Especificidade enzimática

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Especificidade enzimática
As enzimas são muito específicas, descriminando substratos com
estruturas muito semelhantes. Esta especificidade pode ser relativa a apenas
um substrato ou a vários substratos ao mesmo tempo.
Torna-se então necessário compreender as bases moleculares da
especificidade enzimática:
 Identificação de resíduos de aminoácido do sítio activo que interagem
com o estado de transição de diversos substratos;
 Determinação das energias destas interacções e consequentemente da
sua importância relativa na catálise.
Vários tipos de reacções químicas ocorrem entre os substratos e os
grupos funcionais das enzimas. Os grupos funcionais catalíticos da enzima
podem formar uma ligação covalente transitória com o substrato e activá-lo
para a reacção (em grande parte dos casos, estas reacções ocorrem somente no
local activo da enzima). As interacções covalentes entre as enzimas e o
substrato baixam a energia da activação (logo, aceleram a reacção) ao
fornecerem um “caminho” de reacção alternativo, de baixa energia.
Existem também as interacções não covalentes. Muita da energia
requerida para baixar energias da activação é derivada das interacções fracas,
não covalentes entre a enzima e o substrato. Acredita-se que a eficiência
catalítica das enzimas se deve à formação de um complexo entre a enzima e o
estado de transição do substrato (complexo ES). A interacção entre o substrato
e a enzima neste complexo é mediada pelas mesmas forças que estabilizam a
estrutura da proteína, incluindo ligações do hidrogénio e interacções
hidrofóbicas e iónicas. A formação de cada interacção fraca no complexo do ES
é acompanhada pela liberação de um pouco de energia livre que fornece um
grau de estabilidade à interacção. Logo, a especificidade enzimática é função
das interacções não-covalentes entre a enzima e o substrato no estado de
transição. A energia derivada da interacção do complexo enzima-substrato é
designada de energia de ligação. A energia de ligação é a maior fonte de
energia livre utilizada pelas enzimas para baixar a energia de activação das
reacções.
A especificidade das enzimas deve-se também à existência na superfície
da enzima de um local denominado sítio de ligação do substrato. O sítio de
ligação do substrato de uma enzima é dado por um arranjo tridimensional
especial dos aminoácidos de uma determinada região da molécula, geralmente
complementar à molécula do substrato. O sítio de ligação do substrato é capaz
de reconhecer inclusive isómeros ópticos "D" e "L" de um mesmo composto.
No sítio activo, que pode coincidir com o sítio de ligação ou estar muito
próximo dele, ocorre a reacção enzimática.
Alguns modelos procuram explicar a especificidade substrato/enzima:
 Modelo Chave/Fechadura: prevê um encaixe perfeito do substrato no
sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura (fig. b);
 Modelo do Ajuste Induzido: existe um sítio de ligação não totalmente
pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato – a enzima
ajusta-se à molécula do substrato na sua presença, sendo complementar
ao seu estado de transição (fig. c);
 Evidências experimentais sugerem um terceiro modelo que combina o
ajuste induzido a uma "torção" da molécula do substrato, que o
"activaria" e o prepararia para a sua transformação em produto.
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