enzimas - UniSALESIANO
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24/03/2016 Profª. Drª. Andréa Fontes Garcia E -mail: [email protected] E N Z I M A S 1 24/03/2016 HISTÓRICO HISTÓRICO • A atividade catalítica de enzimas tem sido utilizada pelo homem há milhares de anos – Fermentação do suco de uva para obtenção do vinho; – Fabricação de queijo; – Fabricação de pão. • No entanto, estas eram apenas aplicações práticas, uma vez que o conhecimento do modo de ação dos catalisadores biológicos só recentemente foi elucidado. 2 24/03/2016 HISTÓRICO • 1833 - A primeira hidrólise enzimática do amido – Os franceses Payen e Persoz isolaram um complexo enzimático do malte que catalisava a transformação do amido em glicose, denominando-o "diastase" (do grego "separar"). – O sufixo ase de diastase passou a ser usado. • 1835 - o químico sueco Berzelius descreveu a hidrólise enzimática do amido. – Demonstrou que o amido pode ser mais eficientemente decomposto usando-se extrato de malte preferencialmente ao ác. sulfúrico e cunhou o termo catálise. HISTÓRICO • 1836 – Schwann, foi um fisiologista alemão, descobre a enzima digestiva Pepsina • 1860 - Debate: Qual é o papel da levedura no processo de fermentação? Pauster X Lienberg – Pasteur, defendia que a fermentação alcoólica só ocorria em presença de células vivas de levedura. – Lienberg defendia que os processos fermentativos eram reações químicas. • 1897 - A polêmica foi resolvida. Os irmãos Buchner demonstraram que um extrato de levedura livre de células era capaz de fermentar o açúcar. – O extrato continha catalisadores da fermentação alcoólica. 3 24/03/2016 HISTÓRICO 1878 - William Kuhne propôs que o nome enzima fosse utilizado e a palavra 1894 - Primeira produção comercial de alimentos com enzimas, japonês Dr. Jokichi Takamine começou a produção comercial de koji a partir do fungo Aspergillus oryzae. 1894 - Cientistas definem a teoria Chave e Fechadura 1913- Michaelis e matematicamente. Lyn descreveu cinética enzimática 1914 - É lançado o primeiro detergente compacto HISTÓRICO • 1926 - Cientistas descobrem que as enzimas são proteínas - James Summer’s isolou e cristalizou a primeira enzima, a uréase. • A partir 1960 - A evolução no estudo das enzimas, acompanhado por avanços tecnológicos, possibilitou o isolamento e a identificação de propriedades das enzimas. – Caracterização e o estudo cinético de milhares de enzimas de diferentes fontes: animais, vegetais e de microrganismos. • 1986 - A primeira enzima a partir de organismo geneticamente modificado (OGM). 4 24/03/2016 INTRODUÇÃO INTRODUÇÃO Os sistemas vivos são formados por uma enorme variedade de reações bioquímicas, e quase todas elas são mediadas por uma série de extraordinários catalisadores biológicos ENZIMAS 5 24/03/2016 Enzimas são catalisadores biológicos capazes de aumentar a velocidade de reações não catalisadas da ordem de 106 a 1011. Exceto para uma classe de ácidos ribonucléicos catalíticos (RNAs) chamados riboenzimas, todas as enzimas são proteínas. Sua alta especificidade pelo substrato garante a catálise da reação desejada ao mesmo tempo em que reduz efeitos colaterais. As enzimas não são modificadas pelas reações que catalisam, apesar de poderem ficar temporariamente alteradas durante a reação. PROPRIEDADES GERAIS ENZIMAS PROTEÍNAS RNA 6 24/03/2016 PROPRIEDADES GERAIS • RNA 1989 - Canadense Sidney Altman e o norte-americano Thomas Cech: RNA Prêmio Nobel de Química Atividade Catalítica Como seria possível o início da vida, uma vez que as moléculas de DNA só podem ser reproduzidas e decifradas com a ajuda de proteínas? “A vida começou com uma molécula de RNA” PROPRIEDADES GERAIS • RNA – Esquema Geral da Síntese de Proteínas DNA (Núcleo) RNA traduzido em uma sequência de polipeptídeos (proteínas) Transcrito em RNA Enviado p/ o citoplasma participam do corte de moléculas de RNA mensageiro (splicing) fazendo a remoção de "introns", ou seja, as regiões que não são traduzidas. Outras participações incluiriam: a formação da ligação peptídica na síntese de proteínas (acredita-se que a "peptidiltransferase" seja uma ribozima, e no caso da Ribonuclease P, 80% da enzima é RNA que, sob condições apropriadas, pode catalisar sozinho a reação. 7 24/03/2016 ENZIMAS Aminoácidos: H R C* COOH • Definição: NH2 – Catalisadores biológicos; – Longas cadeias de pequenas moléculas chamadas aminoácidos. • Função: – Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou juntando-as para formar novos compostos. • Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS. ENZIMAS – PROTEÍNA Classificação proteínas Proteínas globulares Proteínas fibrosas Estrutura das proteínas Primaria Secundaria Terciária Quaternária ENZIMAS Proteínas globulares Estrutura terciária 8 24/03/2016 Holoenzima Estrutura Enzimática Cofator Proteína Ribozimas Apoenzima ou Apoproteína Pode ser: • íon inorgânico • molécula orgânica RNA Coenzima Se covalente Grupo Prostético ENZIMAS – COFATOR Algumas enzimas que contêm ou necessitam de elementos inorgânicos como cofatores ENZIMA COFATOR PEROXIDASE Fe+2 ou Fe+3 CATALASE CITOCROMO OXIDASE Cu+2 ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn+2 HEXOQUINASE Mg+2 UREASE Ni+2 9 24/03/2016 ENZIMAS – COENZIMAS Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis Classificam-se em: - transportadoras de hidrogênio - transportadoras de grupos químicos Transportadoras de hidrogênio Coenzima Abreviatura Reação Origem catalisada Nicotinamida adenina NAD+ Oxi-redução Niacina ou dinucleotídio Nicotinamida adenina NADP+ dinucleotídio fosfato Flavina adenina FAD dinucleotídio Vitamina B3 Oxi-redução Niacina ou Vitamina B3 Oxi-redução Riboflavina ou Vitamina B2 19 ENZIMAS – COENZIMAS Transportadoras de grupos químicos Coenzima Coenzima A Abrev. Reação catalisada Origem Pantotenato ou CoA-SH Transferência de Biotina Piridoxal fosfato PyF Metilcobalamina Tetrahidrofolato THF Tiamina pirofosfato TPP grupo acil Transferência de CO2 Transferência de grupo amino Transferência de unidades de carbono Transferência de unidades de carbono Transferência de grupo aldeído Vitamina B5 Biotina ou Vitamina H Piridoxina ou Vitamina B6 Cobalamina ou Vitamina B12 Ácido fólico Tiamina ou Vitamina B1 20 10 24/03/2016 Propriedades das Enzimas • São catalisadores biológicos extremamente eficientes e aceleram a velocidade da reação, transformando de 100 a 1000 moléculas de substrato em produto por minuto de reação. • Atuam em concentrações muito baixas • Atuam em condições específicas de temperatura e pH • Possuem todas as características das proteínas • Podem ter sua concentração e atividade reguladas • Estão quase sempre dentro da célula, e compartimentalizadas. ENZIMAS As enzimas apresentam um alto grau de especificidade: cada enzima possui uma organização estrutural específica, permitindo a ligação apenas do(s) seu(s) substrato(s). *há enzimas que aceitam como substrato qualquer açúcar de seis carbonos, enquanto outras só reconhecem a glicose. As enzimas são fundamentais para processos bioquímicos celulares tais como: - degradação das moléculas nutrientes; - transformação e conservação da energia química; - síntese de macromoléculas biológicas a partir de moléculas precursoras simples; 11 24/03/2016 ENZIMAS Importância prática do estudo das enzimas: - em algumas doenças, especialmente nas desordens genéticas herdadas, pode ocorrer uma deficiência ou mesmo a ausência total de uma ou mais enzimas. Ex: fenilcetonúria (fenilalanina hidroxilase); doença de von Gierke (glicose-6-fosfatase hepática) - condições anormais podem ser causadas pela atividade excessiva de uma enzima; - medidas da atividade de enzimas no plasma sangüíneo, eritrócitos ou amostras de tecido são importantes no diagnóstico de várias doenças; - muitos fármacos exercem seu efeito biológico por meio de interações com as enzimas. NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO 12 24/03/2016 Nomenclatura das enzimas Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática: • Nome Oficial: Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP:Glicose:Fosfo-Transferase EC X.X.X.X (Enzyme Commission) • Nome Clássico: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com enzimas; utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Ex: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc. • Nome Trivial: Consagrados pelo uso. Ex: Tripsina, Pepsina, Ptialina. Nomenclatura e classificação das enzimas • Século XIX - poucas enzimas identificadas Nomenclatura existente se tornou ineficaz – Adição do sufixo “ASE” ao nome do substrato: * gorduras (lipo - grego) – LIPASE * amido (amylon - grego) – AMILASE – Nomes arbitrários: * Tripsina e pepsina – proteases 13 24/03/2016 • 1955 - Comissão de Enzimas (EC) da União Internacional de Bioquímica (IUB) nomear e classificar. mais complexo sem ambigüidades baseado no mecanismo de reação • Cada enzima código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de reação catalisada: 1° dígito - classe 2° dígito - subclasse 3° dígito - sub-subclasse 4° dígito - indica o substrato Nomenclatura e classificação das enzimas • Cada enzima código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de reação catalisada: – (E.C.- Enzime Comission) – – – – 1° dígito – classe 2° dígito – subclasse 3° dígito - sub-subclasse 4° dígito - indica o substrato 14 24/03/2016 Classificação das Enzimas 1. Oxido-redutases (Reações de oxidação/Redução) 1.1.atuando em CH-OH 1.2.atuando em C=O 1.3.atuando em C=O1.4.atuando em CH-NH2 1.5.atuando em CH-NH1.6.atuando em NADH, NADPH 2.Transferases (Transferência de grupos) 2.1.grupos com um carbono 2.2.grupos aldeído ou cetona 2.3.grupos acil 2.4.grupos glicosil 2.7.grupos fosfatos 2.8.grupos contendo enxofre Classificação das Enzimas 3.Hidrolases (Reações de Hidrólise) 3.1.ésteres 3.2.ligações glicosídicas 3.4.ligações peptídicas 3.5.outras ligações C-N 3.6.anidridos ácidos 4.Liases (Adição ou remoção de grupos) 4.1. =C=C= 4.2. =C=O 4.3. =C=N- 15 24/03/2016 Classificação das Enzimas (Transferência de grupos dentro da mesma molécula, formação de isômeros) 5.Isomerases 5.1.racemases 5.2. Cis-Trans isomerases 5.3. Oxirredutases Intramoleculares 5.4. Transferases Intramoleculares (Mutases) 5.5. Liases Intramoleculares 6.Ligases (catalisam a ligação de duas moléculas com hidrólise da ligação pirofosfato na molécula de ATP (ou uma semelhante, igualmente trifosfatada) 6.1. C-O 6.2. C-S 6.3. C-N 6.4. C-C Classificação das Enzimas Exemplo: ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato Glicose fosfotransferase E.C. 2 - Classe - Transferase Nome trivial: Hexoquinase 16 24/03/2016 Classificação das Enzimas Exemplo: ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato Glicose fosfotransferase E.C. 2 - Classe - Transferase 7 - Subclasse - Fosfotransferases Nome trivial: Hexoquinase Classificação das Enzimas Exemplo: ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato Glicose fosfotransferase E.C. 2 - Classe - Transferase 7 - Subclasse - Fosfotransferases 1 - Sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila como receptor Nome trivial: Hexoquinase 17 24/03/2016 Classificação das Enzimas Exemplo: ATP + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-fosfato Glicose fosfotransferase E.C. 2 - Classe - Transferase 7 - Subclasse - Fosfotransferases 1 - Sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila como receptor 1 - Indica ser a D-glicose o receptor do grupo fosfato Nome trivial: Hexoquinase Classificação das Enzimas 1. Oxirredutases – Reações de oxidação/Redução Exemplo: Lactato desidrogenase Redução Ác. Pirúvico à Ác. lático 18 24/03/2016 Classificação das Enzimas 2. Transferases - Transferência de grupos Exemplo Hexoquinase Tranferência do P do ATP para glicose Classificação das Enzimas Exemplo: Lactase Catalisa a hidrólise da lactose em glicose e galactose 19 24/03/2016 Classificação das Enzimas 4. Liases – Adição ou remoção de grupos (H2O, NH4+, CO2). Ex: Fumarase hidratação de fumarato em L-malato Classificação das Enzimas 5. Isomerases – Transferência de grupos dentro da mesma molécula, formação de isômeros Exemplo: Triose Fosfato Isomerase Interconversão reversível de dihidroxiacetona fosfato e D-gliceraldeido-3-fosfato 20 24/03/2016 Classificação das Enzimas 6. Ligases – catalisam a ligação de duas moléculas com hidrólise da ligação pirofosfato na molécula de ATP (ou uma semelhante, igualmente trifosfatada) Exemplo: Piruvato carboxilase Formadora de ligação C-C 21 24/03/2016 Outras formas de classificar atuam no interior da célula Enzimas intracelulares sintetizam o material celular realizam reações catabólicas que suprem as necessidades energéticas da célula. atuam fora da célula Enzimas extracelulares executando as alterações necessárias à penetração dos nutrientes para o interior das células. Outras formas de classificar Agem dentro das moléculas Endoenzimas Agem nas extermidades das moléculas Ex: exoamilases, que hidrolisam,sucessivamente, ligações glicosídicas a partir da extremidade não redutora das mesmas. Ex: endoamilases, que hidrolisam ligações glicosídicas ao acaso ao longo das cadeias de amilose Exoenzimas 22 24/03/2016 Outras formas de classificar Enzimas habituais ou constitutivas Enzimas indutivas Isoenzimas As células sempre as sintetizam As células só as sintetizam quando estão na presença do substrato da enzima Enzimas que têm a mesma função, ou seja, catalisam uma mesma reação, porém apresentam estruturas diferentes AÇOES 23 24/03/2016 • Não são consumidas na reação H2O2 Catalase E+S H2O + O2 E+P 24 24/03/2016 • Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das enzimas originou Chave-Fechadura , que considera que a enzima possui sitio ativo complementar ao substrato. • Koshland (1958): Encaixe Induzido, enzima e o o substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição. 25 24/03/2016 • Atuam em pequenas concentrações 1 molécula de Catalase decompõe 5 000 000 de moléculas de H2O2 pH = 6,8 em 1 min Número de renovação = n° de moléculas de substrato convertidas em produto por uma única molécula de enzima em uma dada unidade de tempo. mmol / segundo . (milimol de produto por segundo) Ou mais freqüentemente: mmol /minuto (micromol de produto por minuto) A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A Enzima 2 • A atividade enzimática é quanto produto é produzido na presença da enzima por unidade de tempo em condições químicas definidas (temperatura, pH, composição de sais...): enzima Atividade enzimática B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B 26 24/03/2016 Cinética de Michaelis–Menten • Vmax [S] v= • • Km + [S] • • v v = Vmax 1 2 Vmax • 3 2 • Km [S] Velocidade x concentração de substrato Vmax: velocidade máxima Km: concentração de substrato na qual a reação acontece na metade da velocidade máxima Na Vmax virtualmente todas as moléculas de enzima estão com seus sitios ativos ocupados No Km (constante de Michaelis) metade das moléculas de enzima presentes no meio de reação estão com seus sítios ocupados. Km é uma medida da afinidade da enzima pelo substrato, quanto menor o Km maior a afinidade. A curva se proxima de Vmax, mas nunca alcança esse valor isso caracteriza uma assíntota. Enzimas – ordem da reação Quando a formação de P for proporcional à [S] a velocidade da reação é de 1a ORDEM V Quando a velocidade da reação independe da [S] a reação é de ORDEM ZERO 54 [S] 27 24/03/2016 FATORES QUE INFLUENCIAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA A atividade enzimática é influenciada por: • pH; • temperatura; • concentração das enzimas; • concentração dos substratos; • presença de inibidores. 28 24/03/2016 pH • O efeito do pH sobre a enzima deve-se às variações de que quanto mais se afasta do pH ótimo menos se tem a integridade da enzima. TEMPERATURA • temperatura dois efeitos ocorrem: (a) a taxa de reação aumenta, como se observa na maioria das reações químicas; (b) a estabilidade da proteína decresce devido a desativação térmica. 29 24/03/2016 CONCENTRAÇÃO DAS ENZIMAS •Velocidade de transformação do S em P quantidade de E. • Desvios da linearidade ocorrem: • Presença de inibidores na solução de enzima; • Presença de substâncias tóxicas; • Presença de um ativador que dissocia a enzima; • Limitações impostas pelo método de análise. •Recomenda-se: • Enzimas com alto grau de pureza; • Substratos puros; • Métodos de análise confiável. CONCENTRAÇÃO DOS SUBSTRATOS • [S] varia durante o curso da reação à medida que S é convertido em P. • Medir Vo = velocidade inicial da reação. Vmax vo [S] 30 24/03/2016 INIBIÇÃO ENZIMÁTICA A inibição enzimática é a redução da velocidade de uma reação enzimática provocada por uma molécula. As moléculas que provocam essa ação inibitória são chamadas de inibidores e podem ser tanto constituintes da própria célula como podem ser substâncias estranhas a ela. Quanto ao tipo, a inibição enzimática pode ser inespecífica ou específica. A inibição inespecífica é aquela que o inibidor, como um agente desnaturante, diminui a atividade de todas as enzimas. Já a inibição específica, o inibidor diminui a atividade de uma única enzima ou de um grupo restrito de enzimas. Este tipo de inibição pode ser do tipo reversível ou irreversível. INIBIÇÃO ENZIMÁTICA Qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática. INIBIDORES REVERSÍVEIS COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS IRREVERSÍVEIS INCOMPETITIVOS 31 24/03/2016 Inibidores enzimáticos São agentes moleculares que interferem na catalise, reduzindo a velocidade ou paralisando reações enzimáticas. As enzimas catalisam praticamente todos os processos celulares, por isso os inibidores enzimáticos estão entre os mais importantes agentes farmacêuticos conhecidos. Por exemplo, a Aspirina® (ácido acetilsalicílico) inibe a enzima que catalisa o primeiro passo na síntese da prostaglandina, composto envolvido em muitos processos, incluindo o que produz a dor. O estudo de inibidores enzimáticos, além disso, proveu informação valiosa sobre mecanismos enzimáticos e ajudou a definir algumas vias metabólicas. Existem duas grandes classes de inibidores enzimáticos: reversíveis e irreversíveis. Inibição Enzimática Reversível A inibição de enzimas reversível diminui a atividade enzimática através de interação reversível. Ou seja, o inibidor estabelece com a enzima um complexo com uma ligação instável, não covalente. Como a ligação é instável, após a dissociação com o inibidor, a enzima pode retomar sua atividade. Existem três tipos de inibição enzimática reversível: competitiva, não competitiva e incompetitiva. Esses tipos podem ser distinguidos experimentalmente pelos efeitos do inibidor sobre a cinética de reação da enzima. 32 24/03/2016 Inibição Competitiva A molécula inibidora apresenta estrutura semelhante ao substrato da enzima que se liga para realizar a catálise. Ela liga-se ao sítio ativo da enzima, que não pode realizar o processo catalítico, pois seu sítio ativo está ocupado para poder ligar-se ao substrato correto. Portanto o inibidor compete como substrato pelo sítio de ação. O inibidor forma com a enzima o complexo enzima-inibidor EI, que é análogo ao complexo enzima substrato ES. A molécula do inibidor não é modificada pela enzima. O efeito da reação modifica o Km, mas não altera a velocidade. Um exemplo de enzima que sofre esse tipo de inibição é a enzima succinato desidrogenase, que é a responsável pela transformação do succinato em fumarato, mas quando a ela se liga o malonato, não ocorre reação, ou seja, o malonato é o agente inibidor dessa enzima. Vmáx não muda Sem inibidor Inibição competitiva 100 Velocidade mmol/min. 75 Inibidor Em conc. X 50 Inibidor Em conc.2X 25 0 0 “Km aparente” aumenta 1 2 3 4 [S] mmol/L 5 6 Se ligam ao síto ativo mas não podem ser convertidos em produto Como inibidor e substrato competem pelo mesmo sítio esse tipo de inibição é chamado competitiva. Podem ser retirados do sítio ativo por um excesso de substrato, portanto aumenta o Km mas não altera a velocidade máxima 33 24/03/2016 Inibição não competitiva Um inibidor não competitivo pode se combinar com a enzima livre ou com o complexo ES, interferindo na ação de ambos. Esses inibidores ligam-se a um sítio da enzima diferente do sítio ativo, muitas vezes ocasionando deformação da mesma de forma que ela não forme o complexo ES na velocidade usual e, uma vez formado, ele não se desdobra na velocidade normal para originar o produto. Ocorre quando uma molécula ou íon pode se ligar em um segundo local na superfície enzimática, que não seja o sítio ativo. Isto pode distorcer a enzima tornando o processo catalítico ineficiente. O inibidor não competitivo pode ser uma molécula que não se assemelha com o substrato, mas apresenta uma grande afinidade com a enzima. É o mecanismo inverso do inibidor competitivo, porque inibe a ligação do complexo ES e não da enzima livre. O efeito da reação modifica a velocidade e o Km permanece constante. Como exemplo, há a proteína α1-antitripsina que liga-se à tripsina e inibi a ação desta. 34 24/03/2016 Vmáx diminui Velocidade mmol/min. 100 75 Inibição não-competitiva sem inibidor inibidor na conc. X 50 inibidor na conc. 2X 0 0 Km1 2 3 4 5 não muda [S] mmol/L Inibidor em Sem inibidor concentração X E E E E E E-I E-I E E E E E E E E E E E E E E-I E E E O inibidor se liga de forma irreversível à enzima inativando-a Atua como se diminuísse a concentração de enzima, na verdade diminuí a concentração de enzima ativa As moléculas que não se ligaram ao inibidor funcionam normalmente, por isso o Km não muda 6 Inibidor em concentração 2X E-I E-I E E E E-I E E-I E E-I E-I E c) Não Competitiva à Liga-se independentemente do substrato ligar-se ou não. Inibição Alostérica: O inibidor liga-se à enzima, mas em local diferente do sítio ativo alterando a conformação da enzima; Não atende ao comportamento cinético. Inibição alostérica • Inibidores alostéricos se ligam a um sítio afastado do centro ativo (cinético); • Provocam uma mudança conformacional na enzima que indiretamente reduz sua atividade. 35 24/03/2016 Inibição Incompetitiva A inibição incompetitiva caracteriza-se pelo fato de o inibidor não se combinar com a enzima livre, nem afetar sua reação com o substrato normal; contudo ele se combina com o complexo ES para originar um complexo ternário inativo ESI, incapaz de sofrer a etapa subsequente da reação para produzir o produto. Essas interrelações indicam que o grau de inibição pode aumentar à medida que se aumenta a concentração do substrato. Podem ser observada em reações catalisadas por enzimas que possuem mais de um substrato. Reduz igualmente a Vmax e Km. Inibição Enzimática Irreversível Os inibidores irreversíveis são aqueles inibidores que se ligam no sítio ativo da enzima, de modo a formar um complexo estável, ou seja, há a formação de uma ligação covalente entre o inibidor e a enzima, o que pode promover uma destruição dos grupos funcionais essenciais da enzima. Essa inibição é progressiva, aumentando com o tempo até que atinja uma máxima inibição. As substâncias que modificam quimicamente os resíduos de aminoácidos específicos podem agir como inibidores irreversíveis. Os inibidores irreversíveis são muito úteis em estudos de mecanismo de reação. Exemplos de inibidor irreversível são a proteína α1-antitripsina, que inibi a atividade da tripsina, os compostos organofosforados inibidores da acetilcolinesterase (agentes anticolinesterásicos), o DFP (diisopropil fluorofosfato), os gases dos nervos (tabun, sarin e soman) e os inseticidas (paration, Fention, Malation Diazinon). 36 24/03/2016 A cinética do inativador irreversível é comparável à de um inibidor não competitivo puro. Nesse tipo de inibição há inibidores chamados de inibidores suicidas ou inibidores com base no mecanismo, os quais são compostos geralmente pouco ativos, até que se liguem à enzima. Eles agem de duas formas, ou é convertido em um composto muito reativo que se combina irreversivelmente com a enzima ou forma um produto que é um potente inibidor do passo seguinte da via metabólica. Cinética enzimática Velocidade mmol/min. É o estudo de como a velocidade da enzima varia em função da concentração de substrato 100mmol/min 100 75 50 0,5mmol/L 25 0 0 1 2 3 4 5 [S] mmol/L 6 [S] Velocidade mmol/ mmol/min. 0L 0 0,2 25 0,5 50 1,0 74 2,0 85 3,0 90 4,0 94 5,0 97 6,0 99 Parâmetros cinéticos Velocidade máxima (Vmáx): é a velocidade máxima alcançada pela enzima Km: é a concentração de substrato que faz com que a enzima funcione na metade da V máx 37 24/03/2016 ENZIMAS X CATALISADORES QUÍMICOS Característica Enzimas Catalisadores Químicos alta baixa Natureza da estrutura complexa simples Sensibilidade à T e pH alta baixa suaves drástica (geralmente) alto moderado Natureza do processo batelada contínuo Consumo de energia baixo alto Formação de subprodutos baixa alta Especificidade ao substrato Condições de reação (T, P e pH) Custo de obtenção (isolamento e purificação) Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa Presença de cofatores sim não Estabilidade do preparado baixa alta Energia de Ativação baixa alta Velocidade de reação alta baixa 38 24/03/2016 Comparação das enzimas com catalisadores químicos Característica Especificidade ao substrato Natureza da estrutura Sensibilidade à T e pH Condições de reação (T, P e pH) Custo de obtenção (isolamento e purificação) Enzimas Catalisadores Químicos alta baixa complexa Simples alta Baixa suaves drástica (geralmente) alto Moderado Natureza do processo batelada Contínuo Consumo de energia baixo Alto Formação de subprodutos baixa Alta Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa Presença de cofatores sim não Estabilidade do preparado baixa alta Energia de Ativação baixa alta alta baixa Velocidade de reação Comparação das enzimas com catalisadores químicos Característica Especificidade ao substrato Natureza da estrutura Sensibilidade à T e pH Condições de reação (T, P e pH) Custo de obtenção (isolamento e purificação) Enzimas Catalisadores Químicos alta baixa complexa Simples alta Baixa suaves drástica (geralmente) alto Moderado Natureza do processo batelada Contínuo Consumo de energia baixo Alto Formação de subprodutos baixa Alta difícil/cara simples Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa Presença de cofatores sim não Estabilidade do preparado baixa alta Energia de Ativação baixa alta alta baixa Separação catalisador/ produtos Velocidade de reação 39 24/03/2016 Comparação das enzimas com catalisadores químicos Característica Enzimas Especificidade ao substrato Natureza da estrutura Sensibilidade à T e pH Condições de reação (T, P e pH) Custo de obtenção (isolamento e purificação) Catalisadores Químicos alta baixa complexa Simples alta Baixa suaves drástica (geralmente) alto Moderado Natureza do processo batelada Contínuo Consumo de energia baixo Alto Formação de subprodutos baixa Alta Separação catalisador/ produtos difícil/cara simples Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta baixa Presença de cofatores sim não Estabilidade do preparado baixa alta Energia de Ativação baixa alta alta baixa Velocidade de reação APLICAÇÕES 40 24/03/2016 TIPOS DE APLIÇÕES INDUSTRIAIS • Alimentos • Rações animais • Papel e celulose • Couro • Têxtil ALIMENTOS • Indústria de azeite de oliva: - Aplicação de polygalacturonase e pectinesterase na melhoria de aspectos organolépticos e estabilidade a longo prazo. • Panificação: - Melhoria de cor, sabor e estrutural através de preparado enzimático que contém alfa-amilase fúngicas. Atua sobre a farinha de trigo, acelerando o processo de fermentação devido a uma maior formação de açúcares para o fermento. 41 24/03/2016 RAÇÕES ANIMAIS • Utilização de enzimas nas rações para leitões durante o período de lactação: - Emprego de Xilanase, Beta-glucanase e Alpha-amylase com o objetivo de digestão de amido e, em decorrência disso, ganho de peso e abate precoce. INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE •Remoção de depósitos em máquinas de papel: - Substituição de álcalis e ácidos fortes por enzimas com o objetivo de assegurar a integridade física dos funcionários e cumprir leis ambientais. 42 24/03/2016 INDÚSTRIA DO COURO • Uma das primeiras partes do processo de transformação de uma pele em couro é a eliminação dos pêlos que ainda venham agarrados. • O processo usado até agora envolvia sulfureto de sódio, um químico com um cheiro tão intenso que é impossível passar por uma fábrica de curtumes sem dar por ela. • Em alternativa, foi sugerido à indústria que passe a usar enzimas – o mau cheiro desaparece e a carga poluente dos efluentes é eliminada. INDÚSTRIA TÊXTIL Usa-se a amilase bacteriana (Bacillus subtilis e Bacillus lichenformis) estável ao calor para eliminar a goma dos produtos têxteis, substituindo os ácidos e álcalis na hidrólise do amido. 43 24/03/2016 OUTRAS APLICAÇÕES • Indústria de Cosméticos • Produtos de Limpeza • Inativação Enzimática CONCLUSÃO 44 24/03/2016 • Ampla aplicabilidade da atividade enzimática Vantagens frente aos catalisadores químicos; Importância de fatores externos; Tipos de inibidores ; Economicamente mais significativa; Ecologicamente melhor. 45
