Enzimas - Bizuando

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Enzimas
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Enzimas
São proteínas capazes de promover catálise de reações biológicas. Possuem alta
especificidade e grande poder catalítico.
Especificidade: o substrato sofre ação enzimática dando somente um único produto.
Poder catalítico: mesmo sendo proteínas (que são moléculas frágeis) elas realizam
reações - em meio aquoso, em pHs biológicos e temperaturas moderadas - que na
química orgânica só podem ser obtidas em condições drásticas.
Tipos de Nomenclatura
Pelo nome do substrato + ASE (nome trivial)
Exemplo:
FOSFATASE hidrólise de ésteres de fosfato
UREASE hidrólise da uréia
CELULASE hidrólise da celulose
Nomes sem qualquer relação com seus substratos
Exemplo:
PEPSINA hidrólise de proteínas
TRIPSINA hidrólise de proteínas
CATALASE H2O2 → H2O + ½ O2
Classificação Sistemática
(de acordo com a Comissão de Enzimas da União Internacional de Bioquímica)
Necessária devido ao grande número de enzimas descobertas.
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Classificação
Internacional das Enzimas
(Nome das Classes, Número
de Código e Tipo de Reação
Catalisada)
11.. OXIDO-REDUTASES
OXIDO-REDUTASES (reações
(reações de
de oxido-redução)
oxido-redução)
1.1
1.1 Agindo
Agindo em
em ⟩CH-OH
⟩CH-OH
1.2
1.2 Agindo
Agindo em
em ⟩C=O
⟩C=O
1.3
1.3 Agindo
Agindo em
em ⟩C=CH⟩C=CH1.4
1.4 Agindo
Agindo em
em ⟩CH-NH
⟩CH-NH22
1.5
1.5 Agindo
Agindo em
em ⟩CH-NH⟩CH-NH1.6
Agindo
em
NADH;
1.6 Agindo em NADH; NADPH
NADPH
⇒
⇒ etc.
etc.
2.
2. TRANSFERASE
TRANSFERASE (transferência
(transferência de
de grupos
grupos funcionais)
funcionais)
2.1
2.1 Grupos
Grupos de
de um
um carbono
carbono
2.2
2.2 Grupos
Grupos aldeídos
aldeídos ou
ou cetônicos
cetônicos
2.3
Grupos
acila
2.3 Grupos acila
2.4
2.4 Grupos
Grupos glicosila
glicosila
2.7
2.7 Grupos
Grupos fosfato
fosfato
2.8
2.8 Grupos
Grupos contendo
contendo enxofre
enxofre
3.
3. HIDROLASES
HIDROLASES (reações
(reações de
de hidrólise)
hidrólise)
3.1
3.1 Ésteres
Ésteres
3.2
3.2 Ligações
Ligações glicosídicas
glicosídicas
3.4
3.4 Ligações
Ligações peptídicas
peptídicas
3.5
3.5 Outras
Outras ligações
ligações C-N
C-N
3.6
3.6 Anidridos
Anidridos ácidos
ácidos
4.
4. LIASES
LIASES (adição
(adição ou
ou remoção
remoção de
de grupos
grupos aa duplas
duplas ligações)
ligações)
4.1
⟩C=C⟨
4.1 ⟩C=C⟨
4.2
4.2 ⟩C=O
⟩C=O
4.3
4.3 ⟩C=N⟩C=N5.
5. ISOMERASES
ISOMERASES (reação
(reação de
de isomerização)
isomerização)
5.1
5.1
6.
LIGASES
6. LIGASES (formação
(formação de
de ligações,
ligações, com
com desdobramento
desdobramento do
do ATP)
ATP)
6.1
6.1
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Classificação Internacional das Enzimas
(Exemplos das seis principais classes)
1. Oxidorredutases - Catalisam reações de oxidorredução, como por exemplo:
CH3 - CH - COO
+
NAD
+
CH3 - C - COO
OH
Lactato-
Lactato
desidrogenase
+
NADH
+
H
+
O
Piruvato
2. Transferases - Catalisam a transferência de grupos contendo C-, N-, ou P-, como por
exemplo:
H2 O
CH2 - CH - COO
+
OH NH3
+
THF
Serina hidroximetil
-transferase
Serina
CH2 - COO
+
NH3
+
THF
CH2
(THF = tetraidrofolato)
Glicina
3. Hidrolases – Catalisam a quebra de ligações pela adição de água, como por exemplo:
NH 2 - C - NH2
O
Uréia
+
H2 O
CO 2
Urease
+
2 NH3
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4. Liases – Catalisam a quebra de ligações C-C, C-S e certas ligações C-N, como por
exemplo:
CH3 - C - COO
O
Piruvatodescarboxilase
CH3 - CH
+
CO2
O
Acetaldeído
Piruvato
5. Isomerases – Catalisam racemização de isômeros ópticos ou geométricos, como por
exemplo:
CH3
OOC - CH2 -C -CoA
O
OOC - CH2 -CH2 - C -CoA
O
Metilmalonil-CoAmutase
Succinil-CoA
Metilmalonil-CoA
6. Ligases – Catalisam a formação de ligações entre carbono e O, S, N, acoplada à
hidrólise de fosfatos de alta energia, como por exemplo:
CH3 - C - COO
O
Piruvato
+
CO2
ATP
Piruvatocarboxilase
OOC - CH2 - C - COO
ADP + Pi
O
Oxaloacetato
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Exemplo:
A cada enzima é dado um número de classificação com 4 dígitos e um nome sistemático
que identifica a reação catalisada
Reação:
E
ATP + D-glicose → ADP + D-glicose-6-fosfato
Observação: ATP = adenosina tri-fosfato; ADP = adenosina di-fosfato
Nome Sistemático: ATP:glicose fosfotransferase
Catalisa a transferência de um grupo fosfato do ATP para a glicose.
Número de Classificação: EC 2.7.1.1
(2) indica o nome da classe (Transferase)
(7) indica a sub-classe (Fosfotransferase)
(1) indica a sub-subclasse (Fosfotransferase com um grupo hidroxila como aceptor)
(1) indica a D-glicose como a substância receptora do grupo fosfato
Nome Trivial: Hexoquinase
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Cofator Inorgânico - Fe2+; Mg2+; etc...
Orgânico - molécula complexa denominada de Coenzima
Algumas enzimas contem ou
requerem íons metálicos
Zn2+
⇒
Álcool-desidrogenase
Anidrase carbônica
Mg2+
⇒
Fosfoidrolase
Fosfotransferase
Mn2+
⇒
Arginase
Fosfotransferase
Fe2+ ou Fe3+ ⇒
Coenzima
Coenzimas e as reações Nicotinamida-adenina-dinucleotídeo
de transferência de
Flavina-mononucleotídeo
grupos
Coenzima Q
Citocromos
Peroxidases
Catalase
Ferrodoxina
Componente transferido
Átomos de hidrogênio (elétrons)
Átomos de hidrogênio (elétrons)
Átomos de hidrogênio (elétrons)
Tiamina-pirofosfato
Aldeídos
Coenzima A
Grupos acila
Coenzima cobamídica
Grupos alquila
Biocitina
Dióxido de carbono
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Sítio Ativo ou sítio de ligação do substrato
Uma reação enzimática pode ser escrita como:
E
S → P
A enzima (E) e o substrato (S) devem se combinar de alguma forma durante a reação.
A seqüência total da reação seria:
S + E → ES → EP → E + P
Embora a enzima participe da seqüência da reação, ela não sofre nenhuma transformação.
Apenas poucas moléculas de enzima catalisam a conversão de milhares de moléculas de
substrato a produto.
A existência de um complexo enzima-substrato (ES) foi deduzido pelo(a):
Alto grau de especificidade apresentado pelas enzimas (cada enzima → um substrato)
Forma da curva de velocidade (v) contra substrato (s) (curva de saturação)
Fato de que os substratos, frequentemente, protegem as enzimas de inativação.
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Hipóteses para o Sítio Ativo
FISCHER (1894)
Modelo templete ou analogia chave-fechadura: considera que a enzima possui uma região
chamada sítio ativo, a qual é complementar em tamanho, forma e natureza química à
molécula de substrato.
KOSHLAND
Modelo de enzima flexível ou do encaixe induzido: considera que o sítio ativo não precisa
pré-existir sob forma geométrica rígida devendo, contudo, existir um arranjo espacial
preciso e específico dos grupos R dos aminoácidos; arranjo esse que é induzido pelo
contato com o substrato.
Centro Ativo
O centro ativo ou sítio ativo é constituído pelo conjunto de aminoácidos que entram em
contato com o substrato.
Compreende o local de fixação, que se combina com o substrato por ligações fracas, e o
centro catalítico, que atua sobre o substrato levando-o a sofrer a reação química.
Nas enzimas que atuam através de um cofator, essa estrutura encontra-se ligada à
enzima na vizinhança muito próxima do centro catalítico.
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Sítio Ativo - Modelos
Modelo Chave-Fechadura
O sítio de ligação do substrato consiste de um
entalhe ou sulco na superfície de uma enzima,
complementar ao formato dos substratos.
Modelo Encaixe Induzido
Os sítios de ligação são, em
grande parte, pré-formados,
mas sofrem mudanças
conformacionais no momento
da ligação do substrato.
(a) Modelo encaixe induzido; (b) Modelo encaixe induzido com a tensão de substrato.
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Esquema de uma reação enzimática que consiste na transferência de um grupo
químico do composto A para o composto B.
Em (a) está representada a enzima com o seu sítio ativo, que é específico para estes
compostos
Ambos os substratos alojam-se no sítio ativo, resultando alterações na estruturas da
enzima e dos substratos (b)
A reação ocorre (c)
Os produtos C e D são liberados e a enzima retorna à sua configuração original (d)
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O mecanismo de ação enzimática
Enzimas diminuem a energia de ativação de reações químicas. A seqüência geral de
eventos na ação enzimática é a seguinte:
1. A superfície do substrato (S) entra em contato com uma região específica da
superfície da molécula de enzima (E) chamada de sítio ativo
2. Um composto intermediário temporário chamado de complexo enzima-substrato
(ES) é formado
3. A molécula de substrato é transformada pelo rearranjo dos átomos existentes;
pela quebra da molécula de substrato; ou pela combinação com outra molécula de
substrato
4. As moléculas de substrato transformadas – os produtos (P) da reação – são
liberadas da molécula de enzima.
5. A enzima está livre para reagir com outra molécula de substrato
Como resultado desses eventos, uma enzima conduz a reação química
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Unidades de enzima
Como na maior parte das preparações enzimáticas, a concentração molar real da enzima é
desconhecida, a quantidade de enzima presente é expressa em termos de atividade.
A Comissão sobre enzimas da “International Union of Biochemistry” definiu uma Unidade
Padrão, para expressar as atividades
Uma
Uma Unidade
Unidade Internacional
Internacional (U)
(U) == enzima
enzima necessária
necessária para
para catalisar
catalisar aa formação
formação de
de 11 µmol
µmol
(*)
de
de produto
produto por
por minuto,
minuto, em
em condições
condições definidas
definidas (*)
(*) pH, temperatura, etc.
Já a [E] é expressa em unidades por volume (U/mL; U/L; etc..)
Atividade Específica = Unidades /mg de proteína
Observação: quando uma enzima está sendo purificada, a atividade específica vai aumentando até um
limite que corresponde à enzima pura.
Outra unidade de atividade enzimática
11 katal
katal == enzima
enzima necessária
necessária para
para catalisar
catalisar 11 mol
mol de
de substrato
substrato por
por segundo
segundo
Logo:
1 U = 1/60 µ katal
∴
1 katal = 60 x 106 U
∴
1 U = 1,667 x 10-8 katal
16,67 n katal
1 katal = 6 x 107 U