ENZIMASCatalisar uma reao alterar a sua velocidade, ou seja, a quantidade de massa de reagente transformada na unidade de tempo.

So catalisadores biolgicos de alta especificidade.

+

Enzima (E) + Substrato (S)

EnzimaSubstrato (ES)

Enzima (E) + Produto (P)

Substrato: substncia que sofre a transformao; Produto: resultado da transformao do substrato.

V = reagentes transformados tempo

A presena de um catalisador pode alterar a velocidade das reaes assim como pode alterar tambm a quantidade de energia necessria que deve ser emprestada ao sistema para incio das reaes (Energia de Ativao).

ENZIMAS PROTENAClassificao das ProtenasProtenas GlobularesPrimria Secundria

Protenas FibrosasTerciria Quaternria

Estrutura das Protenas

Protenas com alto peso molecular, maioria entre 15 a 1000 Kilo Daltons Unit (KD) OBS: 1 Dalton = 1 unidade de peso molecular (AMU)

ENZIMASProtenas Globulares Estrutura Terciria

ENZIMAS ESTRUTURAESTRUTURA ENZIMTICA Holoenzima

Ribozimas

ProtenaApoenzima ou Apoprotena

CofatorPode ser: on inorgnico molcula orgnica Coenzima

RNA

Se covalenteGrupo Prosttico

ENZIMAS CARACTERSTICAS GERAIS Apresentam alto grau de especificidade; So produtos naturais biolgicos; Reaes baratas e seguras;

So altamente eficientes, acelerando a velocidade das reaes (108 a 1011 + rpida); So econmicas, reduzindo a energia de ativao;

No so txicas; Condies favorveis de pH, temperatura, polaridade do solvente e fora inica.Variantes enzimticas: Isoenzimas: enzimas com funes idnticas (mesma espcie) Heteroenzimas: enzimas com funes idnticas (diferentes espcies)

ENZIMAS NOMENCLATURA Sculo XIX - poucas enzimas identificadasAdio do sufixo ASE ao nome do substrato: - gorduras (lipo - grego) LIPASE - amido (amylon - grego) AMILASE Nomes arbitrrios: - Tripsina e pepsina proteases

ENZIMAS NOMENCLATURA 1955 - Comisso de Enzimas (EC) da Unio Internacional de Bioqumica (IUB) nomear e classificar. Cada enzima cdigo com 4 dgitos que caracteriza o tipo de reao catalisada: 1 dgito - classe 2 dgito - subclasse 3 dgito - sub-subclasse 4 dgito - indica o substrato

ENZIMAS CLASSIFICAOClassificao das enzimas segundo a Comisso de Enzimas1. xido-redutases: So enzimas que catalisam reaes de transferncia de eltrons,

ou seja: reaes de oxi-reduo. So as Desidrogenases e as Oxidases.1.1.atuando 1.2.atuando 1.3.atuando 1.4.atuando 1.5.atuando 1.6.atuando em em em em em em CH-OH C=O C=OCH-NH2 CH-NHNADH, NADPH

2.Transferases: Enzimas que catalisam reaes de transferncia de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc.2.1.grupos 2.2.grupos 2.3.grupos 2.4.grupos 2.7.grupos 2.8.grupos com um carbono aldedo ou cetona acil glicosil fosfatos contendo enxofre

3.Hidrolases: Catalisam reaes de hidrlise de ligao covalente.3.1.steres 3.2.ligaes glicosdicas 3.4.ligaes peptdicas 3.5.outras ligaes C-N 3.6.anidridos cidos

ENZIMAS CLASSIFICAO Classificao das enzimas segundo a Comisso de Enzimas4.Liases: Catalisam a quebra de ligaes covalentes e a remoo de molculas de gua, amnia e gs carbnico.4.1. -C=C4.2. -C=O 4.3. -C=N-

5.Isomerases: Catalisam reaes de inter-converso entre ismeros pticos ou geomtricos (transferncia de grupos dentro da mesma molcula para formar ismeros)5.1.racemases

6.Ligases: Catalisam reaes de formao e sntese novas molculas a partir da ligao entre duas j existentes, quase sempre s custas da hidrlise de ATP (s custas de energia).6.1. 6.2. 6.3. 6.4. C-O C-S C-N C-C

ENZIMAS CATALISADORESAceleram reaes qumicasH2O2 Ex: Decomposio do H2O2Condies da ReaoCatalase

H2O

+

O2

Energia livre de Ativao KJ/mol Kcal/mol

Velocidade Relativa

Sem catalisador Platina Enzima Catalase

75,2 48,9 23,0

18,0 11,7 5,5

1molc/s2,77 x 104 6,51 x 108

ENZIMAS CATALISADORES As enzimas NO so consumidas na reao

H2O2

Catalase

H2O + O2

E+S

E+P

ENZIMAS CATALISADORES No alteram o estado de equilbrio - Abaixam a energia de ativao; -Keq no afetado pela enzima.

Diferena entre a energia livre de S e P

S

Energia de ativao sem enzima Energia de ativao com enzima

PCaminho da Reao

ENZIMAS COMPONENTES DA REAO

E+S

ES

P+E

Substrato se liga ao STIO ATIVO da enzima

ENZIMAS STIO ATIVO Regio da molcula enzimtica que participa da reao com o substrato.- Pode possuir componentes no proticos: cofatores

Poro protica Cofator APOENZIMA

Ativador:ons inorgnicos que condicionam a ao cataltica das enzimas. Ex: Fe+ Coenzima: molcula orgnica complexa. Ex: NAD+

HOLOENZIMA

Grupamento prosttico

ENZIMAS COFATORES Algumas enzimas que contm ou necessitam de elementos inorgnicos como cofatores

ENZIMA PeroxidaseCitocromo Oxidase lcool desidrogenase Hexoquinase Urease

COFATOR Fe2+ ou Fe3+Cu2+ Zn2+ Mg2+ Ni2+

ENZIMAS COENZIMAS Maioria deriva de vitaminas hidrossolveis Classificam-se em: - transportadoras de hidrognio - transportadoras de grupos qumicos

Transportadoras de hidrognioCoenzimasNicotinamida adenina dinucleotdeo Nicotinamida adenina dinucleotdeo fosfato Flavina adenina dinucleotdeo

Abreviatura Reao catalisadaNAD+ NADP+ FAD Oxido-reduo Oxido-reduo Oxido-reduo

OrigemNiacina ou Vitamina B3 Niacina ou Vitamina B3 Riboflavina ou vitamina B2

ENZIMAS COENZIMAS Transportadoras de grupos qumicosCoenzimas Coenzima A Biotina Piridoxal fosfato Metilcobalamina Tetrahidrofolato Tiamina pirofosfato THF TPP PyF Abrev. CoASH Reao catalisada Origem Transferncia do grupo acil Pantotenato ou Vitamina B5 Transferncia do CO2 Transferncia do grupo amino Transferncia de unidades de carbono Transferncia de unidades de carbono Transferncia de grupo aldedo Biotina ou Vitamina H Piridoxina ou Vitamina B6 Cobalamina ou Vitamina B12 cido Flico Tiamina ou Vitamina B1

LIGAO ENZIMA - SUBSTRATO Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das enzimas originou Chave-Fechadura, que considera que a enzima possui sitio ativo complementar ao substrato.

+

Enzima (E) + Substrato (S)

EnzimaSubstrato (ES)

Enzima (E) + Produto (P)

Modelo Chave-Fechadura

LIGAO ENZIMA - SUBSTRATO Koshland (1958): Encaixe Induzido, enzima e o o substrato sofrem conformao para o encaixe. O substrato distorcido para conformao exata do estado de transio.Conformao do estado de transio

Enzima (E)

+

Substrato (S)

EnzimaSubstrato (ES)

Enzima (E)

+ Produto (P)

Modelo de Ajuste Induzido

ENZIMAS ATIVIDADE ENZIMTICA Fatores que alteram a velocidade de reaes enzimticas: - pH; - Temperatura; - concentrao das enzimas; - concentrao dos substratos; - presena de inibidores.

ENZIMAS INFLUNCIA DO pH O efeito do pH sobre a enzima deve-se s variaes no estado de ionizao dos componentes do sistema medida que o pH varia. Enzimas grupos ionizveis, existem em diferentes estados de ionizao.EFEITO DO pH Velocidade Mxima Velocidade de Reao

pH timo

Efeito do pH

ENZIMAS INFLUNCIA DA TEMPERATURA temperatura: - a taxa de reao aumenta, como se observa na maioria das reaes qumicas; - a estabilidade da protena decresce devido a desativao trmica (DESNATURAO)EFEITO DA TEMPERATURA Enzima: temperatura tima para que atinja sua atividade mxima, a temperatura na qual a enzima possui uma atividade constante por um perodo de tempo.

Velocidade Mxima

Velocidade de Reao

temperatura tima 35 30 40 Temperatura (C)

ENZIMAS INFLUNCIA DA [E] Velocidade de transformao do S em P proporcional quantidade de E.

v

Para uma [S] no infinita temos

va3 a2

a

[E]

a1

[E]

A velocidade da reao cresce proporcionalmente quantidade de enzima utilizada

A inclinao da reta (a) depender da afinidade da enzima pelo seu substrato. Cada enzima apresenta uma inclinao prpria.

ENZIMAS INFLUNCIA DA [S] [S] varia durante a reao medida que S convertido em P.

vv = VmaxVmax2

vVmax2

para [2E]

para [E]

para [E/2]

Km

[S]

Km

[S]

A velocidade da reao aumenta medida que a [S] se eleva at um ponto que a enzima saturada pelo substrato. Ao trabalharmos com [E] diferentes, verifica-se que a [S] que corresponde metade da velocidade mxima sempre o mesmo (Km)

Fazendo-se o tratamento matemtico das equaes que expressam a velocidade das reaes temos:

v=

Vmax [S] Km + [S]

Equao de Michaelis-Menten

v

1 - Quanto maior o Km da enzima, menor a afinidade da enzima pelo seu substrato e menor a sua velocidade2 - Quando [S] podemos dizer: Km + S = S e portanto v= Vmax 3 - Quando S for igual a Km, v = Vmax2

Vmax2

Km

[S]

PRESENA DE INIBIDORESInibidor qualquer substncia que reduz a velocidade de uma reao enzimtica.INIBIDORES

REVERSVEIS

IRREVERSVEIS

COMPETITIVOS

NO COMPETITIVOS

INCOMPETITIVOS

INIBIO COMPETITIVA Inibidor competitivo (I) concorre com o substrato (S) pelo stio ativo da enzima (E) livre. I anlogo no metabolizvel

Nesse caso, a intensidade da inibio depender da concentrao do substrato

Curiosidade: A inibio competitiva empregada terapeuticamente para tratar pacientes que ingeriram metanol, um solvente encontrado em misturas anticongelantes para veculos automotores. No fgado da pessoa

intoxicada, o metanol convertido em formaldedo pela ao da enzimalcool desidrogenase. O formaldedo muito lesivo para os tecidos vivos e a cegueira o resultado freqente da intoxicao pelo metanol, porque os olhos so particularmente sensveis. O etanol compete efetivamente com o metanol como substrato para a lcool desidrogenase. A terapia para o envenenamento com metanol a infuso endovenosa de etanol, que diminui a velocidade de formao do formaldedo, o suficiente para que a maior parte do metanol possa ser excretado na urina sem maiores danos ao sistema.

INIBIO NO-COMPETITIVA Inibidor no-competitivo se liga reversivelmente, aleatria e independentemente em um ponto da estrutura que no seja o stio ativo. I no tem semelhana estrutural com o S. O aumento da [S] no diminui a inibio.

INIBIO INCOMPETITIVA Inibidor se liga reversivelmente, em um stio prprio, ao complexo ES.

INIBIO IRREVERSVEL I se combina com um grupo funcional, na molcula da E, que essencial para sua atividade. Pode promover a destruio do grupo funcional Forma-se uma ligao covalente entre o I e a E. Vmax parte da E completamente removida do sistema e Km permanece a mesma.

E+S + I EI

K1

ES

K2

E+P

Tudo funciona como se houvesse uma simples reduo da concentrao da enzima

Enzimas alostricas Funcionam atravs da ligao no-covalente e reversvel de um metablito regulador chamado modulador. Moduladores podem ser inibidores ou ativadores. So maiores e mais complexas, possuem duas ou mais cadeias polipeptdicas. Apresentam 2 centros ativos: um para o substrato a ser transformado e outro para o modulador que regula sua atividade. No seguem a cintica de Michaelis-Menten, mostrando uma curva sigmide de desempenho.

1- Comportamento tipo Michaelis-Menten. 2- Comportamento Alostrico.

ENZIMOLOGIA CLNICAPrincpio: Enzimas localizadas no soro no possuem atividade. Porm, em determinada leso ou patologia, pode ocorrer o EXTRAVASAMENTO dessas enzimas para a corrente sangnea. Alteraes da atividade enzimtica sangnea DIAGNSTICO No diagnstico do envolvimento de um rgo especfico numa doena, seria ideal se as enzimas particulares para cada rgo pudessem ser identificadas. Isso improvvel porque os processos metablicos de vrios rgos so muito semelhantes. Porm, existem algumas excees como a lcool desidrogenase do fgado e a fosfatase cida da prstata. Entre as enzimas utilizadas com freqncia no diagnstico de doenas podemos relacionar: creatina quinase (CK), lactato desidrogenase (LDH), fosfatase alcalina, amilase, lipase, aspartato e alanina amino transferases, tambm conhecidas como transaminase glutmico oxaloactica (TGO) e transaminase glutmico pirvica (TGP), respectivamente.

Exemplos: Creatina quinase total: utilizada para diagnstico do infarto do miocrdio. O msculo cardaco o nico que contm mais de 5% da atividade total da CK como isoenzima CK2. O surgimento desta isoenzima CK2 no plasma indicativo para o infarto do miocrdio. - Surge de 4 a 8 horas aps o infarto agudo do miocrdio e atinge um pico de atividade em 24 horas. Mtodo de anlise: Cintica automatizada Valores de Referncia: Masculino 35 a 232 U/l Feminino 21 a 215 U/l Ex: 457 U/l indicativo de infarto agudo do miocrdio Lactato Desidrogenase (LDH): tambm utilizada no diagnstico do infarto agudo do miocrdio. Aparece elevada no plasma aps o infarto. - Atinge um pico em 3 a 6 dias aps o incio dos sintomas. - Valor diagnstico em pacientes admitidos mais de 48h aps o infarto.

Outras: Transaminase glutmico-oxaloactica (TGO): liberada pelo msculo cardaco aps leso decorrente do infarto agudo do miocrdio. Transaminase glutmico pirvico (TGP): tem seus nveis de atividade elevada no plasma no casos de leso do tecido heptico (Hepatite, Cirrose).