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franciscovssilva3956
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CinéticaEnzimática
Enzimas são proteínas que agem comocatalisadores biológicos:
enzima
CompostoComposto A A ((substratosubstrato))
CompostoComposto BB ((produtoproduto))
Centro ativoou
sítio catalíticode uma enzima é a porçãoda molécula onde ocorre a
atividade catalítica
Observe que não há consumoou modificação permanente da
enzima
Reação catalisada pela enzima
TeoriaTeoria dada catcatááliselise
No equilíbrio da reação, as velocidades das reações se igualam: v1 = v-1
- concentrações de todos os reagentes não se alteram mais- pode se dizer que a reação terminou
Catalisador acelera as velocidades de ambos os lados da reação
- o ponto do equilíbrio é atingido mais rápido
- o ponto do equilíbrio não se altera, ou seja [reagentes] e de [produtos] no “final” da reação” são as mesmas dareação não catalisada
- termodinâmica da reação não se altera
Catalisador não é consumido na reação pode atuar em [ ] baixas
A + B CA + B Cv1
v-1
Considere as reações:
Um Catalisador diminui a barreira energética criando percursos alternativosda reação para formação do estado de transição.
Energia de ativação ou barreiraenergética:
quantidade de energiaque é preciso fornecer aosreagentes para a reação ocorrer
Estado de transição oucomplexo ativado:
forma molecular inter-mediária entre o reagente e o produto, existe somenteno alto da barreiraenergética.
É altamente instável.Progresso da reação
Ene
rgia
Estado de transição
Reação não catalisada
Reação catalisada
Energia de
ativação
Substrato (S)
Produto (P)
TeoriaTeoria dada catcatááliseliseO gráfico mostra a variação de energia ao longo de uma reação.
Enzimaholozima
Apoenzimaparte proteica
Grupo prostético
metal
coenzima
cofator
Coenzima Reação com Vitamina
Biocitina CO2 Biotina
Coenzima A Grupos acil Ác. Pantotênico
Coenzima B12 H e grupos alquil Vitamina B12
FAD, FMN óxido-redução Riboflavina
NAD, NADP óxido-redução Niacina
Fosfato de piridoxal Grupos aminos Piridoxina
Pirofosfato Tiamina Grupos aldeídos Tiamina
Tetrahidrofolato unidades C Ácido fólico
Algumas proteínas, enzimas em especial, contêm em sua molécula uma porção não proteica, que é essencial para atividade biológica.
Distinção entre cofator e coenzima depende da força de ligação com a apoproteína. Ex: o NAD+
pode ser cofator de uma enzima (ligação fraca) e ser coenzima de outra (ligação forte). O mesmo ocorre com os metais.
ativa
inativaGrupo Prostético
Coenzimas participam do ciclo catalítico das enzimas
recebendo ou fornecendo grupos químicos para a reação
Algumas enzimas formam intermediários covalentescom seus substratos
QuimotripsinaElastase
EsterasesTrombina
Tripsina
PapaínaGliceraldeído-3-PO4
desidrogenase
Fosfatase alcalinaFosfoglicomutase
Fosfoglicerato mutaseSuccinil-CoA sintase
AldolaseDescarboxilases
Enzimas dependentesde piridoxal fosfato
Grupo reativono sítio ativo
Intermediáriocovalente
Enzimas
Enzimas com o mesmo tipo de mecanismo catalítico, ou seja,
possuem o mesmo grupo de aminoácidos no sítio
ativo, formam intermediários covalentes
similares
Formas rígidas
E e S se deformam, paraotimizar o encaixe
Emil Fisher (1950)Modelo chave-fechadura• o reconhecimento (especificidade) do substrato pela enzima. • o sítio ativo da enzima é pre-formado e tem a forma complementar à molécula do Substrato, de modo que outras moléculas não teriam acesso a ela.
No entanto, o modelo chave-fechadura não explica a interação das enzimas com inibidores e análogos dos substratos.
Daniel Kosland (1970) Modelo de encaixe induzido• o contacto com a molécula do substrato induz mudanças conformacioais na enzima, que otimizam as interações com os resíduos do sítio ativo.
Enzimas são específicas para o reconhecimento de seus substratos.
Modelo Chave-Fechadura
Modelo Chave-Fechadura
Carboxipeptidase A é uma enzima digestiva da classe dasmetaloproteinases.
Em B: A ligação do substrato dipeptídico glicil-L-tirosina (em verde) causa uma profundamudança conformacional nas vizinhanças do sítio ativo da carboxipeptidase A.
Em A: o sítio catalítico dessa enzima é formado pelos resíduos (em vermelho) de Tyr248 (acima, à direita) e de Glu270 (centro), e um átomo de ZnZn2+2+,, que está
acima do Glu270.
A B
Mecanismo de ação da quimotripsinaquimotripsina, um exemplo típico de uma serino protease
O H+ é transferido da His-57 para o substrato. A ligação susceptível éclivada, e parte do substrato fica ligadocovalentemente à enzima
Ligação a ser hidrolisada
Enzima interagecom substratos
aromátcos
Tríade catalíticaSer – His - Asp
A Ser-195 transfere H+
para His-57 formando um estado de transiçãotetraédrico com o substrato. O Asp-102 estabiliza o próton na His-57 fazendo uma ligaçãoiônica
A H2O entra no sítioativo e forma umaponte de H+ com a His-57
A H2O transfere H+ para a His-57 e –OH para o substrato, formando um segundoestado de transiçãotetraédrico
CINÉTICA ENZIMÁTICA
Victor Henri (1903): E E ++ S S ⇔⇔ EESSAfirmou que um complexo enzima-substrato é um passo essencial na
catálise enzímática
��1913 1913
Leonor Michaelis Leonor Michaelis --EnzimologistaEnzimologista
MaudMaud MentenMenten -- PediatraPediatra
E + SK1
K-1
ESKp
E + P
Etapa rápida Etapa lenta
A velocidade da reação apresenta três regiões de comportamentodiferente, a medida que se aumenta a concentração do substrato:
-parte a: v aumenta proporcionalmentecom aumentos de S.
-parte b: v aumenta não proporcional-mente com aumentos de S.
-parte c: v não aumenta mais, tendendoa um valor máximo (Vmax), sendo independente da [S]
O gráfico mostra um conjunto de reaçõesque estão acontecendo simultâneamente, conforme as equações abaixo:
EE ++ SS EE SS P P + + EEK1
K2
K3
e - x s - x xv
Enzimas – Componentes da Reação
K1 = Cte de velocidade de formação do complexo
K2 = Cte de velocidade de dissociação do complexo
K3 = Cte de velocidade de cecomposição do complexo formando o produto
v = Velocidade de formação do produto
s = Molaridade inicial do substrato
e = Molaridade inicial da enzima
x = Molaridade do complexo no instante t
ENZIMAS CINÉTICA ENZIMÁTICA
Cinética Enzimática
�Determinar as constantes de afinidade do S e
dos inibidores;
�Conhecer as condições ótimas da catálise;
�Ajuda a elucidar os mecanismos de reação;
�Determinar a função de uma determinada
enzima em uma rota metabólica.
Enzimas Cinética enzimática
E + SK1
K2ES
K3
K4E +P
Km = K2+ K3K1
Estabilidade do complexo ES pode ser expressa pela relação entre as velocidades de dissociação e de formação do complexo
Específico para cada
enzima
Cinética Enzimática
Com o aumento na concentração do substrato,observa-se uma mudança na Atividade Enzimática
Concentração SubstratoCapítulos Prova
Nota
Atividade
Enzim
ática
Estudante A
Estudante B
Estudante C
0 1 2 3 4 0 1 2 3 4
☺
☺
��
Juang RH (2004) BCbasics
Aum
entona
Concentração
do Substrato
21 3 4 5 6 7 80
0 2 4 6 8
Substrato (µmole)
Produto
80
60
40
20
0
S+E↓P
(emu m
períodofixo
de tempo)
Cinética Enzimática
E S+ P+
TeoriaTeoria do Regime do Regime EstacionEstacionááriorio
No estado estacionário, a produção e o consumo do estado de transição dá-se na mesma taxa. Destaforma, a [ ] no estado de transição mantêm-se cte.
SE E
Juang RH (2004) BCbasics
Concentração do complexo ES em regime estacionário
SP
E
ES
Tempo de Reação
Concentração
Cinética enzimática
Michaelis e Menten expressaram matematicamente a velocidade da reação pela fórmula:
V=Vm . [S]
Km +[S]
Onde Vm évelocidade máxima da
reação
E + S
K1
K2ES
K3E +P
Cinética enzimática
Km= [S]
Numericamente, Km pode ser expresso como o [substrato] necessária para que a velocidade da
reação seja metade da velocidade máxima
V máx
[S]
V
Vmax2
A A constanteconstante de de MichaelisMichaelis--MentenMenten (K(KMM) ) éé um um parâmetroparâmetro cincinééticotico queque traztrazinformainformaççõesões sobresobre a a afinidadeafinidade queque a a enzimaenzima tem tem pelopelo substratosubstrato. .
k1
KM = k-1+ k2
Quando Vf é mais alta do que Vd
k-1+ k2 = pequenok1 = grande
Km baixo
E tem alta afinidade por S
Quando Vd é mais alta do que Vf
k-1+ k2 = grandek1 = pequeno
Km alto
E tem baixa afinidade por S
Considerando a afinidade da E pelo seu S, temos 2 casos:
1. 2.
O KM é numéricamente igual à [substrato] queproduz metade da Vmax .
Substituindo na equação v por Vmax/2, vemos:
Vmax.Km + Vmax.[S] = 2Vmax.[S]
Vmax.Km = Vmax.[S] Km = [S]
Vo=Vmax Vmax = Vmax.[S]2 2 Km + [S]
y = a . x + b equaçãode reta
Aplicando-se o inverso a ambos
os lados daequação de
Michaelis-Mentem, obtem-se a equação de
Lineweaver-Burk, que é uma funçãolinear (uma reta):
Uma outra forma de se obter os valores de KM e de Vmax é através do gráfico dos duplos recíprocos (1/V x 1/S), e da equação de Lineweaver-Burk.
Tang α
A interseção da reta com o eixo x é igual a -1/KM
substituindo y = 0 na equação, temos:
0 = Km . 1 + 1 -1 = Km . 1 Vmax [S] Vmax Vmax Vmax [S]
-1 = Km - 1 = 1[S] Km [S]
=KM/Vmax
a = coef. angular = Km/Vmax(tangente ângulo alfa)
b = coef. linear = 1/Vmax(interseção com o eixo y)
Onde:
A velocidade da reaçãosomente é proporcional à
[E]quando a enzima está
saturada, ou seja, reação éde ordem zero (independe)
em relação a [S]
Eficiência catalítica
Kcat/Km
Parâmetro mais adequadopara comparações
cinéticas
- k2 ou kcat (constante catalítica) mede o “podercatalítico” da enzima
v = k2 Etotal + [P] k2 = Vmax (s-1)
[ES] [Etotal]
Para calcular kcat considera-se que toda a E existe como ES, e que v=Vmax
Exemplo de Cinética Enzimática (Invertase)
Vmax
Km S
vo
1/S
1v
o
Dobro recíproco Plotagem
1)1) Usar uma qtidade pré-defininada de Enzima→ E
2)2) Adicionar o Substrato em várias concentrações.→ S (x )
3)3) Medir o produto em um Tempo fixo (P/t)→ vo
(y )
4)4) (x, y) Plote (curva hiperbólica), estimar → Vmax
5)5) Quando y = 1/2 Vmax obtêm x ([S]) → Km
1Vmax
- 1 Km
1/2
Exemplo real de cinética EnzimáticaD
ata
no
1234
0.250.501.02.0
0.420.720.800.92
Absorbância v (µmole/min)[S]
0.210.360.400.46
(1) O produto foi medido por espectroscopia a 600 nm
(2) (2) Tempo de reação 10 min
VelocidadeSubstrato Produto Dobro recíproco
1/S 1/v421
0.5
2.081.561.351.16
→→→→
1.0
0.5
0
v
Plo
tage
mD
ireta
Dob
rore
cípr
oco 2.0
1.0
0
1/v
-4 -2 0 2 41/[S]
0 1 2[S]
1.0
-3.8
Lineweaver-Burk
Cinética Enzimática
vo=
Vmax [S]
Km
+ [S]
Km
Vmax &
E1E2E3
1st order
zero order
Competitivo
Não-competitivo
Imcompetição
Plotagem Direta
Duplo recíprocoAfinidade comSubstrato
VelocidadeMáxima Inibição
Atividade
Observe de vo
sobVários [S], resultouna plotagem do rendimentoVmax and K
m
k3
[Et]
kcat
No
Turn over
kcat
/Km
Unid. de Atividade
1 µmolemin
Ativ. Especifica
unitmg
Significância
NÚMERO DE RENOVAÇÃO(TURNOVER NUMBER)
nº de mols de substrato convertido em produto por mol
de enzima em unidade de tempo
Conclusões sobre Km
Km
Afinidade da enzima pelo substrato
Pequena [substrato] énecessária para a reação
atingir metade da Vmáxima
KmGrande [substrato] é
necessária para a reação atingir metade da Vmáxima
Afinidade da enzima pelo substrato
Conclusões sobre KmKm Afinidade da enzima pelo substrato
Km Afinidade da enzima pelo substratov
V
V/2 1/V
Km Km s -1/Km -1/Km1/s
Vmáx
V
V/2
Km Km
ENZIMAS
[s]
Conclusões sobre Km
� Característico de cada enzima� Reflete a afinidade da enzima pelo seu
substrato� É numericamente IGUAL a [substrato] na
qual a velocidade da reação é metade da Vmáxima
Ordem de Reação
Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
•Mantidas fixas as condições de- temperatura ótima- pH ótimo- [enzima]
Vel
oci d
ade
da r
eaçã
o
[S]
Cinética de1a ordem
Cinética deordem zero
Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
E E
E E
S+ E E
E E
S E E
E EP
P+
Baixa concentração de substrato
Formação do produto é PROPORCIONAL àconcentração de substrato
Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
3/4 de saturação do centro ativo da enzima
S
S
S
+E E
E E
E E
E E
S S
S
E E
E E+
PP
P
PP
P
Formação do produto é PROPORCIONAL àconcentração de substrato
100 % de saturação do centro ativo da enzima
SS
SS
+E E
E E
E E
E E
S S
S S
E E
E E+ P
P
P
P
P
PP
P
Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
[Substrato] em excesso
SS
S
S
S
S
S
S
+E E
E E
E E
E E
S S
S S
E E
E E + P
P
P
P
P
PP
P
SS
S
SS
SS
S
Velocidade da reação independe da [S]
Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
Quando aformaformaçção de P for ão de P for proporcionalproporcional àà [S][S]
a reação é de1a ORDEM
Quando a velocidade velocidade da reada reaçção independe ão independe da [S]da [S] a reação é de
ORDEM ZERO
Vel
ocid
ade
da r
eaçã
o
[S]
v = K[S]
v = Vmax
Cinética EnzimáticaV
eloc
idad
eda
rea
ção
[S]
Devido à ascensão gradual da curva
hiperbólica édifícil determinar
quando foi atingida a Vmáx
Não se pode calcular com
exatidão os valores de Km e Vmáx
Considerações Finais
� Apresentam alto grau de especificidade;
� São produtos naturais biológicos;
� Reações baratas e seguras;
� São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações (108 a 1011 + rápida);
� São econômicas, reduzindo a energia de ativação;
� Não são tóxicas;
� Apresenta um mercado em crescente expansão
Perguntas ?
Para mais informações, visite as páginas abaixo:
http://www.brenda.uni-koeln.de/
http://www.ebi.ac.uk/thornton-srv/databases/CSA/
http://merops.sanger.ac.uk/cgi-bin/merops.cgi?id=index;action=clanid