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EnzimasAs enzimas são proteínas com exceção de um pequeno grupo

de moléculas de RNA que tem ação catalítica.

Diferem dos catalisadores comuns em vários aspectosVelocidades de reações catalisadas por enzimas são cerca de 106 a 1012 maiores que as reações não catalisadas

e são várias ordens de grandeza maiores que reaçõescatalisadas quimicamente

• Condições mais brandas de temperatura, pressão e pH qause neutro

• Maior especificidade

• Capacidade de regulação

Nomenclatura

• Adiciona-se o sufixo ase ao nome do substrato ou a uma expressão que descreva a

ação catalítica

urease : catalisa a hidrólise da uréia

álcool desidrogenase: catalisa a oxidação de álcoois em seus aldeídos

Classificação Sistemática: International Union of Biochemistryand Molecular Biology- classificação de acordo com a naturezada reação.

Nome sistemáticoCarboxipeptidase A (hidrolisa resíduo C-terminal de umPolipeptídeo)

Nome sistemático:

Peptidil-L-aminoácido-hidrolase

Número de classificação:EC 3.4.17.1 (classe, sub-classe, sub-subclasse e o número

de série arbitrariamente dentro da susubclasse

Especificidade dos SubstratosA ligação enzima-substrato depende de forças não covalentes

O sítio de ligação consiste de um entalhe ou sulco complementar aosubstrato

Grupos hidrofóbicos

Pontes de hidrogênio

Modelo chave-fechadura

As enzimas são estereoespecíficas

As enzimas por sua quiralidade inerente (L-aa)Formam síteos assimétricos

São altamente específicas para a ligaçãode substratos quirais

Algumas enzimas são muito promíscuas na variedadede substratos e especificidade geométricaExemplo: quimiotripsina

Hidrólise de ligações peptídicas

Hidrólise de ligações éster

Enzimas• Algumas enzimas funcionam apenas com a

parte protéica, outras dependem de uma outra molécula

• Cofator um ou mais íons inorgânicos Fe2+, Mg2+, Mn2+ , Zn2+

• Coenzima complexo orgânico ou molécula orgânica.

Grupo Prostético = coenzima ou metal que tem ligação forte ou

covalente com a proteína

Holoenzima = proteína + coenzima ou metal

Apoenzima = parte protéica dessa enzima

Pelagra- diarréia, dermatite, demência

As coenzimas são quimicamente modificadas nasreações enzimáticas e precisam ser regeneradas

Álcool desidrogenase

E + S ES EP E + P

Energia de Ativação

• Diferença entre a energia do estado fundamental e a energia do estado de transição.

• Quando maior a energia de ativação mais lenta é a reação.

Mecanismos Catalíticos

1- catálise ácido-básica2- catálise covalente3- catálise por íons metálicos4- catálise eletrostática5- efeitos de proximidade e orientação6- ligação preferencial do complexo do estado

de transição

Não-catalisada

Catálise ácida geral

Catálise básica geral

Tautomerização ceto-enólica é lenta devido à alta energia de ativação do estadode transição carbânion

Estrutura em raio X da RNase S pancreática bovina: hidrolisa RNATem 2 resíduos de His catalisadores ácido e básicos gerais essenciaispara a catálise (His12 e His119)

His12 (pK 5,4) base geral retira um próton do 2’-OHPromovendo ataque nucleofílico ao átomo defósforo.

His119 ( pK 6,4) ácido geral , promove a protonaçãodo grupo de saída

Catálise covalente: formação transitória de um intermediáriocovalente. Descarboxilação do acetoacetato

Catalisada por aminas primárias

Catálise por íons metálicos

• Ligam-se ao substrato para orientá-lo• Mediam reações de óxido-redução• Estabilização eletrostática

Em muitas reações catalisadas por íons metálicos , o íonatua da mesma maneira que um próton para neutralizarcarga negativa , só que com mais eficiência por estarempresentesEm altas concentrações em pH neutro e podem ter cargasmaiores que +1.

Exemplo: anidrase carbônica

A carga do íon metálico faz com que as H2O ligada sejamácidas que H2O livre e portanto o OH- funciona comonucleófilo.

CO2 + H2O HCO3- + H+

Zn2+ está coordenadoa 3 cadeias laterais de His e uma molécula de H20.A H2O está polarizadaPelo Zn+2 e ioniza-se para catálise básica.

O resultante grupo OH-

ligado ao Zn2+ atacanucleofílicamente o CO2ligado de modo enzimático nasua proximidade formando oHCO3

-

O sítio ativo é regeneradopela entrada de outra moléculadeágua

Catálise Eletrostática

• A ligação E-S exclui água do sítio ativo.

• O sítio ativo fica com características de solventeorgânico com interações eletrostáticas mais fortes.

• Os pKs das cadeias laterais podem variar muitodevido à proximidade de grupos carregados pareceestabilizar os estados de transição

Catálise por proximidade e orientação

Reação bimolecular do imidazol com o p-nitrofenilacetato

A reação intramolecular é 24 x mais rápida

Pela ligação E-S as enzimas facilitam a reação por:

1- colocam os substratos em contato2-orientação 3-suspendem movimentos relativos de translação e de rotação.

Catálise por ligação preferencial ao estado de transição

Os aumentos das velocidades de reações catalisadas porenzimas são maiores do que poderia ser explicado por essesmecanismos

Uma enzima pode ligar-se ao estado de transição com afinidade maior que a de reagentes e produtos.As enzimas tensionariam os substratos em direção ao estadode transição

A velocidade desta reação é 350 x maior quadoR=CH3

O reagente é tensionado por repulsão estérica entre os CH3

Exemplo de mecanismos de catálise

Serina-proteases• Enzimas proteolíticas que tem um resíduo

de Ser particularmente reativo no seumecanismo catalítico.

• As Ser-proteases incluem enzimasdigestivas e proteínas mais especializadasque participam da coagulação , em processos de inflamação entre outros.

Quimiotripsina: catalisa hidrólise de ligações peptídicas

• Os grupos da quimiotripsina importantespara a catálise foram identificados porestudos de modificação química.

• Um teste para a presença de Ser no sítioativo é a reação com diisopropilfosfofluoridrato (DIPF) .

DIPF reage apenascom a Ser 195 da quimiotripsina

Outro resíduo catalítico descoberto foi a His 57, por marcação por afinidade.Nessa técnica um análogo do substrato liga-se ao sítioativo formando uma ligação covalente estável

Reação do TPCK com a His 57 da quimiotripsina

1- Ataque nucleofílico da Ser do sítio ativo no átomo deCarbono da carbonila a ser clivada formando um Intermediário tetraédrico

2-Decomposição do intermediáriopela doação do próton do N3 da His57 (catálise ácida-geral),

O grupo de saída R’NH2 é liberadoda enzima e substituído por H2O

O intermediárioacil-enzima é deacilado.Nesse processo a água é o nucleófilo