Quando a [S] - Odontologia Sorocaba 2016

ENZIMAS
Propriedades
- Nomenclatura
-Aplicabilidade
-
INTRODUÇÃO - DEFINIÇÃO
ENZIMAS
Aminoácidos:
H

R
C*
Definição:
 Catalisadores biológicos;
NH2
 Longas cadeias de pequenas moléculas chamadas
aminoácidos.
COOH
Função:
 Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou
juntando-as para formar novos compostos.
 Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA
com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas
as enzimas são PROTEÍNAS.

ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS

Apresentam alto grau de especificidade;

São produtos naturais biológicos

Reações baratas e seguras;
São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações
(108 a 1011 + rápida);


São econômicas, reduzindo a energia de ativação;
Não são tóxicas;
 Condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do
solvente e força iônica.

ENZIMAS – NOMENCLATURA
Século XIX - poucas enzimas identificadas
- Adição do sufixo ”ASE” ao nome do substrato:
* gorduras (lipo - grego) – LIPASE
* amido (amylon - grego) – AMILASE
- Nomes arbitrários:
* Tripsina e pepsina – proteases
ENZIMAS – CATALISADORES
Aceleram reações químicas
Catalase
H2O2
Ex: Decomposição do H2O2
Condições da Reação
H2O +
O2
Energia livre de Ativação
KJ/mol
Kcal/mol
Velocidade
Relativa
Sem catalisador
75,2
18,0
Platina
48,9
11,7
2,77 x 104
Enzima Catalase
23,0
5,5
6,51 x 108
1
ENZIMAS – CATALISADORES
Não são consumidos na reação
H2O2
Catalase
E+S
H2O + O2
E+P
ENZIMAS – CATALISADORES
Atuam em pequenas concentrações
1 molécula de Catalase
decompõe
5 000 000 de moléculas
de H2O2
pH = 6,8 em 1 min
Número de renovação = n° de moléculas de
substrato convertidas em produto por uma única
molécula de enzima em uma dada unidade de tempo.
ENZIMAS – CATALISADORES
Não alteram o estado de equilíbrio
•Abaixam a energia de ativação;
•Keq não é afetado pela enzima.
Não apresenta efeito termodinâmico global
•G não é afetada pela enzima.
Energia de ativação sem enzima
Diferença entre
a energia livre
de S e P
S
P
Energia de ativação com
enzima
Caminho da Reação
ENZIMAS
COMPONENTES DA REAÇÃO
E+S
ES
Substrato se liga ao
SÍTIO ATIVO
da enzima
P+E
ENZIMAS – SÍTIO ATIVO
Região da molécula enzimática
da reação com o substrato.
que participa
Pode possuir componentes não protéicos:cofatores.
Possui aminoácidos auxiliares e de contato.
Porção protéica
Cofator
APOENZIMA
HOLOENZIMA
Grupamento
prostético
Ativador:Íons inorgânicos
que condicionam a ação
catalítica das enzimas. Fe²+
Coenzima: molécula
orgânica complexa.NAD+
ENZIMAS – COFATOR
 Algumas enzimas que contêm ou necessitam
de elementos inorgânicos como cofatores
ENZIMA
COFATOR
PEROXIDASE
Fe+2 ou Fe+3
CATALASE
CITOCROMO OXIDASE
Cu+2
ÁLCOOL DESIDROGENASE
Zn+2
HEXOQUINASE
Mg+2
UREASE
Ni+2
ENZIMAS – COENZIMAS
 Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis
 Classificam-se em:
- transportadoras de hidrogênio
- transportadoras de grupos químicos
 Transportadoras de hidrogênio
Coenzima
Abreviatura Reação
Origem
catalisada
Nicotinamida adenina NAD+
Oxi-redução Niacina ou
dinucleotídio
Nicotinamida adenina NADP+
dinucleotídio fosfato
Flavina adenina
FAD
dinucleotídio
Vitamina B3
Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Oxi-redução Riboflavina ou
Vitamina B2
ENZIMAS
 Oxidorredutases: São enzimas que catalisam
reações de transferência de elétrons, ou seja:
reações de oxi-redução. São as Desidrogenases e as
Oxidases.
Transferases : Enzimas que catalisam reações de
transferência de grupamentos funcionais como
grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Como
exemplo temos as Quinases e as Transaminases.
Hidrolases : Catalisam reações de hidrólise de
ligação covalente. Ex: As peptidades.
 Isomerases:
Catalisam
reações
interconversão entre isômeros ópticos
geométricos. As Epimerases são exemplos.
de
ou
Ligases: Catalisam reações de formação e novas
moléculas a partir da ligação entre duas já
existentes, sempre às custas de energia (ATP). São
as Sintetases.
ENZIMAS – 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.
ENZIMAS – LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO
Koshland (1958): Encaixe Induzido , enzima e o
o substrato sofrem conformação para o encaixe. O
substrato é distorcido para conformação exata do
estado de transição.
ENZIMAS – ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Fatores que alteram a velocidade de reações
enzimáticas:
-
pH;
temperatura;
concentração das enzimas;
concentração dos substratos;
presença de inibidores.
ENZIMAS – 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.
Lipídios
Lipídios
ENZIMAS – INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
  temperatura dois efeitos ocorrem:
(a) a taxa de reação aumenta, como se observa na
maioria das reações químicas;
(b) 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 período
de tempo.
Influência da concentração de substrato
sobre a atividade enzimática
•Mantidas fixas as condições de
- temperatura ótima
- pH ótimo
- [enzima]
[S]
Lipídios
Influência da concentração de substrato
sobre a atividade enzimática
Baixa concentração de substrato
S +
E
E
E
E
S
E
E
E
E
E
E
E
E
+
P
P
Formação do produto é PROPORCIONAL à
concentração de substrato
Lipídios
Influência da concentração de substrato
sobre a atividade enzimática
3/4 de saturação do centro ativo da enzima
S
S +
S
E
E
E
E
S
E
E
E
E
S
P
E
E
E
E
P
+
S
P
P
P
P
100 % de saturação do centro ativo da enzima
S
S
S
S
+
E
E
E
E
S
E
E
S
E
S
E
P
E
E
E
E
S
Formação do produto é PROPORCIONAL à
concentração de substrato
+ P
P
P
P
P
P
P
Influência da concentração de substrato sobre a
atividade enzimática
[Substrato] em excesso
S
S S
S S +
S
S S
E
E
E
E
S
E
E
E
E
S
S
S
E
E
P
E
E
+ P
P
P
S
S
S
S
Velocidade da reação independe da [S]
S
S
P
P
P
P
S
S
Influência da concentração de substrato sobre
a atividade enzimática
Em baixas concentrações de
substrato a velocidade de reação
é de primeira ordem – isto é, é
proporcional a concentração de
substrato
Em altas concentrações de
substrato, a velocidade da reação
é de ordem zero – isto é, é
constante e independente da
concentração de substrato
[S]
Lipídios
Atividade Enzimática

Depende também:


presença e concentração do cofator
poder catalítico da enzima


capacidade da enzima de transformar o substrato ligado ao complexo
ES em produto por unidade de tempo
ES  E + P
afinidade
pelo
substrato
(Km)
afinidadeda
daenzima
enzima
pelo
substrato
(Km)

maior ou menor capacidade da enzima de se ligar ao substrato
E + S  ES
Lipídios
Enzimas
Cinética enzimática
1913
Leonor Michaelis -Enzimologista
Maude Menten - Pediatra
Representaram uma reação
enzimática em 2 etapas
K1
E+S
ES
K2
K3
E +P
K4
K= constante de velocidade=
[produto]
[substrato]
Enzimas - Cinética enzimática
K1
E+S
ES
K2
K3
E +P
K4
Estabilidade do complexo ES pode ser
expressa pela relação entre as velocidades
de dissociação e de formação do complexo
Km =
K2+ K3
K1
Específico
para cada
enzima
Enzimas - Cinética enzimática
Km
Constante de Michaelis
Medida da afinidade do complexo
enzima-substrato (ES)
Específico para cada enzima
Cinética enzimática
V
V máx
Vmax
2
Km= [S]
[S]
Numericamente, Km pode ser expresso como a
[substrato] necessária para que a velocidade da
reação seja metade da velocidade máxima
Cinética enzimática
Conclusões
sobre Km
Km
Pequena [substrato] é
necessária para a reação
atingir metade da Vmáxima
Afinidade da enzima pelo substrato
Km
Grande [substrato] é
necessária para a reação
atingir metade da Vmáxima
Afinidade da enzima pelo substrato
Cinética enzimática
Km
Afinidade da
enzima pelo
substrato
Km
Afinidade da
enzima pelo
substrato
Conclusões sobre a Cinética Michaeliana
Quando a
[S] for menor que o Km (até
atingir a saturação da enzima)
a velocidade da reação é
proporcional à [S]
Reação de 1a ORDEM
Quando a [S] é muito maior
que Km a velocidade da
reação é constante e
igual a Vmax
Reação é de ORDEM ZERO
[S]
Gráfico característico é uma hipérbole
Inibição Enzimática
Quanto ao tipo:
inespecífica - inibidor  a atividade de todas
as enzimas
ex: agentes desnaturantes
específica - inibidor  a atividade de uma
única enzima ou de um grupo
restrito de enzimas
irreversível
reversível
competitiva
não-competiti
Lipídios
Inibição Enzimática

Inibição Enzimática Irreversível
• inibidor se combina com um grupo
funcional (sítio ativo) da enzima
• inibidor se liga à enzima formando
um complexo ESTÁVEL
• forma-se uma ligação COVALENTE
entre o inibidor e a enzima
Inibição Enzimática Irreversível
Ex: Inibição da enzima ciclo-oxigenase pelo acetilsalicilato
Ciclo-oxigenase
Ácido araquidônico
Lipídios
Prostaglandinas
Processos fisiológicos, ex. sensação de dor
Inibição Enzimática Irreversível
Lipídios
Inibição Enzimática
–
Inibição Enzimática Reversível
•
•
•
inibidor forma com a enzima um
complexo INSTÁVEL
inibição NÃO envolve modificação
COVALENTE
Tipos de inibidores reversíveis
competitivos
 não competitivos
 incompetitivos

DIGESTÃO DOS LIPÍDIOS
- O Orlistat é um inibidor irreversível
da lipase
- Bloqueia a absorção de mais ou
menos 30% da gordura presente na
dieta
- Uma publicação da tradicional revista
médica Lancet relata que pacientes que
tomaram três cápsulas de Xenical diárias,
de 120 mg, em conjunção com uma dieta
branda de baixas calorias, perderam 70%
de peso a mais do que aqueles que tinham
sido submetidos apenas à dieta.
DIGESTÃO DOS LIPÍDIOS
No tratamento da obesidade pode
usar-se um fármaco (orlistat;
xenical) que é um inactivador (=
inibidor irreversível) da lipase
pancreática.
O orlistat reage com uma serina
(formando uma ligação
covalente e irreversível) situada
no centro ativo da enzima
bloqueando a sua actividade.
Inibição Competitiva
Inibidor competitivo
Estrutura semelhante à do substrato
Liga-se ao Sítio Ativo da Enzima
E+S
+
I
EI
ES
E+P
Inibição Competitiva
Enzima
S
S
Sítio Ativo
S
P
P
S
S
IC
S
P
P
S
IC
P
P
S
IC
IC
IC
S
Lipídios
Inibição Competitiva
Na presença do inibidor competitivo
afinidade da enzima pelo substrato
[substrato] necessária para que a enzima
funcione normalmente
Km aparente da enzima
Inibição Enzimática
Competitiva





Inibidor tem semelhança estrutural com o substrato
O inibidor se liga no sítio ativo da enzima
Aumento da [substrato] diminui a inibição
Km aparente da enzima AUMENTA
Em uma concentração suficientemente alta de substrato
a VELOCIDADE da reação atinge a Vmáx observada na
ausência do inibidor
Inibição Enzimática
Competitiva





Inibidor tem semelhança estrutural com o substrato
O inibidor se liga no sítio ativo da enzima
Aumento da [substrato] diminui a inibição
Km aparente da enzima AUMENTA
Em uma concentração suficientemente alta de substrato
a VELOCIDADE da reação atinge a Vmáx observada na
ausência do inibidor
Inibição Competitiva
Análise Gráfica
Inibição Competitiva
Intoxicação por Metanol
URINA
Metanol
Formaldeído
Álcool
desidrogenase
Infusão EV
Etanol
Causa lesão
tecidual
cegueria
Inibição Competitiva
Exemplo:Tratamento de hipercolesterolemia
Inibição Não-Competitiva

Inibido não-competitivo
NÃO se liga ao sítio ativo da enzima
E+S
+
I
ES
+
I
EI + S
EIS
E+P
Inibição Enzimática
Não-Competitiva





Inibidor não tem semelhança estrutural com o
substrato
NÃO se liga no sítio ativo da enzima
Aumento da [substrato] não diminui a inibição
Km aparente da enzima NÃO se altera
A VELOCIDADE máxima DIMINUI na
presença do inibidor
Inibição Não-Competitiva
Diminui a concentração
de enzima ativa
Velocidade Máxima
da Reação
Exemplos: Metais pesados - Pb+2
Inibição Não-Competitiva
Análise Gráfica