Enzimas - IQ-USP

24/3/2011
Estrutura
Função
1.
Função proteica envolve a ligação reversível com outras moléculas.
A molécula que se liga reversivelmente à proteina→ LIGANTE
2.
O ligante se liga na proteína e um sítio específico, chamado SÍTIO DE
LIGAÇÃO. Sítio de ligação: complementar ao ligante em tamanho,
forma, carga, hidrofilicidade/hidrofobicidade, “específico”
3.
A adaptação estrutural resultante da ligação da proteína ao
ligante→ “Adaptação Induzida” ou “Encaixe Induzido”.
4.
No caso da ENZIMA,
Ligante = Substrato
Sítio de ligação = Sítio Ativo, Sítio Catalítico
Enzimas
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Introdução
1. Duas condições fundamentais para a vida :
(1) capacidade de se autoreplicar
(2) capacidade de catalisar reações químicas eficiente e
seletivamente
Ex. : Açúcar pode ser estocado por anos, mas no organismo ele
libera energia química em segundos “ catálise”
Energia
C6H12O6 + 6 O2
6 CO2 + 6 H2O + 2870 kJ of energy
Enzimas
“ ENZIMAS” - Proteínas altamente especializadas que
possuem as seguintes propriedades:
 Eficiência catalítica extraordinária
 Alto grau de especificidade
 Podem ser reguladas
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Eficiência Catalítica
Eficiência catalítica: enzimas são catalizadores capazes
de aumentar enormemente a velocidade de reações
químicas específicas sem serem consumidos no
processo.
Especificidade
Sítio Ativo: Região específica, em forma de fenda ou bolso, onde
cadeias laterais de aminoácidos criam um ambiente
tridimensional complementar ao substrato.
SUBSTRATO (ligante)
SÍTIO ATIVO
Quimotripsina
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Regulação
A concentração e a atividade da enzima podem ser reguladas.
Regulação da expressão gênica
- pH, temperatura
-Interação com moduladores/reguladores
-Interação com inibidores
Isso permite que a célula ajuste o metabolismo de acordo com as
necessidades.
Classificação
São classificadas de acordo com o tipo de reação que catalisam
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Algumas enzimas precisam de
outras moléculas além da proteína
para sua atividade enzimática.
Grupos Prostéticos
Cofatores e Coenzimas
Cofatores : compostos inorgânicos
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Cofatores e Coenzimas
Cofatores : compostos orgânicos
Enzimas: Como funcionam?
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Enzimas diminuem a energia de ativação
A função termodinâmica denominada de energia livre (G) é importante
para compreender como as enzimas trabalham.
Parâmetros termodinâmicos que deve-se considerar:
1) A variação de energia livre (∆G) entre produtos e reagentes. ∆G: indica
a espontaneidade da reação
2) A energia necessária (energia de ativação) para iniciar a conversão dos
reagentes em produtos. Determina a velocidade da reação
Energia Livre de Ativação
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Estabilização do estado de transição
O Sítio Ativo funciona como um “molde molecular flexível”,
que se liga ao substrato em uma estrutura geométrica similar
ao estado de transição…
Glicose
Sítio de Ligação do Substrato
“SÍTIO ATIVO”
A ligação do substrato ao sítio ativo induz
alterações na conformação da proteína,
amoldando sua estrutura e a do substrato de
modo a favorecer a catálise.
Cinética
Enzimática
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Cinética Enzimática
“Estuda o mecanismo de reações catalisadas
enzimaticamente através do estudo da
velocidade da reação enzimática e como
ela se altera em função de mudanças nos
parâmetros experimentais”
Cinética Enzimática
Fatores que afetam a velocidade da reação
enzimática:
Temperatura
pH
Concentração do Substrato
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1913: Teoria geral da ação das enzimas (Michaelis&Menten)
1913: Teoria geral da ação das enzimas (Michaelis&Menten)
E + S ⇌ ES
1
2
E+P
1. Inicialmente a enzima (E) se combina reversivelmente
com o substrato (S) para formar o complexo ES, um
passo relativamente rápido;
2. A seguir, o complexo ES se rompe liberando o produto
(P) e regenerando a enzima livre (E) - uma etapa lenta.
ETAPA LIMITANTE DA REAÇÃO!
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Equação de Michaelis-Menten
E + S ⇌ ES
1
2
E+P
As seguintes considerações são feitas ao derivar-se a
equação de Michaelis & Menten:
1. A [S] é muito maior do que a [E]
2. [ES] não varia com o tempo, isto é a velocidade de formação
de ES é igual ao da degradação (“Estado Estacionário”).
3. Velocidade inicial: As velocidades iniciais (V0) são utilizadas na
análise de reações enzimáticas. A Velocidade é medida assim
que o substrato é adicionado.
Equação de Michaelis-Menten
Onde:
Vo: velocidade no tempo inicial quando a [S] >>> [E]
Vmax: V máximo
[S]: concentração do substrato
Km: constante de Michaelis
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Efeito da [S] sobre a Velocidade da Reação (Vo)
E + S ↔ ES ↔ E + P
[S] >>Km: Enzima está saturada com
S (todas as enzimas econtram-se
complexadas com o substrato). A
velocidade independe da [S]
[S] << Km: Grande quantidade
de enzimas livres. A velocidade
é proporcional à [S].
Gráfico dos Duplos-Recíprocos (Equação de Lineweaver- Burk)
Transformação da equação de Michaelis e Mentem
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Km
• KM = [S] quando vo = 1/2 Vmax .
• Em geral, quanto menor o KM, mais forte é ligação do
substrato pela enzima.
• KM é usado como uma medida da afinidade da
enzima pelo substrato
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Inibição da Atividade Enzimática
1.
Importância Farmacêutica do estudo da inibição enzimática
Inibidores enzimáticos são agentes moleculares que interferem na
catálise, diminuindo a velocidade da reação… esse é o mecanismo de
ação da grande maioria de agentes farmacêuticos.
Ex. : Aspirina→ Inibidor da síntese de Prostaglandinas → Antiinflamatório
2.
Classificação:
1) Inibição Reversível:
Inibição Competitiva
Inibição Não-Competitiva
Inibição Inconpetitiva
Inibição Mista
2) Inibição Irreversível
Inibição Competitiva
Inibidor compete (reversívelmente) com o substrato pelo sítio ativo
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Inibição Competitiva
Cinética na presença de [I] crescentes
[I]
10 [I]
5[I]
1. Vmax → não se altera
2. Km → aumenta
Inibição Competitiva
Exemplos: Intoxicação por Metanol
Desidrogenase alcoolica converte metanol em formaldeído (tóxico!) que
pode resultar em cegueira.
Tratamento: ETANOL
O etanol compete com o metanol pelo sítio ativo da enzima
Exemplos: Fármacos que reduzem o colesterol
- Lovastatina compete com a HMG-CoA pelo sítio ativo da HMG-CoA
Redutase
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Inibição Não-Competitiva
Inibidor e substrato ligam-se a sítios diferentes!
Inibição Não-Competitiva
1. Vmax → diminui
2. Km → não se altera
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Inibição IRREVERSÍVEL
Inibidores irreversíveis LIGAM-SE COVALENTEMENTE à enzima
São úteis como ferramentas no estudo de mecanismo de reação,
principalmente para a identificação de aminoácidos importantes para a
catálise no sítio ativo.
Quimotripsina
Ligação covalente
(Diisopropylfluorophosphate)
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