A acção das enzimas

A acção das enzimas
Metabolismo celular
É o conjunto de reacções químicas que ocorrem
numa célula.


Catabolismo – moléculas complexas são
convertidas em moléculas mais simples, com
libertação de energia.
Anabolismo – síntese de moléculas complexas a
partir de moléculas simples, com gasto de
energia.
As reacções de catabolismo e anabolismo
relacionam-se de tal modo que a energia libertada
pelas primeiras é utilizada nas segundas.
Energia de activação


Corresponde à energia que é
necessária fornecer ao sistema para
se iniciar uma reacção química.
A ocorrência de uma reacção
química implica a ruptura de
ligações químicas nas moléculas
dos reagentes e a formação de
novas ligações químicas que dão
origem aos produtos da reacção.
Enzimas - Catalisadores biológicos
As reacções químicas que ocorrem nas
células envolvem moléculas muito estáveis e
cuja energia de activação é elevada.
 Não pode ser o calor a fornecer a energia de
activação, uma vez que causaria a
desnaturação das proteínas e a morte
celular.

Biocatalisadores/catalisadores químicos



Diminuem a energia de activação e,
consequentemente,
aumentam
a
velocidade das reacções químicas;
Não são destruídos nas reacções
químicas que catalisam;
Não alteram o equilíbrio químico das
reacções em que participam.
Vias metabólicas


A sequência de enzimas que funcionam em
cooperação num conjunto de reacções constitui
uma cadeia enzimática
enzimática.
O conjunto ordenado de reacções que ocorrem
com intervenção de uma cadeia enzimática é
uma via metabólica
metabólica.
Propriedades das enzimas
Enzima  do grego zýme – fermento
 1878: o termo enzima é introduzido por
Kühne
 1883: Duclaux propôs acrescentar o sufixo
ase ao termo que designava a substância
sobre a qual a enzima actuava (substrato).

Que características apresentam as enzimas?
Exercício 2 pág. 206
Especificidade enzimática

A complementaridade entre o substrato e o
centro activo da enzima está na origem da
especificidade de acção enzimática.


Especificidade absoluta – a enzima actua
apenas sobre um determinado substrato.
Especificidade relativa – a enzima actua sobre
um conjunto de substratos química e
estruturalmente relacionados.
Estrutura das enzimas



Enzimas proteínas com conformação
Enzimas:
tridimensional que possuem uma
região através da qual se estabelece a
ligação ao substrato – o centro activo.
Substrato: molécula sobre a qual a
Substrato
enzima actua.
Centro
activo:
activo
corresponde,
geralmente, a uma reentrância na
molécula da enzima onde se localizam
determinados aminoácidos (entre 3 e
12).



A ligação do substrato ao centro activo da
enzima forma o complexo enzima-substrato.
As ligações que se estabelecem no complexo
enzima-substrato são fracas, mas suficientes
para desencadear a conversão do substrato em
produtos.
Os produtos deixam o centro activo e a enzima
fica livre para catalisar a transformação de outro
substrato.
As enzimas, a nível celular, intervêm quer em reacções
de anabolismo
anabolismo, quer em reacções de catabolismo
catabolismo:
Reacções de anabolismo (síntese)
Reacções de catabolismo (análise)
Cofactores


Certas enzimas estão associadas a elementos não
proteicos essenciais à sua actividade – os
cofactores.
cofactores
Nestes casos, a região proteica da enzima
designa-se apoenzima e a associação entre a
apoenzima e o cofactor designa-se holoenzima
holoenzima.
Os cofactores podem ser…

Iões metálicos, como o magnésio (Mg2+)
ou o ferro (Fe2+);

Moléculas
orgânicas
designadas
coenzimas, como certas vitaminas do
coenzimas
complexo B.
Embora as enzimas difiram em alguns aspectos
estruturais e funcionais, os centros activos
apresentam algumas características comuns:




Ocupam uma pequena parte do volume total
da enzima;
Correspondem, geralmente, a uma fenda ou
cavidade existente na estrutura da molécula
proteica;
A especificidade da ligação ao substrato
depende do arranjo dos átomos no centro
activo;
O número de centros activos de uma enzima é
variável. Por exemplo, quando intervêm
cofactores há centros activos adicionais.
Que interacções se podem estabelecer
entre os intervenientes de uma reacção
enzimática?
Exercício 4 pág. 209
Mecanismo de acção enzimática

Nas reacções químicas catalisadas por
enzimas verifica-se, ao longo do tempo:




diminuição da concentração do substrato;
diminuição, seguida de estabilização, da
concentração de enzima livre;
aumento, seguido de estabilização, da
concentração de [ES];
aumento da concentração de produto.
Modelo da chave-fechadura
Modelo do encaixe induzido
Inibição da actividade enzimática


Inibidores: substâncias capazes
de provocar uma diminuição da
actividade das enzimas,
Podem apresentar diferentes
mecanismos de actuação.


Irreversível;
Reversível.
Inibição irreversível


O inibidor combina-se permanentemente com a
enzima, através de ligações covalentes, tornando-a
inactiva ou provocando a sua destruição.
Muitos venenos são inibidores enzimáticos
irreversíveis, como é o caso dos DDT, do mercúrio, do
cianeto, etc.
Inibição reversível



O inibidor combina-se temporariamente com a
enzima, através de ligações fracas;
Quando se dissocia, a enzima permanece
funcional e capaz de transformar o substrato;
Pode ser: competitiva ou não competitiva
competitiva.
Inibição competitiva

Uma molécula estruturalmente semelhante
ao substrato, mas resistente à acção da
enzima, liga-se ao centro activo da mesma,
impedindo a ligação do verdadeiro
substrato.

O inibidor e o substrato COMPETEM pelo centro
activo da enzima.
Inibição não competitiva



Também se designa por inibição alostérica.
Ligação do inibidor a um local que não
corresponde ao centro activo (centro
alostérico), alterando a estrutura globular da
enzima e, como tal, alterando a forma do seu
centro activo. Assim, a enzima deixa de ser
activa.
O inibidor e o substrato NÃO COMPETEM pelo
centro activo, ligam-se em locais diferentes.


Na célula existem inibidores naturais que regulam o
metabolismo celular.
Exemplo: repressor do operão lac


Pode ligar-se ao operador ou à lactose. Quando se liga a
um fica alterado e impossibilitado de se ligar ao outro.
Quando existe lactose liga-se a ela, não se podendo ligar
ao operador; quando não existe lactose, liga-se ao
operador.
Também uma via metabólica se pode auto-regular
atendendo a que o produto de uma reacção
enzimática pode controlar a actividade de outra
enzima, funcionando assim como inibidor.
Factores que influenciam a
actividade enzimática
Temperatura
 pH
 Concentração de substrato
 Concentração de enzima
 Inibidores

Como varia a actividade das enzimas
com diferentes factores do meio?
Actividade 5 da pág. 213
Temperatura




A elevadas temperaturas a enzima
sofre desnaturação, com consequente
perda permanente de actividade
biológica;
Ao contrário das temperaturas
elevadas, as baixas temperaturas
causam a inactivação das enzimas,
mas não as destroem;
A actividade é retomada em valores
de temperatura mais elevados;
A maioria das enzimas humanas tem
uma temperatura óptima de actuação
de 37oC.
pH


As enzimas têm um pH óptimo de actuação,
acima e abaixo do qual a sua actividade diminui
e acaba por cessar;
O pH do meio influencia a conformação do
centro activo da enzima e, consequentemente, a
sua interacção com o substrato.
Concentração de substrato


Ao aumento da concentração de
substrato corresponde o aumento
da actividade enzimática, desde
que haja enzima disponível.
Estando todos os centros activos
ocupados atinge-se um ponto de
saturação pelo que a actividade
enzimática estabiliza, uma vez que
a taxa de formação de novas
ligações ao substrato é igual à taxa
de separação dos produtos.
Concentração da enzima

Aumentando a concentração da enzima,
aumenta a velocidade da reacção desde que
haja substrato disponível.
Inibidores

A presença de inibidores diminui a actividade enzimática.
Os efeitos dependem do tipo de inibição:
 Inibição irreversível – ao aumento da concentração de
inibidor corresponde a diminuição da actividade
enzimática, dado que os centros activos da enzima vão
ficando progressivamente bloqueados.
 Inibição reversível competitiva – o aumento da
concentração de substrato permite aumentar a actividade
enzimática, dado que cada vez mais centros activos passam
a ser ocupados pelo substrato.
 Inibição reversível não competitiva – a actividade
enzimática diminui com o aumento da concentração do
inibidor. O aumento da concentração do substrato não tem
qualquer efeito.
Classificação e
nomenclatura das enzimas
1883 – Duclaux (nome do substrato +
sufixo ase)
 1961 – Comissão para as Enzimas da
União Internacional de Bioquímica (seis
classes)

Ver quadro pág. 215