aula 5 enzimas
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O que são enzimas? Catalizadores biológicos - Aceleram reações químicas específicas sem a formação de produtos colaterais Reagentes = substratos Local onde a reação ocorre = sitio ou centro ativo S + E ES EP P + E Características das enzimas 1 - Grande maioria das enzimas são proteínas (algumas moléculas de RNA tem atividade catalítica – ribozimas) 2 - Funcionam em soluções aquosas diluídas, em condições muito suaves de temperatura e pH (mM, pH neutro, 25 a 37oC) Pepsina estômago – pH 2 Enzimas de organismos hipertermófilos ambientes quentes) atuam a 95oC (crescem em 3 - Apresentam alto grau de especificidade por seus reagentes (substratos) 4 - Peso molecular: varia de 12.000 à 1 milhão daltons (Da), são portanto muito grandes quando comparadas ao substrato. Molécula que se liga ao sítio ativo e que vai sofrer a ação da enzima = substrato Região da enzima onde ocorre a reação = sítio ativo 5 - A atividade catalítica das Enzimas depende da integridade de sua conformação protéica nativa – local de atividade catalítica (sitio ativo) glicose catalase Tetrâmero – 60KDa ~ 500aa hexoquinas e 98000 Da 920aa Sítio ativo e toda a molécula proporciona um ambiente adequado para ocorrer a reação química desejada sobre o substrato Nomes comuns de enzimas Normalmente se adiciona o sufixo ase ao nome do substrato ou à atividade realizada: Amilase – hidrolisa o amido Amido sintetase – síntese do amido DNA-polimerase – polimeriza DNA Transaminase ou aminotransferase Hidrolase Classificação das enzimas – 6 Classes de acordo com o tipo de reação/função classe grupo Reação catalisada EC 1 Oxidorredutase Transferência de elétrons (íons hidreto ou átomos de H) EC 2 Transferase Transferência de grupos EC 3 Hidrolase Hidrólise (transferência de grupos funcionais envolvendo água) EC 4 Liase Adição de grupos funcionais a dupla ligação ou formação de dupla ligação pela remoção de grupos EC 5 Isomerase Transferência de grupos dentro da mesma molécula formando isômeros EC 6 Ligase Formação de ligações C-C, C-S, CO e C-N por meio de ligações de condensação e quebra de ATP Comitê de Nomenclatura da União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/ Como as enzimas agem? Enzimas fornecem um ambiente específico para tornar uma reação biológica termodinamicamente mais favorável. As enzimas aumentam a velocidade das reações químicas A velocidade da reação está relacionada à energia de ativação O que é a energia de ativação? Velocidade Equilíbrio Energia de ativação é dada pela diferença energética entre o estado fundamental e o de transição As enzimas aumentam a velocidade das reações diminuindo a energia de ativação das reações Como as enzimas diminuem a energia de ativação? Várias ligações e interações entre os resíduos de aa do centro ativo e o substrato proporcionam a ocorrência da reação química necessária – aumentando a velocidade da reação química Direcionam o substrato para a posição adequada dos grupos reativos Proporciona a associação e a aquisição de cargas elétricas importantes para a reação Substrato posicionado no sítio ativo da enzima: grupos catalíticos funcionais auxiliam a quebra e a formação de ligações por meio de uma variedade e mecanismos Quais são os grupos catalíticos e como a catálise ocorre? Três tipos de mecanismos catalíticos: Catálise ácido-base geral (transferência de prótons de um substrato ou de um intermediário) Catálise covalente (formação de ligação covalente transitória entre o substrato e a enzima) Catálise por íons metálicos (íons metálicos ligados às enzimas auxiliam a reação) Aminoácidos que recebem ou doam prótons nos centro ativos das enzimas Isso explica a dependência do pH na atividade das enzimas Esse tipo de catálise ocorre na maioria das enzimas Catálise covalente Nesse tipo de catálise ocorre a formação de uma ligação covalente entre a enzima e o substrato (ex: hidrólise) A B H2O A +B Na presença de uma enzima com um grupo nucleofílico essa reação acontece em dois passos A B + X: A X +B H2O A + B + X: Aminoácidos mostrados anteriormente e alguns grupos funcionais de coenzimas agem como nucleófilos Catálise por íons metálicos Nesse tipo de catálise o íon (zinco, magnésio ou cálcio) estão ligados a aminoácidos do centro ativo e participam da catálise como nas catálises ácidobase orientando o substrato ou estabilizando o complexo ES eletricamente. Atividade enzimática é afetada pelo pH O pH pode influenciar a atividade de uma enzima através de maneiras distintas. Primeiramente, o pH pode levar à desnaturação proteica. O pH também pode interferir na atividade de uma enzima alterando o padrão de cargas de um determinado sítio ativo ou catalítico, ou alterando a conformação geral da proteína. Atividade enzimática é afetada pela temperatura O aumento de temperatura aumenta a taxa de reação enzimática devido ao aumento de energia cinética das moléculas participantes da reação. A temperatura pode interferir nas interações que mantém as estruturas secundárias e terciárias (pontes de hidrogênio e interações hidrofóbicas), podendo levar à desnaturação protéica. Curva que relaciona [S] e V0 é uma hipérbole, concentrações mais baixas aumento linear da velocidade, concentrações mais altas velocidade atinge um valor máximo Concentrações baixas de substrato ocorre aumento linear entre Velocidade(V0) e o Substrato [S] [S] V0 aumenta cada vez menos até atingir um patamar (Vmax) Curva relacionando [S] e V0 pode ser expressa algebricamente Equação de Michaelis-Menten Constante de Michaelis O que é Km ? É a concentração do substrato onde se obtém metade da velocidade máxima da reação Equação de Michaelis-Menten Transformações da equação de Michaelis-Menten Equação de Lineweaver-Burk ou duplo-recíproco Inversão dos dois lados da equação de Michaelis-Menten Separação dos componentes do lado direito. Equação de Lineweaver-Burk ou duplo-recíproco inverter Separar componentes e resolver y = Km a 1 x + b Com essa transformação matemática passa-se a trabalhar com uma reta e não com uma hipérbole, mais fácil. a = coeficiente angular y=0 b = coeficiente linear x=0 A atividade de todas as enzimas pode ser inibida por determinadas moléculas Inibidores enzimáticos São moléculas que interferem com a catálise diminuindo ou interrompendo a reação enzimática Como são classificados os inibidores de acordo com seu mecanismo de ação? Reversíveis Irreversíveis Inibição competitiva Inibição incompetitiva Inibição mista ou não competitiva Como eles atuam? Reversíveis - Inibição competitiva Inibidor compete com o substrato pelo sitio ativa da enzima Inibidor tem estrutura molecular semelhante à do substrato [S] deslocar inibidor do sítio ativo e manter Vmax V max é constante na presença do inibidor devido à grande quantidade de substrato Reversíveis - Inibição incompetitiva Inibidor se liga em um sítio diferente do centro ativo, impede a reação do complexo ES. Independente da concentração do substrato o Km e a Vmax estão alterados Reversíveis - Inibição mista ou não competitiva Inibidor se liga tanto ao complexo ES como à enzima, em um sítio diferente do centro ativo Independente da concentração do substrato o Km e a Vmax estão alterados Inibição irreversível Inibidor se liga de maneira estável ou covalente com um grupo funcional importante para a atividade enzimática Utilizados experimentalmente para definir os aminoácidos essenciais do centro ativo das enzimas Inativar determinadas enzimas em situações biológicas importantes Este é o mecanismos de ação dos inseticidas organofosforados, como o malathion e o parathion. Absorção via pele, inalação e ingestão alimentos contaminados. Metabolismo hepático lento - intoxicação Reagem com o resíduo de serina no sitio ativo das serinoenzimas, formando um complexo irreversível. Uma das enzimas altamente sensível a esses compostos é a acetilcolinesterase, responsável pela metabolização do neurotransmissor acetilcolina em neurônios centrais e periféricos (envenenamento por organofosforados) Sintomas – depressão respiratória, letargia, convulsões, coma •Regulam a velocidade das reações metabólicas •São reguladas por determinados sinais •Tipos: Enzimas alostéricas Enzimas reguladas por modificações covalentes reversíveis Enzimas reguladas por proteólise Enzimas alostéricas •Possui sítios reguladores para a ligação do modulador especifico •Maiores e mais complexas que as não alostéricas (mais que uma cadeia polipeptídica) Sofrem modificações conformacionais em resposta à ligação do modulador (positivo ou negativo) Enzimas reguladas por modificações covalentes reversíveis •Diferentes grupos podem se ligar á molécula enzimática e regular sua atividade •Grupos ligados covalentemente e removidos pela ação de outras enzimas Menos ativa Mais ativa Enzimas reguladas por proteólise Enzimas proteolíticas – mecanismo de proteção/regulação Enzima inativa Fatores externos (autólise ou ação de outra protease) Parte da cadeia é retirada e a enzima muda sua conformação expondo o sítio ativo
