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ENZIMASENZIMASEstágio em Docência:Estágio em Docência:
Janaina Duarte BaumerJanaina Duarte BaumerSiannah Maria Mas DiegoSiannah Maria Mas Diego
Prof. Agenor Furigo Jr.Prof. Agenor Furigo Jr.Setembro/2008Setembro/2008
INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
Os sistemas vivos são formados por uma Os sistemas vivos são formados por uma enorme variedade de reações bioquímicas, enorme variedade de reações bioquímicas, e quase todas elas são mediadas por uma e quase todas elas são mediadas por uma
série de extraordinários catalisadores série de extraordinários catalisadores biológicos biológicos
ENZIMASENZIMAS
HISTÓRICOHISTÓRICO
A atividade catalítica de enzimas tem sido utilizada pelo A atividade catalítica de enzimas tem sido utilizada pelo homem há milhares de anoshomem há milhares de anos
Fermentação do suco de uva para obtenção do vinho;Fermentação do suco de uva para obtenção do vinho; Fabricação de queijo;Fabricação de queijo; Fabricação de pão. Fabricação de pão.
No No entanto, estas eram apenas aplicações práticas, uma entanto, estas eram apenas aplicações práticas, uma vez que o conhecimento do modo de ação dos vez que o conhecimento do modo de ação dos catalisadores biológicos só recentemente foi elucidado.catalisadores biológicos só recentemente foi elucidado.
HISTÓRICOHISTÓRICO
1833 - A primeira hidrólise enzimática do amido1833 - A primeira hidrólise enzimática do amido Os franceses Payen e Persoz isolaram um complexo Os franceses Payen e Persoz isolaram um complexo
enzimático do malte que enzimático do malte que catalisavacatalisava a transformação do a transformação do amidoamido em em glicoseglicose, denominando-o "diastase" (do , denominando-o "diastase" (do gregogrego ""separarseparar").").
O sufixo ase de diastase passou a ser usado.O sufixo ase de diastase passou a ser usado.
1835 - o químico sueco Berzelius descreveu a hidrólise 1835 - o químico sueco Berzelius descreveu a hidrólise enzimática do amido.enzimática do amido. Demonstrou que o amido pode ser mais eficientemente Demonstrou que o amido pode ser mais eficientemente
decomposto usando-se extrato de malte decomposto usando-se extrato de malte preferencialmente ao ác. sulfúrico e cunhou o termo preferencialmente ao ác. sulfúrico e cunhou o termo catálise.catálise.
HISTÓRICOHISTÓRICO1836 - Schwann descobre a enzima digestiva Pepsina1836 - Schwann descobre a enzima digestiva Pepsina
1860 - Debate: Qual é o papel da levedura no processo de 1860 - Debate: Qual é o papel da levedura no processo de fermentação? Pauster X Lienbergfermentação? Pauster X Lienberg Pasteur, defendia que a fermentação alcoólica só ocorria Pasteur, defendia que a fermentação alcoólica só ocorria
em presença de células vivas de levedura. em presença de células vivas de levedura. Lienberg defendia que os processos fermentativos eram Lienberg defendia que os processos fermentativos eram
reações químicas. reações químicas.
1897 - A polêmica foi resolvida. Os irmãos Buchner 1897 - A polêmica foi resolvida. Os irmãos Buchner demonstraram que um extrato de levedura livre de células demonstraram que um extrato de levedura livre de células era capaz de fermentar o açúcar. era capaz de fermentar o açúcar. O extrato continha catalisadores da fermentação O extrato continha catalisadores da fermentação
alcoólica.alcoólica.
HISTÓRICOHISTÓRICO 1878 - William Kuhne propôs que o nome enzima (na 1878 - William Kuhne propôs que o nome enzima (na levedura)levedura)
1894 - Primeira produção comercial de alimentos com enzimas1894 - Primeira produção comercial de alimentos com enzimas O japonês Dr. Jokichi Takamine começou a produção O japonês Dr. Jokichi Takamine começou a produção
comercial de koji a partir do fungo Aspergillus oryzae.comercial de koji a partir do fungo Aspergillus oryzae.
1894 - Cientistas definem a teoria Fechadura e Chave1894 - Cientistas definem a teoria Fechadura e Chave
1913 - Michaelis e Lyn descreveu cinética enzimática 1913 - Michaelis e Lyn descreveu cinética enzimática matematicamente.matematicamente.
1914 - É lançado o primeiro detergente compacto1914 - É lançado o primeiro detergente compacto
HISTÓRICOHISTÓRICO
1926 - Cientistas descobrem que as enzimas são proteínas1926 - Cientistas descobrem que as enzimas são proteínas - James Summer’s isolou e cristalizou a primeira enzima, - James Summer’s isolou e cristalizou a primeira enzima, a uréase.a uréase.
A partir 1960A partir 1960 - - A evolução no estudo das enzimas, A evolução no estudo das enzimas, acompanhado por avanços tecnológicos, possibilitou o acompanhado por avanços tecnológicos, possibilitou o isolamento e a identificação de propriedades das enzimas. isolamento e a identificação de propriedades das enzimas. Caracterização e o estudo cinético de milhares de Caracterização e o estudo cinético de milhares de
enzimas de diferentes fontes: animais, vegetais e de enzimas de diferentes fontes: animais, vegetais e de microrganismos.microrganismos.
1986 - A primeira enzima a partir de organismo 1986 - A primeira enzima a partir de organismo geneticamente modificado (OGM)geneticamente modificado (OGM)
PROPRIEDADES GERAISPROPRIEDADES GERAIS
EnzimasEnzimas
ProteínasProteínas
RNARNA
PROPRIEDADES GERAISPROPRIEDADES GERAIS RNARNA
1989 - Canadense Sidney Altman e o norte-americano 1989 - Canadense Sidney Altman e o norte-americano Thomas Cech:Thomas Cech:
RNA RNA Prêmio Nobel de QuímicaPrêmio Nobel de Química
Atividade CatalíticaAtividade Catalítica
o Como seria possível o início da vida, uma vez que as Como seria possível o início da vida, uma vez que as moléculas de DNA só podem ser reproduzidas e moléculas de DNA só podem ser reproduzidas e decifradas com a ajuda de proteínas?decifradas com a ajuda de proteínas?
““A vida começou com uma molécula de RNA”A vida começou com uma molécula de RNA”
PROPRIEDADES GERAISPROPRIEDADES GERAIS RNARNA Esquema Geral da Síntese de ProteínasEsquema Geral da Síntese de Proteínas
DNA (Núcleo)DNA (Núcleo) Transcrito em RNATranscrito em RNA
Enviado p/ o citoplasmaEnviado p/ o citoplasma
RNA traduzido em uma RNA traduzido em uma sequência de sequência de polipeptídeos (proteínas)polipeptídeos (proteínas)
PROTEÍNASPROTEÍNASA vida está intimamente ligada às proteínas. Estas A vida está intimamente ligada às proteínas. Estas moléculas realizam as mais variadas funções no nosso moléculas realizam as mais variadas funções no nosso organismo:organismo:
Reserva alimentar: albuminaReserva alimentar: albuminaTransporte: hemoglobina (transporte OTransporte: hemoglobina (transporte O22))Contrácteis: miosinaContrácteis: miosinaProtetoras: anticorposProtetoras: anticorposToxinas: venenos de cobras ou insetosToxinas: venenos de cobras ou insetosEstruturais: glicoproteínas (parede celular), queratina Estruturais: glicoproteínas (parede celular), queratina (pele, unha)(pele, unha)Função hormonal: insulinaFunção hormonal: insulinaEnzimas: catalase, hidrolases, isomerases, etc.Enzimas: catalase, hidrolases, isomerases, etc.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAApesar da complexidade de suas funções, as proteínas Apesar da complexidade de suas funções, as proteínas são relativamente simples: Repetições de 20 unidades são relativamente simples: Repetições de 20 unidades básicas, os aminoácidos (aminoácidos-padrão)básicas, os aminoácidos (aminoácidos-padrão)
αα-aa: pois possuem um grupo amino 1-aa: pois possuem um grupo amino 1árioário e um grupo e um grupo carboxílico como substituintes no mesmo átomo de carboxílico como substituintes no mesmo átomo de carbono (exceção: prolina grupo amino 2carbono (exceção: prolina grupo amino 2árioário).).
Estrutura geral de um Estrutura geral de um αα-aminoácidos.-aminoácidos.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAApesar da complexidade de suas funções, as proteínas Apesar da complexidade de suas funções, as proteínas são relativamente simples: Repetições de 20 unidades são relativamente simples: Repetições de 20 unidades básicas, os aminoácidos (aminoácidos-padrão)básicas, os aminoácidos (aminoácidos-padrão)
αα-aa: pois possuem um grupo amino 1-aa: pois possuem um grupo amino 1árioário e um grupo e um grupo carboxílico como substituintes no mesmo átomo de carboxílico como substituintes no mesmo átomo de carbono (exceção: prolina grupo amino 2carbono (exceção: prolina grupo amino 2árioário).).
Estrutura geral de um Estrutura geral de um αα-aminoácidos. -aminoácidos.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAApesar da complexidade de suas funções, as proteínas Apesar da complexidade de suas funções, as proteínas são relativamente simples: Repetições de 20 unidades são relativamente simples: Repetições de 20 unidades básicas, os aminoácidos (aminoácidos-padrão)básicas, os aminoácidos (aminoácidos-padrão)
αα-aa: pois possuem um grupo amino 1-aa: pois possuem um grupo amino 1árioário e um grupo e um grupo carboxílico como substituintes no mesmo átomo de carboxílico como substituintes no mesmo átomo de carbono (exceção: prolina grupo amino 2carbono (exceção: prolina grupo amino 2árioário).).
Estrutura geral de um Estrutura geral de um αα-aminoácidos. -aminoácidos.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAApesar da complexidade de suas funções, as proteínas Apesar da complexidade de suas funções, as proteínas são relativamente simples: Repetições de 20 unidades são relativamente simples: Repetições de 20 unidades básicas, os aminoácidos (aminoácidos-padrão)básicas, os aminoácidos (aminoácidos-padrão)
αα-aa: pois possuem um grupo amino 1-aa: pois possuem um grupo amino 1árioário e um grupo e um grupo carboxílico como substituintes no mesmo átomo de carboxílico como substituintes no mesmo átomo de carbono (exceção: prolina grupo amino 2carbono (exceção: prolina grupo amino 2árioário).).
Estrutura geral de um Estrutura geral de um αα-aminoácidos. -aminoácidos.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAApesar da complexidade de suas funções, as proteínas Apesar da complexidade de suas funções, as proteínas são relativamente simples: Repetições de 20 unidades são relativamente simples: Repetições de 20 unidades básicas, os aminoácidos (aminoácidos-padrão)básicas, os aminoácidos (aminoácidos-padrão)
αα-aa: pois possuem um grupo amino 1-aa: pois possuem um grupo amino 1árioário e um grupo e um grupo carboxílico como substituintes no mesmo átomo de carboxílico como substituintes no mesmo átomo de carbono (exceção: prolina grupo amino 2carbono (exceção: prolina grupo amino 2árioário).).
Estrutura geral de um Estrutura geral de um αα-aminoácidos. -aminoácidos.
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Os aa podem ser polimerizados para formar cadeiasOs aa podem ser polimerizados para formar cadeias
Reação de condensação Reação de condensação
grupo carboxil de uma molécula grupo carboxil de uma molécula reage com o grupo amina de reage com o grupo amina de outra, liberando uma molécula outra, liberando uma molécula de Hde H22O.O.
Ligação peptídica.Ligação peptídica.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICA
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAOutro tipo de ligação importante: Ligações Dissulfeto Outro tipo de ligação importante: Ligações Dissulfeto entre Cisteínasentre Cisteínas
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOSComportamento químico anfóteroComportamento químico anfótero
ácidos bases ácidos bases (doadores de prótons) (receptores de prótons)(doadores de prótons) (receptores de prótons)
adquirindo carga elétrica efetiva dependendo da [H+] adquirindo carga elétrica efetiva dependendo da [H+] (pH). (pH).
PI: pH cujo determinado aa encontra-se eletricamente PI: pH cujo determinado aa encontra-se eletricamente neutro.neutro.
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
pH > pIpH > pIpH do meio esta alcalino;pH do meio esta alcalino;concentração reduzida de concentração reduzida de íons H+ no meio;íons H+ no meio;os aa liberam H+, ficando os aa liberam H+, ficando eletricamente negativo.eletricamente negativo.
pH < pIpH < pIpH do meio esta ácido;pH do meio esta ácido;excesso de íons H+ no meio;excesso de íons H+ no meio;os aa recebem H+, ficando os aa recebem H+, ficando eletricamente positivo.eletricamente positivo.
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOSPolímeros compostos de Polímeros compostos de - 2 aa= dipeptideo- 2 aa= dipeptideo- 3 aa = triptideo- 3 aa = triptideo- 3-10 aa = oligopeptideo- 3-10 aa = oligopeptideo- Muitos aa = polipeptideo- Muitos aa = polipeptideo
Classificação: polaridade de suas cadeias laterais. Classificação: polaridade de suas cadeias laterais. apolares, apolares, polares não carregados epolares não carregados e polares carregados.polares carregados.
Peptídeos
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais apolaresCadeias laterais apolares
Glisina Alanina Valina Leucina Isoleucina
Fenilalanina Triptofano Metionina Prolina
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais apolaresCadeias laterais apolares
Glisina Alanina Valina Leucina Isoleucina
Fenilalanina Triptofano Metionina Prolina
Menor
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais apolaresCadeias laterais apolares
Glisina Alanina Valina Leucina Isoleucina
Fenilalanina Triptofano Metionina Prolina
Alifáticos
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais apolaresCadeias laterais apolares
Glisina Alanina Valina Leucina Isoleucina
Fenilalanina Triptofano Metionina Prolina
Aromáticos
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais apolaresCadeias laterais apolares
Glisina Alanina Valina Leucina Isoleucina
Fenilalanina Triptofano Metionina Prolina
tiol éter
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais apolaresCadeias laterais apolares
Glisina Alanina Valina Leucina Isoleucina
Fenilalanina Triptofano Metionina Prolina
Grupo pirrolidina cíclico
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais polares não carregadasCadeias laterais polares não carregadas
Serina Treonina Asparagina
GlutaminaTirosina Cisteína
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais polares não carregadasCadeias laterais polares não carregadas
Serina Treonina Asparagina
GlutaminaTirosina Cisteína
Grupos carboxílicos
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais polares não carregadasCadeias laterais polares não carregadas
Serina Treonina Asparagina
GlutaminaTirosina Cisteína
Grupos amino
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais polares não carregadasCadeias laterais polares não carregadas
Serina Treonina Asparagina
GlutaminaTirosina Cisteína
Grupos fenólico
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais polares não carregadasCadeias laterais polares não carregadas
Serina Treonina Asparagina
GlutaminaTirosina Cisteína
Grupo tiol q pode formar ponte dissulfeto com outra cisteina
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais carregadasCadeias laterais carregadas
Histidina Lisina Arginina
Ac. aspártico Ac. glutâmico
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais carregadasCadeias laterais carregadas
Histidina Lisina Arginina
Ac. aspártico Ac. glutâmico
BÁSICOS:
carregadas + em valores de pH fisiologicos
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Cadeias laterais carregadasCadeias laterais carregadas
Histidina Lisina Arginina
Ac. aspártico Ac. glutâmico
ÁCIDOS:
Carregado - acima de pH 3
AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOSTabela de aa.Tabela de aa.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICA
As proteínas podem ter 4 tipos de estrutura dependendo As proteínas podem ter 4 tipos de estrutura dependendo do tipo de aa que possui, do tamanho da cadeia e da do tipo de aa que possui, do tamanho da cadeia e da configuração espacial da cadeia polipeptídica. configuração espacial da cadeia polipeptídica.
EstruturasEstruturas
PrimáriaPrimária
TerciáriaTerciária
SecundáriaSecundária
QuaternáriaQuaternária
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAEstrutura PrimáriaEstrutura Primária
Sequência dos aa, sem se preocupar com a Sequência dos aa, sem se preocupar com a orientação espacial da molécula. orientação espacial da molécula.
Determina a forma e a função da proteína.Determina a forma e a função da proteína.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAEstrutura PrimáriaEstrutura Primária
Sequência dos aa, sem se preocupar com a Sequência dos aa, sem se preocupar com a orientação espacial da molécula. orientação espacial da molécula.
Determina a forma e a função da proteína.Determina a forma e a função da proteína.
As interações intermoleculares As interações intermoleculares fazem com que a cadeia fazem com que a cadeia protéica assuma uma estrutura protéica assuma uma estrutura 22áriaária e, algumas vezes, uma 3 e, algumas vezes, uma 3áriaária
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAEstrutura SecundáriaEstrutura Secundária
Dada pelo arranjo espacial de aa próximos entre si na Dada pelo arranjo espacial de aa próximos entre si na seqüência primária da proteína. seqüência primária da proteína.
É o último nível de organização das proteínas É o último nível de organização das proteínas fibrosas mais simples estruturalmente. fibrosas mais simples estruturalmente.
Ocorre graças à possibilidade de rotação das Ocorre graças à possibilidade de rotação das ligações entre os carbonos a dos aminoácidos e seus ligações entre os carbonos a dos aminoácidos e seus grupamentos amina e carboxila. grupamentos amina e carboxila.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICA
Estrutura SecundáriaEstrutura Secundária
Alfa-hélice: Alfa-hélice:
- Forma mais comum de estrutura 2Forma mais comum de estrutura 2áriaária; ; - Caracteriza-se por uma hélice em Caracteriza-se por uma hélice em
espiral; as cadeias laterais dos aa se espiral; as cadeias laterais dos aa se distribuem para fora da hélice;distribuem para fora da hélice;
- Principal força de estabilização é a Principal força de estabilização é a ponte H.ponte H.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAEstrutura SecundáriaEstrutura Secundária
Folha - beta: ou folha pregueada. Folha - beta: ou folha pregueada.
Ao contrário da alfa-hélice, a folha Ao contrário da alfa-hélice, a folha - beta envolve 2 ou mais - beta envolve 2 ou mais segmentos polipeptídicos da segmentos polipeptídicos da mesma molécula ou de moléculas mesma molécula ou de moléculas diferentes, arranjados em paralelo diferentes, arranjados em paralelo ou no sentido anti-paralelo. ou no sentido anti-paralelo.
As pontes H são a principal força As pontes H são a principal força de estabilização.de estabilização.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAEstrutura TerciáriaEstrutura Terciária Conformação tridimensional,Conformação tridimensional, Resulta do enovelamento (proteína globosa) ou Resulta do enovelamento (proteína globosa) ou
dobramento (proteína filamentosa) da estrutura 2dobramento (proteína filamentosa) da estrutura 2áriaária..
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAEstrutura TerciáriaEstrutura Terciária
Esta estrutura confere a atividade biológica às Esta estrutura confere a atividade biológica às proteínas.proteínas.
Enquanto a estrutura 2Enquanto a estrutura 2áriaária é determinada pelo é determinada pelo relacionamento estrutural de curta distância, a 3relacionamento estrutural de curta distância, a 3áriaária é é caracterizada pelas interações de longa distância caracterizada pelas interações de longa distância entre aa. entre aa.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAEstrutura TerciáriaEstrutura Terciária
Estas Estas dobras são dobras são mantidas em posição por mantidas em posição por ligações entre os ligações entre os diversos radicais -R dos diversos radicais -R dos aa. aa.
Forças fracas, podem Forças fracas, podem ser facilmente quebradas ser facilmente quebradas
desnaturaçãodesnaturação
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAEstrutura QuaternáriaEstrutura Quaternária
Associação de várias subunidades, iguais ou Associação de várias subunidades, iguais ou diferentes, através de ligações não covalentes. diferentes, através de ligações não covalentes.
Nível superior de complexidade que se pode Nível superior de complexidade que se pode encontrar na estrutura proteica tanto em proteínas encontrar na estrutura proteica tanto em proteínas globulares (hemoglobina) com em fibrosas (colágeno).globulares (hemoglobina) com em fibrosas (colágeno).
São guiadas e estabilizadas pela mesmas interações São guiadas e estabilizadas pela mesmas interações da 3da 3áriaária
O tamanho da proteína reflete sua função. A função O tamanho da proteína reflete sua função. A função da enzima requer uma estrutura muito grande. da enzima requer uma estrutura muito grande.
ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAEstrutura QuaternáriaEstrutura Quaternária
Um dos principais exemplos de estrutura quaternária Um dos principais exemplos de estrutura quaternária é a hemoglobina. é a hemoglobina.
PROTEÍNASPROTEÍNAS
Se uma enzima é quebrada em seus aaSe uma enzima é quebrada em seus aa constituintes, a sua atividade catalítica é sempre constituintes, a sua atividade catalítica é sempre
destruída. destruída.
Assim, a estrutura protéica primária, secundária, Assim, a estrutura protéica primária, secundária, terciária e quaternária das enzimas são essenciais para terciária e quaternária das enzimas são essenciais para
sua atividade catalítica.sua atividade catalítica.
PROTEÍNASPROTEÍNAS
SimplesSimples Constituida somenteConstituida somentepor aapor aa
PROTEÍNASPROTEÍNAS
SimplesSimples Constituida somenteConstituida somentepor aapor aa
ConjugadasConjugadas CContém grupos ontém grupos prostéticos,prostéticos,
(grupos não aa, tais (grupos não aa, tais como carbohidratos, como carbohidratos, íons, pigmentos)íons, pigmentos)
Hemoglobina Grupo Heme: átomo de Fe e porfirina
PROTEÍNASPROTEÍNAS
Fibrosas:Fibrosas: Forma alongadaForma alongada InsolúveisInsolúveis Função estrutural: queratinas, colágenoFunção estrutural: queratinas, colágeno
Globulares: Globulares: Formadas por cadeias polipeptídicas que se Formadas por cadeias polipeptídicas que se
dobram adqüirindo a forma esférica ou dobram adqüirindo a forma esférica ou globularglobular
Funções: enzimática, transporte, defesa e Funções: enzimática, transporte, defesa e hormonalhormonal
Nomenclatura e classificação Nomenclatura e classificação das enzimasdas enzimas
Século XIX - poucas enzimas identificadasSéculo XIX - poucas enzimas identificadas
Adição do sufixo Adição do sufixo “ASE”“ASE” ao nome do substrato: ao nome do substrato:
** gorduras (lipo - grego) – LIPASE gorduras (lipo - grego) – LIPASE** amido (amylon - grego) – AMILASE amido (amylon - grego) – AMILASE
Nomes arbitrários:Nomes arbitrários:
** Tripsina e pepsina – proteases Tripsina e pepsina – proteases
Nomenclatura e classificação Nomenclatura e classificação das enzimasdas enzimas
Século XX - Século XX - quantidade de enzimas descritas quantidade de enzimas descritas
Nomenclatura existente se tornou ineficazNomenclatura existente se tornou ineficaz
1955 - IUB - União Internacional de Bioquímica adotou 1955 - IUB - União Internacional de Bioquímica adotou um novo sistema de nomenclatura e classificaçãoum novo sistema de nomenclatura e classificação
mais complexomais complexo sem ambigüidadessem ambigüidades baseado no mecanismo de reaçãobaseado no mecanismo de reação
Nomenclatura e classificação Nomenclatura e classificação das enzimasdas enzimas
Cada enzima Cada enzima código com 4 dígitos que caracteriza o código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de reação catalisada:tipo de reação catalisada:
(E.C.- Enzime Comission)(E.C.- Enzime Comission)
1° dígito – classe1° dígito – classe 2° dígito – subclasse2° dígito – subclasse 3° dígito - sub-subclasse3° dígito - sub-subclasse 4° dígito - indica o substrato4° dígito - indica o substrato
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas1. Oxido-redutases 1. Oxido-redutases ((Reações de oxidação/Redução)Reações de oxidação/Redução) 1.1.atuando em CH-OH 1.1.atuando em CH-OH 1.2.atuando em C=O 1.2.atuando em C=O 1.3.atuando em C=O- 1.3.atuando em C=O- 1.4.atuando em CH-NH1.4.atuando em CH-NH2 2 1.5.atuando em CH-NH- 1.5.atuando em CH-NH- 1.6.atuando em NADH, NADPH1.6.atuando em NADH, NADPH
2.2.Transferases Transferases ((Transferência de grupos)Transferência de grupos) 2.1.grupos com um carbono 2.1.grupos com um carbono 2.2.grupos aldeído ou cetona2.2.grupos aldeído ou cetona 2.3.grupos acil 2.3.grupos acil 2.4.grupos glicosil2.4.grupos glicosil 2.7.grupos fosfatos 2.7.grupos fosfatos 2.8.grupos contendo enxofre2.8.grupos contendo enxofre
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas
3.3.HidrolasesHidrolases ((Reações de Hidrólise)Reações de Hidrólise) 3.1.ésteres 3.1.ésteres 3.2.ligações glicosídicas3.2.ligações glicosídicas 3.4.ligações peptídicas 3.4.ligações peptídicas 3.5.outras ligações C-N3.5.outras ligações C-N 3.6.anidridos ácidos3.6.anidridos ácidos
4.4.Liases Liases ((Adição ou remoção de grupos) Adição ou remoção de grupos) 4.1. =C=C= 4.1. =C=C= 4.2. =C=O 4.2. =C=O 4.3. =C=N-4.3. =C=N-
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas
5.5.Isomerases Isomerases ((Transferência de grupos dentro da mesma Transferência de grupos dentro da mesma molécula, formação de isômeros)molécula, formação de isômeros)
5.1.racemases5.1.racemases 5.2. Cis-Trans isomerases5.2. Cis-Trans isomerases
5.3. Oxirredutases Intramoleculares5.3. Oxirredutases Intramoleculares 5.4. Transferases Intramoleculares (Mutases)5.4. Transferases Intramoleculares (Mutases)
5.5. Liases Intramoleculares5.5. Liases Intramoleculares
6.6.Ligases Ligases ((catalisam a ligação de duas moléculas com catalisam a ligação de duas moléculas com hidrólise da ligação pirofosfato na molécula de ATP (ou hidrólise da ligação pirofosfato na molécula de ATP (ou uma semelhante, igualmente trifosfatada)uma semelhante, igualmente trifosfatada)
6.1. C-O 6.1. C-O 6.2. C-S6.2. C-S 6.3. C-N 6.3. C-N 6.4. C-C6.4. C-C
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas
1.. Oxirredutases – Reações de oxidação/Redução Oxirredutases – Reações de oxidação/Redução
Exemplo: Lactato desidrogenaseExemplo: Lactato desidrogenase
Redução Ác. Pirúvico Redução Ác. Pirúvico à Ác. láticoà Ác. lático
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas
Exemplo HexoquinaseExemplo Hexoquinase
2.2. Transferases - Transferência de grupos Transferases - Transferência de grupos
Tranferência do P Tranferência do P do ATP para glicosedo ATP para glicose
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas
3.3. Hidrolases - Reações de Hidrólise Hidrolases - Reações de Hidrólise
Exemplo: LactaseExemplo: Lactase
Catalisa a hidrólise da lactose em glicose e galactose
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas
4.4. Liases – Adição ou remoção de grupos (H Liases – Adição ou remoção de grupos (H22O, NHO, NH44+, CO+, CO22).).
Ex: FumaraseEx: Fumarase
hidratação de fumarato em L-malato
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas
5.5. Isomerases – Transferência de grupos dentro da mesma Isomerases – Transferência de grupos dentro da mesma molécula, formação de isômerosmolécula, formação de isômeros
Interconversão reversível de dihidroxiacetona fosfato e D-gliceraldeido-3-fosfato
Exemplo: Triose Fosfato Exemplo: Triose Fosfato IsomeraseIsomerase
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas
6.6. Ligases – Ligases – catalisam a ligação de duas moléculas com hidrólise da ligação pirofosfato na molécula de ATP (ou uma semelhante, igualmente trifosfatada)
Formadora de ligação C-C
Exemplo: Piruvato carboxilaseExemplo: Piruvato carboxilase
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas
ATATPP + D-Glicose + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-ADP + D-Glicose-6-fosfatofosfatoGlicose fosfotransferaseGlicose fosfotransferase
22 - Classe - Transferase - Classe - Transferase
Nome trivial: HexoquinaseNome trivial: Hexoquinase
Exemplo:Exemplo:
E.C.E.C.
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas
ATATPP + D-Glicose + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-ADP + D-Glicose-6-fosfatofosfatoGlicose fosfotransferaseGlicose fosfotransferase
22 - Classe - Transferase - Classe - Transferase77 - Subclasse - Fosfotransferases - Subclasse - Fosfotransferases
Nome trivial: HexoquinaseNome trivial: Hexoquinase
Exemplo:Exemplo:
E.C.E.C.
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas
ATATPP + D-Glicose + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-ADP + D-Glicose-6-fosfatofosfatoGlicose fosfotransferaseGlicose fosfotransferase
22 - Classe - Transferase - Classe - Transferase77 - Subclasse - Fosfotransferases - Subclasse - Fosfotransferases 11 - Sub-subclasse - Fosfotransferase - Sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila como que utiliza grupo hidroxila como receptorreceptor
Nome trivial: HexoquinaseNome trivial: Hexoquinase
Exemplo:Exemplo:
E.C.E.C.
Classificação das EnzimasClassificação das Enzimas
ATATPP + D-Glicose + D-Glicose ADP + D-Glicose-6-ADP + D-Glicose-6-fosfatofosfatoGlicose fosfotransferaseGlicose fosfotransferase
22 - Classe - Transferase - Classe - Transferase77 - Subclasse - Fosfotransferases - Subclasse - Fosfotransferases 11 - Sub-subclasse - Fosfotransferase - Sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila como que utiliza grupo hidroxila como receptorreceptor11 - Indica ser a D-glicose o receptor do - Indica ser a D-glicose o receptor do grupo fosfatogrupo fosfato
Nome trivial: Nome trivial: HexoquinaseHexoquinase
Exemplo:Exemplo:
E.C.E.C.
Outras formas de classificarOutras formas de classificar
Enzimas intracelularesEnzimas intracelulares
atuam no interior da célulaatuam no interior da célula
sintetizam o material celularsintetizam o material celular
realizam reações realizam reações catabólicas que suprem as catabólicas que suprem as necessidades energéticas necessidades energéticas da célula.da célula.
Enzimas extracelularesEnzimas extracelulares
atuam fora da célulaatuam fora da célula
executando as alterações executando as alterações necessárias à penetração necessárias à penetração dos nutrientes para o dos nutrientes para o interior das células.interior das células.
Outras formas de classificarOutras formas de classificar
EndoenzimasEndoenzimas
ExoenzimasExoenzimas
Agem dentro das moléculasAgem dentro das moléculas
Ex: endoamilases, que Ex: endoamilases, que hidrolisam ligações hidrolisam ligações glicosídicas ao acaso ao glicosídicas ao acaso ao longo das cadeias de longo das cadeias de amiloseamilose
Agem nas extermidades das Agem nas extermidades das moléculasmoléculas
Ex: exoamilases, que Ex: exoamilases, que hidrolisam,sucessivamente, hidrolisam,sucessivamente, ligações glicosídicas a partir ligações glicosídicas a partir da extremidade não redutora da extremidade não redutora das mesmas.das mesmas.
Outras formas de classificarOutras formas de classificar
Enzimas habituais Enzimas habituais ou constitutivasou constitutivas
Enzimas indutivasEnzimas indutivas
As células sempre as sintetizamAs células sempre as sintetizam
As células só as sintetizam As células só as sintetizam quando estão na presença do quando estão na presença do substrato da enzimasubstrato da enzima
IsoenzimasIsoenzimasEnzimas que têm a mesma função, Enzimas que têm a mesma função, ou seja, catalisam uma mesma ou seja, catalisam uma mesma reação, porém apresentam reação, porém apresentam estruturas diferentesestruturas diferentes
Propriedades GeraisPropriedades Gerais
Diferenças entre enzimas e catalisadores químicosDiferenças entre enzimas e catalisadores químicos
Velocidade de reação mais rápidaVelocidade de reação mais rápida: :
101066 a 10 a 101212x > que as não catalisadas, x > que as não catalisadas,
e são varias ordens de magnitude > doe são varias ordens de magnitude > do que as reações catalisadas quimicamente.que as reações catalisadas quimicamente.
Propriedades GeraisPropriedades GeraisDiferenças entre enzimas e catalisadores químicosDiferenças entre enzimas e catalisadores químicos
Maior especificidade da reaçãoMaior especificidade da reaçãoo Grau de especificidade imensamente > em relação Grau de especificidade imensamente > em relação
a identidade dos seus S e dos seus Pa identidade dos seus S e dos seus Po Reações enzimáticas raramente produzem Reações enzimáticas raramente produzem
subprodutos. subprodutos. o Estereoespecificidade: AEstereoespecificidade: Agem em grupos gem em grupos
funcionais específicos catalisando reações de funcionais específicos catalisando reações de forma estereoepecífica, formando somente um dos forma estereoepecífica, formando somente um dos enantiômeros possíveisenantiômeros possíveis
Propriedades GeraisPropriedades Gerais
Condições reacionais mais brandasCondições reacionais mais brandas
o pHpH
o TemperaturaTemperatura
DesnaturaçãoDesnaturação
Mecanismo de AçãoMecanismo de Ação
A reação enzimática ocorre em duas etapas:A reação enzimática ocorre em duas etapas:
E + S E S P + EE + S E S P + E
2 modelos:2 modelos: Modelo chave-fechaduraModelo chave-fechadura Modelo do ajuste induzidoModelo do ajuste induzido
Mecanismo de AçãoMecanismo de AçãoModelo Chave-fechaduraModelo Chave-fechadura
Emil Emil Fischer em 1894Fischer em 1894 Relação estérica entre enzima e substrato Relação estérica entre enzima e substrato
Mecanismo de AçãoMecanismo de AçãoModelo do ajuste induzidoModelo do ajuste induzido Koshland em 1958Koshland em 1958 Prevê um sítio de ligação não totalmente pré-Prevê um sítio de ligação não totalmente pré-
formado, formado, E e o S sofrem conformação para o encaixe.E e o S sofrem conformação para o encaixe.
Mecanismo de AçãoMecanismo de Ação
Estudos por raio X indicam que os sítios de ligação aos Estudos por raio X indicam que os sítios de ligação aos substratos da maioria das enzimas são, em grande substratos da maioria das enzimas são, em grande
parte, pré-formados, mas sofrem mudanças parte, pré-formados, mas sofrem mudanças conformacionais no momento da ligação do substrato conformacionais no momento da ligação do substrato
(um fenômeno denominado ajuste induzido).(um fenômeno denominado ajuste induzido).
Mecanismo de AçãoMecanismo de Ação ConceitosConceitos
Teoria da ColisãoTeoria da Colisão: :
o As reações químicas acontecem quando ligações As reações químicas acontecem quando ligações são quebradas ou formadas. são quebradas ou formadas.
o Para isto átomos, íons e moléculas devem colidir. Para isto átomos, íons e moléculas devem colidir. o Todos os átomos, íons e moléculas estão em Todos os átomos, íons e moléculas estão em
constante movimento e portanto colidindo constante movimento e portanto colidindo constantemente.constantemente.
o A energia transferida pelas partículas na colisão A energia transferida pelas partículas na colisão pode desorganizar suas estruturas eletrônicas o pode desorganizar suas estruturas eletrônicas o suficiente para que as ligações químicas sejam suficiente para que as ligações químicas sejam quebradas ou novas ligações se formem.quebradas ou novas ligações se formem.
Mecanismo de AçãoMecanismo de Ação
Energia de ativaçãoEnergia de ativação: Quantidade de en. requerida para : Quantidade de en. requerida para romper a configuração eletrônica estável de qualquer romper a configuração eletrônica estável de qualquer molécula específica para que os elétrons possam ser molécula específica para que os elétrons possam ser reorganizados.reorganizados.
Energia de Ativação
∆G reação
Mecanismo de AçãoMecanismo de Ação
∆∆GG: A diferença de energia entre produtos e reagentes: A diferença de energia entre produtos e reagentes
Não depende da E.A.Não depende da E.A.
Energia de Ativação
∆G reação
Mecanismo de AçãoMecanismo de Ação
Taxa de reaçãoTaxa de reação: A freqüência de colisões contendo : A freqüência de colisões contendo energia suficiente para que a reação aconteça.energia suficiente para que a reação aconteça.
taxa de reaçãotaxa de reação: :
o de T = o calor a freqüência das colisões e o n° de T = o calor a freqüência das colisões e o n° de moléculas que atingem a E.A.de moléculas que atingem a E.A.
o Reagentes estão + concentrados = Dist. entre as Reagentes estão + concentrados = Dist. entre as moléculas menor.moléculas menor.
Reações Catalisadas por Reações Catalisadas por EnzimasEnzimas
Ene
rgia
do
sist
ema
(G)
Progresso da Reação
Energia de Ativaçao na presença de enzima
Energia de Ativação na ausência de enzima
∆G reação
Não catalisada
Catalisada
Reagentes
Produtos
Ene
rgia
do
sist
ema
(G)
Progresso da Reação
Energia de Ativaçao na presença de enzima
Energia de Ativação na ausência de enzima
∆G reação
Não catalisada
Catalisada
Reações Catalisadas por Reações Catalisadas por EnzimasEnzimas
Reagentes
Produtos
Catalisador atua diminuindo a Energia de Ativação
Reações Catalisadas por Reações Catalisadas por EnzimasEnzimas
Ene
rgia
do
sist
ema
(G)
Progresso da Reação
Energia de Ativaçao na presença de enzima
Energia de Ativação na ausência de enzima
∆G reação
Não catalisada
Catalisada
Não altera : equilíbrio nem o ∆G
Reagentes
Produtos
Reações Catalisadas por Reações Catalisadas por EnzimasEnzimas
Ene
rgia
do
sist
ema
(G)
Progresso da Reação
ΔG‡:ΔG‡: Energia de Ativaçao Energia de Ativaçao na presença de enzimana presença de enzima
ΔGΔG: Energia de Ativação : Energia de Ativação na ausência de enzimana ausência de enzima
∆G reação
Não catalisada
Catalisada
Reagentes
Produtos
ΔΔGΔΔGcat‡‡ = Eficiência Catalisador
-
Mecanismo de AçãoMecanismo de AçãoEnzimas atuam de diversas formas:Enzimas atuam de diversas formas:
Baixando a E.A.,Baixando a E.A., através da criação de um ambiente através da criação de um ambiente no qual o estado de transição é estabilizado (ex., no qual o estado de transição é estabilizado (ex., distorcendo a forma da molécula do S). distorcendo a forma da molécula do S).
Providenciando uma Providenciando uma via alternativavia alternativa (ex., reagindo (ex., reagindo com o S formando um complexo ES, de existência com o S formando um complexo ES, de existência impossível sem a presença da E). impossível sem a presença da E).
Reduzindo a variação da entropiaReduzindo a variação da entropia da reação ao da reação ao orientar os S de forma correta para facilitar a reação. orientar os S de forma correta para facilitar a reação. Na ausência de E, as moléculas colidem em todas as Na ausência de E, as moléculas colidem em todas as direções possíveis de forma aleatória.direções possíveis de forma aleatória.
Reações Catalisadas por Reações Catalisadas por EnzimasEnzimas
Ex: Decomposição do HEx: Decomposição do H22OO22
HH22OO22 HH22OO OO22++CatalaseCatalase
Condições da ReaçãoCondições da Reação Energia livre de AtivaçãoEnergia livre de AtivaçãoKJ/mol Kcal/molKJ/mol Kcal/mol
VelocidadeVelocidadeRelativaRelativa
Sem catalisadorSem catalisador
PlatinaPlatina
Enzima CatalaseEnzima Catalase
75,2 18,075,2 18,0
48,9 11,748,9 11,7
23,0 5,523,0 5,5
11
2,77 x 102,77 x 1044
6,51 x 106,51 x 1088
Reações Catalisadas por Reações Catalisadas por EnzimasEnzimas
Embora a enzima participe da seqüência da reação, ela Embora a enzima participe da seqüência da reação, ela não sofre nenhuma transformação. não sofre nenhuma transformação.
Poucas moléculas de E são capazes de catalisar a Poucas moléculas de E são capazes de catalisar a conversão de milhares de moléculas de S a P.conversão de milhares de moléculas de S a P.
Atuam em pequenas concentraçõesAtuam em pequenas concentrações
Reações Catalisadas por Reações Catalisadas por EnzimasEnzimas
Número de renovação =Número de renovação = n° de moléculas de substrato n° de moléculas de substrato convertidas em produto por uma única molécula de convertidas em produto por uma única molécula de enzima em uma dada unidade de tempo.enzima em uma dada unidade de tempo.
1 molécula de Catalase1 molécula de Catalase decompõedecompõe5 000 000 de moléculas 5 000 000 de moléculas de H2O2de H2O2pH = 6,8 em 1 minpH = 6,8 em 1 min
Fatores que Influenciam a Ação Fatores que Influenciam a Ação EnzimáticaEnzimática
pHpH
TemperaturaTemperatura
Concentração da EnzimaConcentração da Enzima
Concentração do SubstratoConcentração do Substrato
Fatores que Influenciam a Ação Fatores que Influenciam a Ação EnzimáticaEnzimática
pHpH A ionização de aa pode provocar modificações na A ionização de aa pode provocar modificações na
conformação da enzima.conformação da enzima. O substrato pode ver-se afetado.O substrato pode ver-se afetado.
Pepsina pH ótimo 1,5
Tripsina pH ótimo 7,7
Fatores que Influenciam a Fatores que Influenciam a Ação EnzimáticaAção Enzimática
TemperaturaTemperatura temperatura dois efeitos ocorrem:temperatura dois efeitos ocorrem:
A taxa de reação aumenta, como se observa na A taxa de reação aumenta, como se observa na maioria das reações químicas;maioria das reações químicas;
A estabilidade da proteína decresce devido a A estabilidade da proteína decresce devido a desativação térmica.desativação térmica.
• Enzima Enzima temperatura temperatura ótima para que atinja sua ótima para que atinja sua atividade máximaatividade máxima
Fatores que Influenciam a Fatores que Influenciam a Ação EnzimáticaAção Enzimática
Concentração da EnzimaConcentração da Enzima A velocidade máxima da reação é uma função da A velocidade máxima da reação é uma função da
quantidade de enzima disponível (existindo substrato quantidade de enzima disponível (existindo substrato em excesso).em excesso).
Figura: Efeito da [ ] da enzima sobre a velocidade inicial (V0) Figura: Efeito da [ ] da enzima sobre a velocidade inicial (V0) com de substrato em excesso.com de substrato em excesso.
Fatores que Influenciam a Fatores que Influenciam a Ação EnzimáticaAção Enzimática
Concentração do SubstratoConcentração do Substrato
Inicialmente a velocidade da reação é Inicialmente a velocidade da reação é diretamente proporcional a [S].diretamente proporcional a [S].
Fatores que Influenciam a Fatores que Influenciam a Ação EnzimáticaAção Enzimática
Concentração do SubstratoConcentração do Substrato
A velocidade passa a ser A velocidade passa a ser constante porque não constante porque não depende da [S]depende da [S]
Fatores que Influenciam a Fatores que Influenciam a Ação EnzimáticaAção Enzimática
Concentração do SubstratoConcentração do Substrato
A quantidade de reagente A quantidade de reagente é o suficiente grande para é o suficiente grande para saturar todos os sítios saturar todos os sítios catalíticos enzimas.catalíticos enzimas.
Inibição enzimáticaInibição enzimática
Grande parte do arsenal farmacêutico Grande parte do arsenal farmacêutico (Por ex. tratamento da AIDS feito com drogas que inibem (Por ex. tratamento da AIDS feito com drogas que inibem
a atividade de certas enzimas virais.a atividade de certas enzimas virais.
InibidoresInibidores
Substâncias que reduzem a Substâncias que reduzem a atividade de uma enzima de forma a atividade de uma enzima de forma a
influenciar a ligação do substrato.influenciar a ligação do substrato.
Inibição enzimáticaInibição enzimática
Classificação:Classificação:
IrreversívelIrreversível
ReversívelReversível
CompetitivaCompetitiva
Não CompetitivaNão Competitiva
Inibição IrreversívelInibição Irreversível
O inibidor liga-se tão fortemente à enzima que a O inibidor liga-se tão fortemente à enzima que a dissociação é muito lenta. dissociação é muito lenta.
Podem destruir grupos funcionais que são essenciais Podem destruir grupos funcionais que são essenciais para a atividade enzimática. para a atividade enzimática.
A enzima não retoma a sua atividade normal.A enzima não retoma a sua atividade normal.
Ex.: Inseticidas organofosforados na acetilcolinesterase Ex.: Inseticidas organofosforados na acetilcolinesterase (enzima importante na transmissão dos impulsos (enzima importante na transmissão dos impulsos nervosos).nervosos).
Inibição IrreversívelInibição Irreversível
Ex: Inibição da enzima ciclo-oxigenase pelo acetilsalicilatoEx: Inibição da enzima ciclo-oxigenase pelo acetilsalicilato
Ciclo-oxigenaseCiclo-oxigenase SÍNTESESÍNTESE ProstaglandinasProstaglandinas
Processo biológicos, ex. sensação de dorProcesso biológicos, ex. sensação de dor
Inibição Reversível Inibição Reversível CompetitivaCompetitiva
Uma substância que compete diretamente com o Uma substância que compete diretamente com o substrato pelo sitio de ligação de uma enzima.substrato pelo sitio de ligação de uma enzima. Inibidor normalmente é semelhante ao substrato, de Inibidor normalmente é semelhante ao substrato, de modo que se liga especificamente ao sitio ativo, mas modo que se liga especificamente ao sitio ativo, mas difere do substrato por não poder reagir com ele.difere do substrato por não poder reagir com ele. O inibidor liga-se á enzima formando o complexo EI O inibidor liga-se á enzima formando o complexo EI cataliticamente inativo. cataliticamente inativo.
Inibição Reversível Não Inibição Reversível Não CompetitivaCompetitiva
O inibidor não competitivo pode ser uma molécula que não se assemelha com O inibidor não competitivo pode ser uma molécula que não se assemelha com o substrato, mas apresenta uma grande afinidade com a enzima.o substrato, mas apresenta uma grande afinidade com a enzima.
Esta ligação pode distorcer a enzima tornando o processo catalítico ineficiente.Esta ligação pode distorcer a enzima tornando o processo catalítico ineficiente.
Co-fatoresCo-fatoresQuase 1/3 das enzimas requerem um componente não Quase 1/3 das enzimas requerem um componente não protéico para sua atividade, denominado cofatorprotéico para sua atividade, denominado cofator
Porção protéicaAPOENZIMA CofatorCofator
HOLOENZIMA
Íons metálicos
Moléculas orgânicas
Coenzimas
Co-fatoresCo-fatores
A natureza essencial de tais co-fatores explica por que A natureza essencial de tais co-fatores explica por que razão os organismos necessitam de quantidades razão os organismos necessitam de quantidades diminutas de certos elementos nas suas dietas. diminutas de certos elementos nas suas dietas.
Isso também explica, os efeitos tóxicos de certos metais Isso também explica, os efeitos tóxicos de certos metais pesados (o Cdpesados (o Cd2+2+ e o Hg e o Hg2+2+) que podem substituir o Zn) que podem substituir o Zn2+2+ nos sítios ativos de certas enzimasnos sítios ativos de certas enzimas
Co-fatoresCo-fatoresAlgumas enzimas que contêm ou necessitam de elementos inorgânicos como cofatores
ENZIMAENZIMA COFATORCOFATORPEROXIDASEPEROXIDASE FeFe+2 +2 ou Feou Fe+3+3
CATALASECATALASE
CITOCROMO OXIDASECITOCROMO OXIDASE CuCu+2+2
ÁLCOOL DESIDROGENASEÁLCOOL DESIDROGENASE ZnZn+2+2
HEXOQUINASEHEXOQUINASE MgMg+2+2
UREASEUREASE NiNi+2+2
Co-fatores - CoenzimasCo-fatores - Coenzimas
Maioria deriva de Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveisvitaminas hidrossolúveis Muitos organismos não conseguem sintetizar certas Muitos organismos não conseguem sintetizar certas
porções das coenzimas essenciais. Tais substâncias porções das coenzimas essenciais. Tais substâncias devem estar presentes na dieta desses organismos e devem estar presentes na dieta desses organismos e são, portanto, chamadas de vitaminas. são, portanto, chamadas de vitaminas.
Classificam-se em:Classificam-se em: transportadoras de hidrogêniotransportadoras de hidrogênio transportadoras de grupos químicostransportadoras de grupos químicos
Co-fatores - CoenzimasCo-fatores - Coenzimas
Transportadoras de hidrogênioTransportadoras de hidrogênio
Coenzima Abreviatura Reaçãocatalisada
Origem
Nicotinamida adeninadinucleotídio
NAD+ Oxi-redução Niacina ouVitamina B3
Nicotinamida adeninadinucleotídio fosfato
NADP+ Oxi-redução Niacina ouVitamina B3
Flavina adeninadinucleotídio
FAD Oxi-redução Riboflavina ouVitamina B2
Co-fatores - CoenzimasCo-fatores - Coenzimas Transportadoras de Transportadoras de de grupos químicos
Coenzima Abrev. Reação catalisada Origem Coenzima A CoA-SH Transferência de
grupo acil Pantotenato ou Vitamina B5
Biotina Transferência de CO2
Biotina ou Vitamina H
Piridoxal fosfato PyF Transferência de grupo amino
Piridoxina ou Vitamina B6
Metilcobalamina Transferência de unidades de carbono
Cobalamina ou Vitamina B12
Tetrahidrofolato THF Transferência de unidades de carbono
Ácido fólico
Tiamina pirofosfato
TPP Transferência de grupo aldeído
Tiamina ou Vitamina B1
Regulação da Atividade Regulação da Atividade EnzimáticaEnzimática
Um organismo deve poder regular as atividades Um organismo deve poder regular as atividades catalíticas de suas enzimas para que ele possa catalíticas de suas enzimas para que ele possa coordernar seus processos metabólicos, responder às coordernar seus processos metabólicos, responder às mudanças no meio, crescer e diferenciar-se, tudo de mudanças no meio, crescer e diferenciar-se, tudo de maneira ordenada. maneira ordenada.
Há duas maneiras pelas quais isso pode ocorrer: Há duas maneiras pelas quais isso pode ocorrer: Controle da disponibilidade da enzima. Controle da disponibilidade da enzima. Controle da atividade da enzima. Controle da atividade da enzima.
Regulação da Atividade Regulação da Atividade EnzimáticaEnzimática
Controle da disponibilidade da enzima.Controle da disponibilidade da enzima.
A quantidade de uma enzima em uma célula A quantidade de uma enzima em uma célula depende depende velocidade de síntese velocidade de síntese
velocidade de degradação. velocidade de degradação.
Cada uma dessas velocidades é diretamente Cada uma dessas velocidades é diretamente controlada pela célula e esta sujeita a controlada pela célula e esta sujeita a
mudanças drásticas em períodos que vão de mudanças drásticas em períodos que vão de minutos (em bactérias) até horas (em minutos (em bactérias) até horas (em
organismos superiores).organismos superiores).
Regulação da Atividade Regulação da Atividade EnzimáticaEnzimática
Controle da atividade da enzima. Controle da atividade da enzima.
A atividade pode ser regulada por meio de A atividade pode ser regulada por meio de alterações estruturais que influenciem a afinidade alterações estruturais que influenciem a afinidade da ligação do substrato à enzima. da ligação do substrato à enzima.
A afinidade de ligação do S a uma E pode, variar A afinidade de ligação do S a uma E pode, variar também com a ligação de pequenas moléculas, também com a ligação de pequenas moléculas, chamadas efetores alostéricos que podem tanto chamadas efetores alostéricos que podem tanto aumentar como dimunuir a atividade.aumentar como dimunuir a atividade.
Um modelo muito comum de regulação alostérica é Um modelo muito comum de regulação alostérica é a inibição por "feed-back”.a inibição por "feed-back”.
Regulação enzimáticaRegulação enzimáticaAlgumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, atuando assim como moduladoras do metabolismo atuando assim como moduladoras do metabolismo celular. Esta modulação é essencial na coordenação dos celular. Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros processos metabólicos pela célula.inúmeros processos metabólicos pela célula.
Mecanismos de controleMecanismos de controle
Indução: A presença do substrato A induz a síntese da enzima a
B C D EAEnzima a1 Enzima d
Produtofinal
Substratoinicial
Enzima b Enzima c
Regulação enzimáticaRegulação enzimáticaAlgumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, atuando assim como moduladoras do metabolismo atuando assim como moduladoras do metabolismo celular. Esta modulação é essencial na coordenação dos celular. Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros processos metabólicos pela célula.inúmeros processos metabólicos pela célula.
B C D EAEnzima a1 Enzima d
Produtofinal
Substratoinicial
Enzima b Enzima c
Mecanismos de controleMecanismos de controle
Retroinibição: O produto final E, inibe a ação das enzimas a
Regulação enzimáticaRegulação enzimáticaAlgumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, atuando assim como moduladoras do metabolismo atuando assim como moduladoras do metabolismo celular. Esta modulação é essencial na coordenação dos celular. Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros processos metabólicos pela célula.inúmeros processos metabólicos pela célula.
B C D EAEnzima a1 Enzima d
Produtofinal
Substratoinicial
Enzima b Enzima c
Mecanismos de controleMecanismos de controle
Repressão catabólica: Caso haja um caminho mais conveniente, a síntese de todas as enzimas é reprimida
Regulação enzimáticaRegulação enzimáticaAlgumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, atuando assim como moduladoras do metabolismo atuando assim como moduladoras do metabolismo celular. Esta modulação é essencial na coordenação dos celular. Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros processos metabólicos pela célula.inúmeros processos metabólicos pela célula.
Substratoinicial
Mecanismos de controleMecanismos de controle
Cada isoenzimas pode ser regulada independentementeControle fino do metabolismo
B C D EAEnzima a1
Enzima a2
Enzima a3
Enzima dProduto
final
Enzima b Enzima c
Comparação das enzimas Comparação das enzimas com catalisadores químicoscom catalisadores químicos
Característica Enzimas Catalisadores Químicos
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estrutura complexa Simples
Sensibilidade à T e pH alta Baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica (geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) 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
Velocidade de reação alta baixa
Comparação das enzimas Comparação das enzimas com catalisadores químicoscom catalisadores químicos
Característica Enzimas Catalisadores Químicos
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estrutura complexa Simples
Sensibilidade à T e pH alta Baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica (geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) 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
Velocidade de reação alta baixa
Comparação das enzimas Comparação das enzimas com catalisadores químicoscom catalisadores químicos
Característica Enzimas Catalisadores Químicos
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estrutura complexa Simples
Sensibilidade à T e pH alta Baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica (geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) 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
Velocidade de reação alta baixa
Comparação das enzimas Comparação das enzimas com catalisadores químicoscom catalisadores químicos
Característica Enzimas Catalisadores Químicos
Especificidade ao substrato alta baixa
Natureza da estrutura complexa Simples
Sensibilidade à T e pH alta Baixa
Condições de reação (T, P e pH) suaves drástica (geralmente)
Custo de obtenção (isolamento e purificação) 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
Velocidade de reação alta baixa
Referencias BibliográficasReferencias Bibliográficas
AQUARONE, Eugênio; BORZANI, Walter; ALMEIDA AQUARONE, Eugênio; BORZANI, Walter; ALMEIDA LIMA, Urgel de; SCMIDELL, Willibaldo. Biotecnologia LIMA, Urgel de; SCMIDELL, Willibaldo. Biotecnologia industrial. Volumes 1, 2, 3 e 4. industrial. Volumes 1, 2, 3 e 4. CHAMPE, Pamela C. & HARVEY, Richard A. - Bioquímica CHAMPE, Pamela C. & HARVEY, Richard A. - Bioquímica Ilustrada. Artes Médicas. Porto Alegre, 1997. pp 126-131.Ilustrada. Artes Médicas. Porto Alegre, 1997. pp 126-131.LEHNINGER, Albert L; NELSON, David L.; COX, Michael LEHNINGER, Albert L; NELSON, David L.; COX, Michael M. Principios de bioquimica. 4. ed. São Paulo: Sarvier, M. Principios de bioquimica. 4. ed. São Paulo: Sarvier, 2006.2006.STRYER, Lubert. Bioquímica. Rio de Janeiro:STRYER, Lubert. Bioquímica. Rio de Janeiro:Guanabara Koogan,1996. Capítulo 7Guanabara Koogan,1996. Capítulo 7VOET, Donald; VOET, Judith G. Bioquímica. 3. ed. Porto VOET, Donald; VOET, Judith G. Bioquímica. 3. ed. Porto Alegre: ARTMED, 2006. 1596p.Alegre: ARTMED, 2006. 1596p.