ENZIMAS - (LTC) de NUTES
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ENZIMAS (PARTE 1) Prof. Didier Salmon MSc Cristiane S. Lessa Bioquímica para Enfermagem Dezembro 2015 02/12/15 X Conversão realizada por um complexo enzimático!!! Seres Vivos: Capazes de manter uma ordem estrutural a partir de diversas reações químicas essenciais à sobrevivência e proliferação celular. Catálise Replicação Mas como isso ocorre? É simples.... .......vias metabólicas!!!!!!! Vamos por partes... Enzimas São proteínas que possuem a função de catálise, desencadeando reações químicas fundamentais à manutenção de sistemas biológicos; São específicos substratos; para os diversos tipos de A velocidade em que as reações ocorrem variam de acordo com a temperatura e pH fisiológicos. Sem a ação catalítica das enzimas no metabolismo celular, não existiria vida na Terra!!! Qual a real importância das enzimas? Síntese de macromoléculas biológicas Síntese de hormônios Crescimento corporal Realizam catálise de reações (ex. degradação de proteínas) Medicina: Excesso, deficiência ou ausência de certas enzimas causam doenças (ex. AST- aspartato aminotransferase e infarto do miocárdio ) Diagnóstico de doenças – pela medida da atividade específica da enzima ex. LDH, CK, AST.. Indústria Alimentícia: fermentação, pasteurização,.. Alterações Perda de função enzimática: Ex: Intolerância à lactose (hipolactasia) Diminuição da lactase Ganho de função enzimática: Ex: Alta atividade de desiodinases em pacientes com hipertireoidismo. + Reação espontânea ................... MUITO TEMPO DEPOIS... + Reação catalisada por enzimas Redução do tempo que ocorre uma reação que seria espontânea = da velocidade das reações A enzima amilase degrada amido e converte em glicose! Como as enzimas funcionam? Reação espontânea Demanda de mais tempo e gasto energético para gerar o produto Reação catalisada por enzimas (indicado em azul claro no gráfico) Ocorre de forma mais favorável e rápida +O 2 CO + H2O 2 Substrato Enzima-Substrato Enzima-Produto Enzima Produto Enzima Representação do modelo chave-fechadura, por Fischer Enzimas Assim, temos a equação: E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P Estado intermediário O sinal ↔ indica a representação gráfica do curso energético seguido As enzimas são ESPECÍFICAS para diferentes substratos Composição das enzimas Natureza Enzimática Proteínas!!! Carboxila ou C-terminal Por ligações peptídicas entre monômeros (aminoácidos); Dispostos em longa cadeia; H H O H–N–C–C–O–H A variação da cadeia lateral determina um dos 20 tipos de proteínas R Amino ou N-terminal Radical R – cadeia lateral variável Natureza Enzimática Mas será que todas as enzimas são proteínas? NÃO!!!! RNAs catalíticos ou ribozimas Participam do corte de moléculas do RNA mensageiro (splicing), removendo regiões que não são traduzidas (íntrons) Acredita-se que a peptiltransferase seja uma ribozima, participando da formação de ligaões peptídicas durante o processo de tradução das proteínas Estrutura Hemoglobina Estrutura das enzimas Como estudado anteriormente, cada aminoácido apresenta um grupo amino, um grupo carboxila e cadeia lateral associada ao carbono central.... ...e ainda existem 20 tipos diferentes de aminoácidos.... Estrutura das enzimas OH O O C CH2 CH2 Cadeia principal CH2 CH2 CH2 CH S CH3 H3C CH3 ...onde cada aminoácido se liga ao próximo por ligações peptídicas e define a cadeia principal = formato linear Estrutura das enzimas Estrutura quaternária Como as enzimas se estruturam? Estrutura secundária: Alfa hélice Como as enzimas se estruturam? Estrutura secundária: Folhas Beta Estrutura das enzimas Quimiotripsina Sítio ativo Nas enzimas há uma região denominada sítio ativo É esta região que interage com o substrato para formação do produto A ligação E- S ocorre entre aminoácidos específicos Conceito Enzima-substrato Modelos de Encaixe Enzima Substrato Sítio Ativo É a região na enzima onde o substrato se liga É composto por resíduos que catalisam o substrato em produto e quebram ligações A união enzima-substrato ocorre por ligações fracas e promove a formação do estado de transição – primeira etapa da catálise enzimática Sítio Ativo Como ocorre a ligação enzima-substrato? Enzimas – Tipos de Encaixe Enzima e substrato possuem igual conformação Modelo Chave-fechadura S E ES EP P E Enzimas – Tipos de Encaixe Modelo Chave-fechadura Enzimas – Tipos de Encaixe Modelo encaixe induzido A enzima se ajusta ao modelo do substrato S E ES ES P E EP Enzimas – Tipos de Encaixe Modelo encaixe induzido Fosforilação em resíduo de glicose Como as enzimas funcionam? Funcionamento das enzimas Algumas enzimas necessitam de compostos químicos associados – COFATORES Ex. alguns íons metálicos Cofator Sítio Catalítico Funcionamento das enzimas Já outras enzimas necessitam de complexos orgânicos ou metalorgânicos associados – COENZIMAS Cofator Coenzima FAD NAD+ FADH2 NADH Funcionamento das enzimas Diferente das coenzimas, os GRUPOS PROSTÉTICOS são subgrupos de cofatores associados permanentemente à enzima e, geralmente, encontrados ligados ao sítio ativo Ex. Fe+2 no centro catalítico da molécula de hemoglobina Funcionamento das enzimas APOENZIMA HOLOENZIMA Enzima (SEM cofatores): APOENZIMA Enzima (COM cofatores e coenzima): HOLOENZIMA Classificação das Enzimas As enzimas podem ser divididas em 6 classes! Ligases Isomerases Liases Hidrolases Transferases Óxido-redutases Classificação Óxido-redutase Catalisam reações de transferência de elétrons Desidrogenase, oxidase.. Transferase Catalisam a Acil, amino... transferência de parte do substrato para o produto Transferência de grupos funcionais entre doadores e aceptores Hidrolase Catalisam a quebra pela água O grupo doador é transferido para água Fosfatase, enolase... Classificação Liase Catalisam a quebra ou união de cadeia carbônica, água ou amônia Descarboxilase, sintase,.. Isomerase Realizam a troca de posição dos grupamentos (rearranjos) Epimerase,.. Ligase Catalisam a união Carboxilase, entre moléculas, sintetase,.. onde há gasto de ATP, estruturando uma cadeia A IMPORTÂNCIA DAS ENZIMAS Algumas enzimas são utilizadas como marcadores sorológicos Enzimas Principal Fonte Aplicações Clínicas Amilase Glândulas salivares, pâncreas Doenças pancreáticas Aminotransferase Fígado, músculo esquelético, rim, coração Infarto do miocárdio, doença muscular Creatina Cinase Cérebro, coração Infarto do miocárdio Fosfatase Ácida Próstata Câncer de próstata Fosfatase Alcalina Fígado, osso, placenta Doenças ósseas γGlutamiltransferase Fígado Enfermidade hepatobiliar ocasionada por alcoolismo Lactato Desidrogenase Eritrócitos, plaquetas, coração Hemólise, infarto do miocárdio Algumas enzimas são utilizadas como marcadores sorológicos Infarto do Miocárdio Isoenzimas • Enzimas que diferem em suas sequências de aminoácidos mas catalisam a mesma reação • Normalmente possuem parâmetros cinéticos diferentes • Confere maior especificidade ao diagnóstico. Fenilcetonúria Mutação do gene da fenilalanina hidroxilase > acúmulo Acúmulo de fenilalanina no sangue Aumento da excreção urinária de ácido fenilpirúvico e fenilalanina A fenilalanina compete com outros aminoácidos neutros e aromáticos pelo transporte através da barreira hematoencefálica. Se ela está em excesso o transporte dos outros aminoácidos é prejudicado. Como as enzimas funcionam? Como as enzimas funcionam? Reação espontânea alta energia de ativação livre aumento do tempo para atingir o estado de transição Reação catalisada por enzimas baixa energia de ativação livre tempo reduzido para atingir o estado de transição aumento da velocidade da reação Como as enzimas funcionam? A concentração dos substratos + a concentração de produtos formados determina a velocidade que ocorre a reação Enzimas são capazes de alterar a velocidade de reação, mas não o equilíbrio químico A interação fraca (intermediária) enzima-substrato é reajustada Ocorre quase imperceptível e muito rápido Com o reajuste, temos enzimaproduto E+S A ligação enzima-substrato é dependente da especificidade ↔ ESES↔EPEP ↔ E + P Ligação intermediária As enzimas são específicas a cada tipo de substrato Especificidade deriva da formação de muitas interações fracas entre a enzima e a molécula específica do substrato. Como as enzimas funcionam? Após o substrato se ligar à enzima, há presença de energia livre alta A diferença entre o estado de energia livre na etapa intermediária e o substrato é chamado de energia livre de ativação de ‡ Gibbs ( ∆ G ) Com a interação enzimática, a barreira imposta durante o estado de transição é vencida As enzimas reduzem a energia de ativação livre, facilitando a interação com o substrato para gerar a etapa intermediária Bioquímica (Stryer) Com a redução da energia livre de ativação, há um ganho de tempo, acelerando a formação do produto. Como as enzimas funcionam? Sem ação enzimática, a formação do produto demanda mais tempo Ao final, a quantidade de produto gerado será igual tanto na reação espontânea quanto na reação enzimática Bioquímica (Stryer) Por que com o passar do tempo a velocidade de formação do produto se estabiliza? Por quê? A enzima catalisa, mas não participa da formação do produto (não é consumida para que o produto seja formado) A reação atingiu o equilíbrio químico (ou ponto de saturação) – [ ] de substrato convertida em produto Mecanismos de Catálise Mecanismos de catálise Existem basicamente três formas como as enzimas aceleram reações, aumentando a formação das moléculas de um substrato quando em estado de transição: Catálise ácido-base Catálise covalente Catálise por íon metálico Mecanismos de catálise Catálise ácido-base Quando há doação ou liberação de prótons (H+) a fim de estabilizar a ligação intermediária Mecanismos de catálise Mecanismos de catálise Catálise covalente Ligações fortes Compartilhamento de um par de elétrons entre átomos adjacentes Resulta na ligação covalente entre enzima-substrato e induz sua transformação em produto Frutose 2,6bifosfatase Mecanismos de catálise Catálise covalente Há vários tipos de alterações covalentes, sendo a fosforilação a mais comum Outras alterações: Adenilação, acetilação, ubiquitinização, metilação,.. Mecanismos de catálise Catálise por íons metálicos Estabilizam íons em estado de transição (cálcio, magnésio e zinco) O íon encontra-se firmemente ligado ao aminoácido no sítio ativo, interagindo com a enzima e o substrato Covalente Algumas enzimas utilizam duas estratégias de catálise ao mesmo tempo Ex. quimiotripsina AcidoBase atividade enzimática atividade enzimática Efeito do pH na atividade enzimática pH A ionização de AA pode provocar modificações na conformação da enzima. pH > pI •pH do meio está alcalino; •concentração reduzida de íons H+ no meio; •os aa liberam H+, ficando eletricamente negativo. pH < pI •pH do meio está ácido; •excesso de íons H+ no meio; •os aa recebem H+, ficando eletricamente positivo. Efeito da temperatura na atividade enzimática quimiotripsina de porco enzima isolada de um camarão do Alaska enzima isolada de uma bactéria de fontes termais V initial varia com a CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATO k1 k2 k-1 Subst r at o (m M ) 0,2 0,4 0,8 1,0 2,0 4,0 6,0 V ( m m ol .l -1 .m i n -1 ) 5,0 7,5 1 0,0 1 0,7 1 2,5 1 3,6 1 3,5 V = k . [ S ] Livros recomendados
