CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA DE ENZIMAS

CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| INTRODUÇÃO
A Comissão de Enzimas da União Internacional de Bioquímica definiu critérios para a
classificação e denominação das enzimas.
1- A cada enzima foi atribuído um “número EC” (de Enzyme Commission)
que contém 4 números separados por pontos (EC W.X.Y.Z).
Os números W, X e Y referem-se, respetivamente, à classe, subclasse e sub-sub-classe e o número Z é específico de
cada enzima.
CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA DE ENZIMAS
2- No dia 7-10-2012 estavam classificadas 4938 enzimas que podem ser consultadas em
http://www.expasy.ch/enzyme/
3- Em geral uma mesma enzima tem vários nomes e a nomenclatura não é isenta de
ambiguidade;
a atribuição de um número E às enzimas é uma tentativa de resolver essa ambiguidade.
Foram definidas 6 classes:
Classe 1: oxi-redútases Classe 2: transférases
Classe 4: líases
Classe 5: isomérases
Aulas a cargo de Ana Correia-Branco e Rui Fontes
Departamento de Bioquímica
Ano lectivo 2012/2013
Classe 3: hidrólases
Classe 6: lígases ou sintétases
4- A classificação é de tipo funcional: diferentes proteínas (com estrutura diferente) mas com a
mesma atividade catalítica (como as isoenzimas) têm o mesmo nome e número E.
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| ISOMÉRASES
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CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| HIDRÓLASES
FOSFOGLICOMÚTASE
As isomérases (EC 5.x.y.z) catalisam a interconversão
de dois isómeros: A↔B
P
C6
C1
Isómeros: dois compostos com a mesma fórmula
molecular mas com diferente fórmula estrutural.
P
Glicose-6-fosfato
Glicose-1-fosfato
Em rigor, as isomérases são as únicas enzimas em que se pode falar do substrato da enzima
no singular.
Exemplos:
fosfoglicomútase
mútase do fosfoglicerato
isomérase das hexoses-fosfato
isomérase das trioses-fosfato
epimérase da UDP-galactose
(Glicose-1-P ↔ Glicose-6-P)
(3-fosfoglicerato ↔ 2-fosfoglicerato)
(Glicose-6-P ↔ Frutose-6-P)
(gliceraldeído-3-P ↔ dihidroxiacetona-P)
(UDP-Galactose ↔ UDP-Glicose)
Em geral, nas reações catalisadas pelas isomérases as Keq têm valores não muito
diferentes de 1 ( ∆G° não muito diferente de 0) e são fisiologicamente reversíveis.
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Nas reações catalisadas pelas hidrólases (EC 3.x.y.z)
um dos reagentes é a água e o substrato rompe-se nas
suas partes constituintes:
AB + H2O → A + B
Exemplos de ligações que podem sofrer rotura hidrolítica:
1- éster (produtos = álcool + ácido)
ou tioéster (produtos = tiol + ácido)
2- lactona (produtos = álcool + ácido; notar que neste caso, porque
a lactona é “um éster interno”: A + H2O → B)
3- anidrido (produtos = ácido + ácido)
4- amida (produtos = ácido + amina ou amónio)
5- osídicas (produtos = semi-acetal + álcool ou semi-acetal
+ semi-acetal ou semi-acetal + ácido ou o semi-acetal + amina)
Em geral, quando à frente do nome de um composto se coloca o sufixo “ase” a enzima é uma
hidrólase (maltase, amílase, fosfolípase, lípase, ATPase, glutamínase ...).
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Quase sempre catalisam reações fisiologicamente irreversíveis.
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| HIDRÓLASES
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
As fosfátases são hidrólases em que um dos produtos é o fosfato inorgânico (Pi).
As reações catalisadas pelas fosfátases chamam-se desfosforilações.
Nas reações catalisadas pelas transférases (EC 2.x.y.z) um substrato dador cede um grupo
químico ou um resíduo a um outro substrato (o substrato aceitador) que o aceita:
XT + Y → X + YT
Alguns exemplos de fosfátases:
Glicose-6-fosfátase
P
(glicose-6-P + H2O → glicose + Pi)
H2O
P +
Glicose-6-fosfato
Fosfato
inorgânico
Glicose
ATPase
(ATP + H2O → ADP + Pi)
Uma transférase catalisa uma reação em que um resíduo T é transferido de XT para Y
(ou, tendo em conta a reação inversa, de YT para X).
Pirofosfátase inorgânica
(PPi + H2O → 2 Pi)
São exemplos de transférases:
1- cínases
2- fosforílases
3- pirofosforílases
4- transférases de uridilato
H2O
P O P
Pirofosfato inorgânico
P + P
2 Fosfato
inorgânico
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
(ATP + Aceitador → ADP + Aceitador-P)
(Dador-T + Pi → Dador + T-P)
(Aceitador-T + PPi ← Aceitador + T-PP)
(dador-UMP + aceitador → dador + aceitador-UMP)
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
As cínases são fosfotransférases que catalisam reações do tipo:
ATP + Y → ADP + Y-P.
As reações catalisadas pelas cínases chamam-se fosforilações.
Cínase da glicose
ATP
Numa reação enzímica do tipo: ATP + Y → ADP + Y-P
a enzima denominar-se-ia cínase do Y sendo Y o substrato que aceita o fosfato γ do ATP.
Glicose
Nas reações catalisadas por cínases o resíduo transferido é um fosfato e, em geral, o dador de
fosfato é o ATP (ou o GTP) que cede o fosfato γ (o terceiro) a um aceitador.
P
ADP
Glicose-6-fosfato
Cínase da frutose-6-fosfato
P
ATP
Frutose-6-fosfato
ADP
P
ADP ATP
P
Fosfoenolpiruvato
P
Frutose-1-6-bisfosfato
Cínase do piruvato
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A denominação das cínases não têm em
linha de conta o sentido em que a reação
ocorre nos seres vivos:
Piruvato
(1) a cínase do piruvato catalisa in vivo a
fosforilação do ADP pelo fosfoenolpiruvato.
(2) a cínase do adenilato (=AMP) catalisa a
fosforilação do AMP pelo ATP (mas também
a reação inversa; é fisiologicamente
reversível): ATP + AMP ↔ 2 ADP
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
Numa reação enzímica do tipo: ATP + Y ↔ ADP + Y-P
a enzima denominar-se-ia cínase do Y e a regra mantém-se mesmo quando o aceitador é
outra enzima.
Exemplo: a cínase da desidrogénase do piruvato catalisa a fosforilação da desidrogénase do
piruvato (PDH) pelo ATP
Cínase da glicose
As ações das cínases e das fosfátases não
são reações inversas.
v = 100
ATP
A cínase da glicose e a fosfátase da
glicose-6-fosfato têm papeis
metabólicos opostos, mas as
Glicose
ADP
Glicose6-P
J= 90
Piruvato
reações que catalisam não são a
inversa uma da outra.
NAD+
CoA
NADH
CO2
v = 10
Pi
H2O
Fosfátase da glicose-6-P = Glicose-6-Pase
Acetil-CoA
A reação inversa da fosforilação da glicose por ação da cínase da glicose seria a fosforilação do
ADP (a ATP) pela glicose-6-P…
Em geral,
quando existe uma cínase
que catalisa a fosforilação de um substrato A
existe também uma fosfátase (hidrólase)
que catalisa a desfosforilação do substrato A fosforilado
… e ambas as reações são (quase sempre) fisiologicamente irreversíveis
Quando uma cínase e a fosfátase que se lhe opõe
estão simultaneamente ativas a reação soma é a
hidrólise de ATP
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A + ATP → ADP + A-P
A-P + H2O → A + Pi
Quando isto acontece falamos em “ciclos de substrato”.
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CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
NOTA: Alguns recetores celulares, têm
actividade catalítica, e são portanto
enzimas.
As fosforílases são transférases em que o substrato aceitador é o fosfato inorgânico (Pi):
XT + Pi → X + T-P.
As reações catalisadas pelas fosforílases denominam-se fosforólises
O recetor da insulina é uma
cínase que,
quando a insulina está
ligada,
catalisa a fosforilação de
proteínas citoplasmáticas
chamadas “substratos do
recetor da insulina”.
Numa reação do tipo:
XT + Pi → X + T-P
Algumas cínases (como a PKA; cínase de proteínas dependente do AMP cíclico)
são relativamente inespecíficas catalisando a fosforilação de muitas enzimas e
essa fosforilação pode ativar ou inibir essas enzimas.
ATP + síntase do
glicogénio
(ativa)
PKA (ligada
ao AMPc)
ADP + síntase do
glicogénio fosforilada
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(inativa)
a enzima denominar-se-ia
fosforílase do XT (T é o resíduo
transferido)
...e XT sofre uma fosforólise: XT
rompe-se (lise) por ação do fosfato
inorgânico (Pi).
Exemplo de fosforílase:
A fosforílase do glicogénio
catalisa
a fosforólise do glicogénio
Glicose-glicose-glicose...+ Pi →
glicose-glicose...+ Glicose-1-P
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| TRANSFÉRASES
As pirofosforílases são transférases em que o substrato aceitador do resíduo transferido é o
pirofosfato inorgânico (PPi): XT + PPi → X + T-P-P.
As reações catalisadas pelas pirofosforílases denominam-se pirofosforólises.
As transférases de uridilato (uridil-transférases) são enzimas em que o resíduo transferido
é o UMP (e não se forma nem se consome PPi inorgânico):
X-UMP + Y « X + Y-UMP.
Numa reação do tipo XT + PPi → X + T-P-P
Glicose-PP-uridina
a enzima denominar-se-ia pirofosforílase do XT
...e XT sofre pirofosforólise: rompe-se (lise) por ação do pirofosfato inorgânico (PPi).
Exemplo de pirofosforílase:
Pirofosforílase do UDP-Glicose
Galactose-1-P
UDP-Glicose
Uridiltransférase da
galactose-1-P
Para compreender porque se denomina
pirofosforílase do uridina-difosfato de
glicose (UDP-glicose) à enzima que
catalisa a reação
Glicose-P
Galactose-PP-uridina
Glicose-1-P + UTP →UDP-glicose + PPi,
temos de pensar na reação inversa
àquela que, de facto, ocorre nas células
dos seres vivos.
A reação inversa é a pirofosforólise do
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UDP-glicose.
Galactose-P
Glicose-1-P
UDPGalactose
O UMP (uridina-monofosfosto) também se designa de uridilato.
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CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| LÍGASES
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| LÍGASES
As lígases (ou sintétases) (EC 6.x.y.z) catalisam reações que podem ser lidas como sendo o
somatório de duas reações: uma de hidrólise do ATP e outra de combinação de duas
substâncias.
Nalgumas lígases o nucleosídeo
trifosfato envolvido na reação
não é ATP mas o GTP.
ATP + A + B ↔ ADP + Pi + AB ou ATP + A + B ↔ AMP + PPi + AB
Nas reações catalisadas pelas lígases a
energia libertada no processo de
hidrólise do ATP permite
a
combinação de dois reagentes A e B.
Ou, considerando o sentido inverso,
que a energia libertada na cisão de AB
permite a síntese de ATP.
No ciclo de Krebs a reação catalisada pela sintétase de succinil-CoA (uma das isoenzimas)
evolui no sentido da rotura do succinil-CoA e síntese de GTP:
GDP + Pi + succinil-CoA → succinato + CoA + GTP
Sintétase do AB
Podemos considerar, conceptualmente,
que a sintétase de succinil-CoA faz a acoplagem de duas reações:
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Succinil-CoA + H2O → Succinato + CoA
(reação exergónica)
∆G1<0
GDP + Pi → GTP + H2O
(reação endergónica)
∆G2>0

∆G(1,2)=∆G1+∆G2
GDP + Pi + Succinil-CoA ↔ GTP + Succinato + CoA
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CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| LÍASES
CLASSIFICAÇÃO DE ENZIMAS| OXI-REDÚTASES
Nas reações catalisadas pelas líases (EC
4.x.y.z) um dos reagentes que contém
uma dupla ligação combina-se com um
segundo reagente de tal maneira que o
produto já não contém a dupla ligação:
A=B + C « ABC
As oxi-redútases
(EC 1.x.y.z) catalisam
reações de oxi-redução
Ou, pensando na reação inversa:
são líases as enzimas que catalisam
reações em que um composto se
rompe dando origem a dois produtos
sendo que um destes produtos contém
uma dupla ligação que não existia no
composto que lhe deu origem: ABC
«A=B + C
Exemplos de nomes associados a oxi-redútases:
Desidrogénases
Oxídases
Catálase
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NAD+
NADP+
FAD
FMN
NADH
NADPH
FADH2
FMNH2
desidrogénase de AH2
A+
RED
RED
Piruvato
Desidrogénase do lactato
NAD+
NADH
NAD+
NADH
Ubiquinona
Ubiquinol
redútase do A
AH2 +
Exemplo: redútase do glutatião;
NADPH + dissulfureto de glutatião (GSSG) → NADP+ + 2 glutatião (2GSH)
NADP+
CO2
Acetil-CoA
Piruvato
NAD+
NADH
NADPH
FADH2
FMNH2
OX
NADPH
Coenzima A
Desidrogénase do piruvato
catalisam reações de dismutação
Dismútases
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2) As redútases também são oxi-redútases. A maioria das redútases catalisa reações do
mesmo tipo das desidrogénases mas o redutor é o NADPH...
A+
lactato
o H2O2 é reduzido a água...
Peroxídases
1) As desidrogénases são oxi-redútases que catalisam reações do tipo:
OX
O2 é o oxidante direto
Oxigénases
Frequentemente o composto C é a água
mas aqui, ao contrário do caso das
hidrólases, a reação de C com A=B não
resulta na lise de A=B.
AH2 +
dinucleotídeos são substratos
Redútases
2 e-
H+
NADH
Desidrogénase do NADH
(não se chama desidrogénase do
ubiquinol)
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H+
NAD+
NADP+
FAD
FMN
3) As oxídases também são oxi-redútases. Catalisam reações em que o O2 é um dos reagentes
que se reduz a H2O, a peróxido de hidrogénio (H2O2) ou a superóxido (O2• -).
2 cyt. c (Fe3+) + H2O
2 cyt. c (Fe2+) + ½ O2
5) As peroxídases também são oxi-redútases. Catalisam reações em que o H2O2 é o agente
oxidante direto de um composto orgânico.
Exemplo: a peroxídase do glutatião é a mais conhecida
2 Glutatião (2 GSH) + H2O2 → dissulfureto de glutatião (GSSG) + 2 H2O
oxídase do citocromo c
NADP+ + 2 O2• -
NADPH + 2 O2
oxídase da NADPH
4) As mono-oxigénases (também chamadas oxigénases de função mista) também são oxiredútases. Catalisam reações em que o O2 é o oxidante direto, sendo que um dos átomos de
oxigénio se vai incorporar num composto orgânico que é oxidado e o outro vai formar água.
São frequentemente chamadas hidroxílases; neste caso seria hidroxílase do VH (no exemplo
está a reação catalisada pela hidroxílase da fenilalanina)
VH
O2
WH2
fenilalanina
VOH
H2O
W
O2
tetrahidrobiopterina
2 e-
tirosina
H2O
dihidrobiopterina
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A palavra síntase (não confundir com sintétase) está popularmente associada a algumas
enzimas e as síntases podem pertencer a diferentes classes.
Algumas vezes o nome que foi originalmente
atribuído a uma enzima (síntase do composto X),
embora fora da nomenclatura sistemática,
manteve-se o mais popular ao longo dos anos.
1- A síntase do glicogénio
é de facto uma transférase.
2 - A síntase do ATP
é de facto uma hidrólase (e, simultaneamente um
transportador de protões).
ADP + Pi → ATP + H2O
A componente exergónica do processo é o transporte de
protões através de um componente da enzima que está
mergulhado na membrana interna da mitocôndria. Os protões
deslocam-se a favor do seu gradiente electroquímico.
2H+
23
H2O2
2 H2O