A acção das enzimas

Metabolismo celular

É o conjunto de reacções químicas que ocorremnuma célula.

CatabolismoCatabolismo – moléculas complexas sãoconvertidas em moléculas mais simples, comlibertação de energia.

AnabolismoAnabolismo – síntese de moléculas complexas apartir de moléculas simples, com gasto deenergia.

As reacções de catabolismo e anabolismorelacionam-se de tal modo que a energia libertadapelas primeiras é utilizada nas segundas.

Energia de activação

Corresponde à energia que énecessária fornecer ao sistema parase iniciar uma reacção química.

A ocorrência de uma reacçãoquímica implica a ruptura deligações químicas nas moléculasdos reagentes e a formação denovas ligações químicas que dãoorigem aos produtos da reacção.

Enzimas - Catalisadores biológicos

As reacções químicas que ocorrem nascélulas envolvem moléculas muito estáveis ecuja energia de activação é elevada.

Não pode ser o calor a fornecer a energia deactivação, uma vez que causaria adesnaturação das proteínas e a mortecelular.

Biocatalisadores/catalisadores químicos

Diminuem a energia de activação e,consequentemente, aumentam avelocidade das reacções químicas;

Não são destruídos nas reacçõesquímicas que catalisam;

Não alteram o equilíbrio químico dasreacções em que participam.

Vias metabólicas

A sequência de enzimas que funcionam emcooperação num conjunto de reacções constituiuma cadeiacadeia enzimáticaenzimática.

O conjunto ordenado de reacções que ocorremcom intervenção de uma cadeia enzimática éuma viavia metabólicametabólica.

Propriedades das enzimas

Enzima do grego zýme – fermento 1878: o termo enzima é introduzido por

Kühne

1883: Duclaux propôs acrescentar o sufixoase ao termo que designava a substânciasobre a qual a enzima actuava (substrato).

Que características apresentam as enzimas?

Exercício 2 pág. 206

Especificidade enzimática

A complementaridade entre o substrato e ocentro activo da enzima está na origem daespecificidade de acção enzimática.

EspecificidadeEspecificidade absolutaabsoluta – a enzima actuaapenas sobre um determinado substrato.

EspecificidadeEspecificidade relativarelativa – a enzima actua sobreum conjunto de substratos química eestruturalmente relacionados.

Estrutura das enzimas EnzimasEnzimas: proteínas com conformação

tridimensional que possuem umaregião através da qual se estabelece aligação ao substrato – o centro activo.

SubstratoSubstrato: molécula sobre a qual aenzima actua.

CentroCentro activoactivo: corresponde,geralmente, a uma reentrância namolécula da enzima onde se localizamdeterminados aminoácidos (entre 3 e12).

A ligação do substrato ao centro activo daenzima forma o complexo enzima-substrato.

As ligações que se estabelecem no complexoenzima-substrato são fracas, mas suficientespara desencadear a conversão do substrato emprodutos.

Os produtos deixam o centro activo e a enzimafica livre para catalisar a transformação de outrosubstrato.

As enzimas, a nível celular, intervêm quer em reacçõesde anabolismoanabolismo, quer em reacções de catabolismocatabolismo:

Reacções de anabolismo (síntese)Reacções de anabolismo (síntese)

Reacções de catabolismo (análise)Reacções de catabolismo (análise)

Cofactores

Certas enzimas estão associadas a elementos nãoproteicos essenciais à sua actividade – oscofactorescofactores.

Nestes casos, a região proteica da enzimadesigna-se apoenzimaapoenzima e a associação entre aapoenzima e o cofactor designa-se holoenzimaholoenzima.

Os cofactores podem ser…

Iões metálicos, como o magnésio (Mg2+)ou o ferro (Fe2+);

Moléculas orgânicas designadascoenzimascoenzimas, como certas vitaminas docomplexo B.

Embora as enzimas difiram em alguns aspectosestruturais e funcionais, os centros activosapresentam algumas características comuns:

Ocupam uma pequena parte do volume totalda enzima;

Correspondem, geralmente, a uma fenda oucavidade existente na estrutura da moléculaproteica;

A especificidade da ligação ao substratodepende do arranjo dos átomos no centroactivo;

O número de centros activos de uma enzima évariável. Por exemplo, quando intervêmcofactores 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 porenzimas verifica-se, ao longo do tempo:

diminuição da concentração do substrato;

diminuição, seguida de estabilização, daconcentração de enzima livre;

aumento, seguido de estabilização, daconcentração de [ES];

aumento da concentração de produto.

Modelo da chave-fechadura

Modelo do encaixe induzido

Inibição da actividade enzimática

Inibidores: substâncias capazesde provocar uma diminuição daactividade das enzimas,

Podem apresentar diferentesmecanismos de actuação. Irreversível;

Reversível.

Inibição irreversível

O inibidor combina-se permanentemente com aenzima, através de ligações covalentes, tornando-ainactiva ou provocando a sua destruição.

Muitos venenos são inibidores enzimáticosirreversíveis, como é o caso dos DDT, do mercúrio, docianeto, etc.

Inibição reversível

O inibidor combina-se temporariamente com aenzima, através de ligações fracas;

Quando se dissocia, a enzima permanecefuncional e capaz de transformar o substrato;

Pode ser: competitivacompetitiva ou nãonão competitivacompetitiva.

Inibição competitiva

Uma molécula estruturalmente semelhanteao substrato, mas resistente à acção daenzima, liga-se ao centro activo da mesma,impedindo a ligação do verdadeirosubstrato. 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 nãocorresponde ao centro activo (centroalostérico), alterando a estrutura globular daenzima e, como tal, alterando a forma do seucentro activo. Assim, a enzima deixa de seractiva.

O inibidor e o substrato NÃO COMPETEM pelocentro activo, ligam-se em locais diferentes.

Na célula existem inibidores naturais que regulam ometabolismo 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 ligarao operador; quando não existe lactose, liga-se aooperador.

Também uma via metabólica se pode auto-regularatendendo a que o produto de uma reacçãoenzimática pode controlar a actividade de outraenzima, funcionando assim como inibidor.

Factores que influenciam a actividade enzimática

Temperatura

pH

Concentração de substrato

Concentração de enzima

Inibidores

Como varia a actividade das enzimascom diferentes factores do meio?

Actividade 5 da pág. 213

Temperatura

A elevadas temperaturas a enzimasofre desnaturação, com consequenteperda permanente de actividadebiológica;

Ao contrário das temperaturaselevadas, as baixas temperaturascausam a inactivação das enzimas,mas não as destroem;

A actividade é retomada em valoresde temperatura mais elevados;

A maioria das enzimas humanas temuma temperatura óptima de actuaçãode 37oC.

pH

As enzimas têm um pH óptimo de actuação,acima e abaixo do qual a sua actividade diminuie acaba por cessar;

O pH do meio influencia a conformação docentro activo da enzima e, consequentemente, asua interacção com o substrato.

Concentração de substrato Ao aumento da concentração de

substrato corresponde o aumentoda actividade enzimática, desdeque haja enzima disponível.

Estando todos os centros activosocupados atinge-se um ponto desaturação pelo que a actividadeenzimática estabiliza, uma vez quea taxa de formação de novasligações ao substrato é igual à taxade separação dos produtos.

Concentração da enzima

Aumentando a concentração da enzima,aumenta a velocidade da reacção desde quehaja substrato disponível.

Inibidores

A presença de inibidores diminui a actividade enzimática.Os efeitos dependem do tipo de inibição: InibiçãoInibição irreversívelirreversível – ao aumento da concentração deinibidor corresponde a diminuição da actividadeenzimática, dado que os centros activos da enzima vãoficando progressivamente bloqueados. InibiçãoInibição reversívelreversível competitivacompetitiva – o aumento daconcentração de substrato permite aumentar a actividadeenzimática, dado que cada vez mais centros activos passama ser ocupados pelo substrato. InibiçãoInibição reversívelreversível nãonão competitivacompetitiva – a actividadeenzimática diminui com o aumento da concentração doinibidor. O aumento da concentração do substrato não temqualquer efeito.

Classificação e nomenclatura das enzimas 1883 – Duclaux (nome do substrato +

sufixo ase)

1961 – Comissão para as Enzimas daUnião Internacional de Bioquímica (seisclasses)

Ver quadro pág. 215