ENZIMAS - PROF° STUART

19/02/17
ENZIMAS
ENZIMAS
DEFINIÇÃO
Enzimas são proteínas que atuam como catalisadores biológicos
o Aceleram a velocidade das reações químicas
o Não alteram os produtos finais das reações
o “Zimogênio” (inativas) / Enzima (ativas)
Composto B (produto)
Reação
catalisada
pela enzima
ENZIMAS
Composto A (substrato)
Centro ativo (ou sítio catalítico) de uma
enzima é a região da molécula onde ocorre
a atividade catalítica
ENZIMAS
ENZIMAS
CLASSIFICAÇÃO ESTRUTURAL
a. Simples (formada apenas por aminoácidos)
b. Conjugadas (formada por uma parte proteica e outra não protéica)
o Parte protéica = apoenzima
o Parte não protéica = coenzima/cofator
o = Holoenzima = Apoenzima + Coenzima
(ativa)
(Inativa)
metal
Grupo
prostético
cofator
coenzima
(Inativa)
Enzima
holoenzima
Apoenzima
Distinção entre cofator e coenzima
depende da força de ligação com a
apoenzima.
Ex: o NAD+ pode ser
cofator de uma enzima (ligação fraca)
e ser coenzima de outra (ligação
forte).
parte proteica
ativa
inativa
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ENZIMAS
PROPRIEDADES - TEORIA DA CATÁLISE
A + B
v1
v-1
C
ENZIMAS
PROPRIEDADES - TEORIA DA CATÁLISE
Estado de transição
EQUILÍBRIO - as velocidades das reações se igualam ( v1 = v-1)
CATALISADOR ACELERA as velocidades nos dois lados da reação
- o ponto do equilíbrio é atingido mais rápido
- o equilíbrio não se altera, pois a [reagentes] e [produtos] ao final
se iguala à inicial
- termodinâmica da reação não se altera
Os catalisadores não são consumidos
podem atuar em [ ] baixas.
Energia
- as concentrações de todos os reagentes não se alteram mais
- nesse momento pode se dizer que a reação terminou
Energia
de
ativação
Reação não
catalisada
Energia de ativação
(barreira energética)
Quantidade de energia necessária
para a reação ocorrer.
Estado de transição
(complexo ativado)
Substrato (S) Reação
catalisada
Produto (P)
Forma molecular intermediária
entre reagente e produto. Existe
somente no alto da barreira
energética. É altamente instável.
Progresso da reação
Um catalisador diminui a barreira energética criando percursos alternativos
da reação para formação do estado de transição.
ENZIMAS
COMO ATUAM AS ENZIMAS
1. Promovem aumento da concentração dos reagentes na superfície da enzima
Os reagentes são atraídos para próximos à enzima.
2. Orientam corretamente os reagentes (substratos)
Parte da energia de ativação representa o posicionamento adequado dos reagentes para
que haja contato entre os átomos corretos.
ENZIMAS
MODELOS DE AÇÃO ENZIMÁTICA
Modelo Chave-Fechadura
Formas rígidas
3. Aumentam a reatividade dos reagentes
As cadeias laterais (R) dos aminoácidos da enzima podem interagir diretamente com os
substratos, dando-lhes carga elétrica ou polarizando-os.
4. Induzem deformações físicas no substrato
O contato com as cadeias laterais (R) dos aminoácidos das enzimas desestabiliza a
molécula do substrato e facilita o rompimento de ligações covalentes.
Modelo de Encaixe induzido
E e S deformam-se, para
otimizar o encaixe
Emil Fisher (1950)
MODELO CHAVE-FECHADURA
O sítio ativo da enzima é préformado e tem a forma
complementar à molécula do
substrato, de modo que outras
moléculas não teriam acesso a ela.
No entanto, o modelo chavefechadura não explica a interação
das enzimas com inibidores e
análogos dos substratos.
Daniel Kosland (1970)
MODELO DE ENCAIXE INDUZIDO
O contato com a molécula do
substrato induz mudanças
conformacionais na enzima, que
otimizam as interações com os
resíduos do sítio ativo.
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ENZIMAS
FATORES QUE INTERFEREM NAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS
1.
Condições do meio que afetam estabilidade protéica
a) Temperatura
b) pH
ENZIMAS
FATORES QUE INTERFEREM NAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS
1.a Temperatura
A velocidade das reações químicas tende a aumentar com o aumento da
temperatura até atingir uma velocidade máxima (X) em uma temperatura
ótima (Y).
2. Concentração dos reagentes
enzima, substrato ou co-fatore(s)
Velocidade da
reação
Paraseestudaroefeitoisoladodeumdosfatoresacima,énecessárioquetodosos
outrosfatoressejammantidosfixos.
ENZIMAS
x
Acima da temperatura (Y) ocorre a
desnaturação da enzima e a
diminuição da velocidade da reação
química.
y
Temperatura em
(o C)
ENZIMAS
FATORES QUE INTERFEREM NAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS
1.b pH (Potencial Hidrogeniônico)
As enzimas exigem um pH ótimo (Y) no qual a velocidade da reação seja
máxima (X). Acima ou abaixo deste ponto elas diminuem sua atividade até que
a reação química não mais ocorra.
Velocidade da
reação
x
Acima ou abaixo do pH (Y) ocorre
redução da atividade enzimática, e
consequentemente diminuição da
velocidade da reação química.
y
pH
Pepsina: pH 2,0
Ptialina: pH 7,0
Tripsina: pH 8,5
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ENZIMAS
FATORES QUE INTERFEREM NAS REAÇÕES ENZIMÁTICAS
O gráfico abaixo ilustra como as
concentrações de E, S e P variam
ao longo do tempo da reação.
2.Concentração do Reagentes
(enzima, substrato ou co-fator)
A [substrato] cai na mesma razão em que a
[produto] aumenta em função do tempo.
A enzima existe sob duas formas: enzima livre
E e complexo enzima-substrato ES. No início
da reação, a [E] livre cai e a do complexo [ES]
aumenta e atinge um máximo, em que não há
mais [E] livre no meio.
Nessa situação (indicada no retângulo cinza),
diz-se que a enzima está saturada (só existe
no complexo ES). A velocidade da reação é a
máxima.
ENZIMAS
MECANISMOS DE REGULAÇÃO ENZIMÁTICA
A atividade enzimática pode ser regulada por diferentes mecanismos, que
muitas vezes atuam em conjunto na mesma enzima.
1.
Regulação por Inibição
a) irreversível
b) reversível competitiva
c) reversível não competitiva
2.
Regulação por Alosteria
• ativadores e inibidores
• cooperatividade
ENZIMAS
MECANISMOS DE REGULAÇÃO ENZIMÁTICA
MECANISMOS DE REGULAÇÃO ENZIMÁTICA
1.a) Inibidores IRREVERSÍVEIS NÃO PROTÉICOS
1.b) Inibidores REVERSÍVEIS COMPETITIVOS
Algumas substâncias se ligam covalentemente às enzimas deixando-as inativas. Na
maioria dos casos a substância reage com o grupo funcional no sítio ativo bloqueando o
local de encaixe do substrato, deixando a enzima cataliticamente inativa.
Inseticidas
organofosforados
dose letal: 3-13 mg/Kg, oral
Acetilcolinesterase
pode
ser
complexada com o sarin ou “gás dos
nervos” (dose letal 0,01 mg/kg, oral),
um organofosforado altamente tóxico
e volátil, reagindo com o resíduo de
Serina ativo da enzima.
ENZIMAS
•
O inibidor é análogo estrutural do
substrato e compete com ele pela ligação
ao sítio ativo.
•
Com aumento da [substrato], ocorre
redução da inibição caracterizando uma
competição entre S e I.
•
Não há alteração da Vmáx
I
S
S
IS
E
S
S
S
S P
SS
I
S
meia vida – 23 anos
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ENZIMAS
MECANISMOS DE REGULAÇÃO ENZIMÁTICA
MECANISMOS DE REGULAÇÃO ENZIMÁTICA
1.c) Inibidores REVERSÍVEIS NÃO COMPETITIVOS
Aumento da [substrato] não diminue a
inibição pois não há competição
•
I
S
Redução da Vmáx diminui
I
S
S
E
S
P
S
I
EE
S
S
I
•
Possuem uma região diferente do sítio ativo que se liga a um receptor alostérico. A
mudança conformacional decorrente da ligação do efetor alostérico se propaga pela
molécula e afeta o sítio ativo, ativando-o ou inibindo-o. Observe nas figuras.
S
S
I
Inibidor se liga à E e ao ES
I
•
I
Inibidor não é análogo estutural do
substrato (não se liga ao sítio ativo)
2. Reguladores Alostéricos
I
•
ENZIMAS
Ativador alostérico
Inibidor alostérico
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