopladas

Propriedades das enzimas

►

Algumas enzimas para desempenharem seu papel catalítico necessitam da

ligação de grupos não proteicos chamados cofatores

► Existem 4 grupos de cofatores que variam com a natureza (orgânica ou inorgânica) e a força com

que se ligam à enzima

► Apoenzima(apoproteína): polipeptídeo sem o grupo prostético ► Holoenzima: polipeptídeo + grupo prostético

►

Atuação de cofatores

► Ação da anidrade carbônica e seu cofator (íon Zn2+)

►

Derivados de nucleotídeos

► As vitaminas são moléculas vitais ao metabolismo e que o

organismo não é capaz de sintetizar

► Várias vitaminas são precursores de coenzimas vitais ao

funcionamento do organismo

► Existem dois grupos de vitaminas:

► Hidrossolúveis: de natureza hidrofílica ► Lipossolúveis: de natureza hidrofóbica

►

NADH

►

Grande parte das enzimas descritas recebem o nome relacionado à função

que desempenham + o sufixo “-ase”

►

De acordo com sua ação catalítica, as enzimas são classificadas em seis

categorias:

Classes de enzimas

1. Oxidorredutases

► Catalizam reações de oxido-redução

► Principais: desidrogenases, oxidases, redutases, oxigenases, peroxidases ► Ex: Enzima lactato desidrogenase

2. Transferases

► Atuam nas reações de transferência de grupos químicos de uma molécula à outra ► Muitas destas enzimas utilizam coenzimas

► Ex: Enzima alanina transaminase

3. Hidrolases

► Catalisam reações de hidrólise

► Hidrólise: reações de quebras de ligações covalentes utilizando a água (OH- e H+)

como aceptores

► Ex: Enzima pirofosfatase (difosfato-fosfo-hidrolase)

4. Liases

► Catalisam reações de quebra de ligações covalentes de forma não hidrolítica ou

oxidativa

► Geram ligações duplas para estabilizar (eletronicamente) os átomos envolvidos na

quebra

► Ex: Enzima piruvato descarboxilase (2-oxo-carboxiacidoliase)

5. Isomerases

► Catalisam alterações estruturais nas moléculas sem a perda de átomos

(isomerizações)

► São reações muito simples e comum pois há apenas um substrato envolvido na

reação

► Ex: Enzima alanina racemase

6. Ligases

► Catalisam a ligação de dois substratos

► São reações endergônicas que ocorrem de maneira acoplada com a quebra da

molécula de ATP (exergônica)

► As ligases são muito comumente chamada de sintetases ► Ex: Enzima glutamina sintetase (L-glutamato:amônia ligase)

Atividade das enzimas

►

Velocidade das reações químicas

► Os níveis de energia livre durante uma reação seguem um determinado padrão

► No pico de energia livre, modificações internas na molécula estão ocorrendo (estado

►

A diferença entre os níveis de energia livre nos estados S ou P e estado de

transição é chamado de variação de energia livre (∆G)

► ∆G alto gera reações lentas ► ∆G baixo gera reações rápidas

Atividade das enzimas

►

Para tirar uma molécula de seu estado fundamental é preciso elevar sua

energia livre

► É preciso fornecer uma energia de ativação

► A energia de ativação desestabiliza a molécula a sofrer a reação ► Desestabilizantes: calor, pressão, íons no meio,…

► O processo para que a molécula “em transição” se transforme em produto é muito

específico

► As moléculas tem que ter energia livre suficiente (desestabilizadas) ► Tem de colidir no momento exato

►

As enzimas atuam diminuindo a energia de ativação das reações bioquímicas

↓ Energia de ativação, ↓ ΔG, reações mais rápidas

Como as enzimas conseguem diminuir a energia de ativação?

► Em resumo

► Fornecem as condições mínimas exatas para desestabilização da região específica da molécula

► Posicionam as moléculas “em transição” do modo ideal para que a colisão entre elas gere o produto

desejado

► Para cada tipo de reação, as condições fornecidas pela enzina para a desestabilização

do substrato é diferente

► Grupos nucleofílicos ou eletrofílicos ► Grupos ácidos ou básicos

►

Grupos atuantes nos sítios catalíticos das enzimas

Exemplo de mecanismo de ação enzimática

► Mecanismo de ação da enzima triose-fosfato isomerase

►

Mecanismo de ação da enzima triose-fosfato isomerase

Passo 1:

► Aminoácidos do sítio ativo da enzima posicionam grupos nucleofílicos (doadores de elétrons) e

eletrofílicos (receptores de elétrons)

Passo 2:

► Aminoácidos do sítio ativo fornecem os grupos para estabilizar a molécula na sua nova forma

(produto)

Exemplo de mecanismo de ação enzimática

► Mecanismo de ação da quimiotripisina (hidrólise)

Atividade das enzimas

Atividade das enzimas

►

A velocidade das reações podem ser influenciadas por fatores do meio

►

As reações bioquímicas tem concentrações limitadas de substratos e

enzimas

Atividade das enzimas

►

A velocidade das reações podem ser influenciadas por fatores do meio

► Cada enzima mantém seus níveis de atividade numa faixa estrita de pH e temperatura do meio ► Consequência do processo de enovelamento de cada enzima

Inibidores

►

São moléculas que diminuem ou interrompem a catálise enzimática

►

Existem dois tipos de inibidores

Inibidores reversíveis

► Moléculas que se ligam reversivelmente à enzima

► Podem ser competitivos, incompetitivos ou mistos

Inibidores irreversíveis

Inibidores reversíveis

Inibidores competitivos

►

Existem dois tipos de inibição competitiva

► Inibição competitiva clássica

Substrato e Inibidor competem com o substrato pelo sítio ativo da enzima

► Inibição competitiva não clássica

A ligação de um deles (S ou I) ao seu sítio atrapalha a ligação do outro em outro sítio

►

Atividade influenciada pela proporção substrato/inibidor

► Mais substrato : mais reação ► Mais inibidor: menos reação

►

Inibição competitiva clássica x não clássica

Inibidores reversíveis

Inibidores incompetitivos

► Moléculas que se ligam a sítios ativos diferentes do substrato ► A ligação do inibidor diminui a eficiência da enzima (V_máx )

Inibidores reversíveis

Inibidores mistos (inibição não competitiva)

► Moléculas que se ligam tanto à outros sítios ativos da enzima quanto ao complexo

Enzima-substrato (ES)

Enzimas reguladoras

►

Os processos bioquímicos ocorrem em vias

► A maioria da conversão das macromoléculas ocorre em vários passos (reações)

catalizados por enzimas

► A velocidade do processo geralmente é limitado por uma ou algumas reações ► A V_max dessas reações ditam o ritmo de todo o processo

► Estas enzimas são ditas reguladoras