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ENZIMAS ENZIMAS Estágio em Docência: Estágio em Docência: Janaina Duarte Baumer Janaina Duarte Baumer Siannah Maria Mas Diego Siannah Maria Mas Diego Prof. Agenor Furigo Jr. Prof. Agenor Furigo Jr. Setembro/2008 Setembro/2008

Enzimas Parte 1

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Page 1: Enzimas Parte 1

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

Page 2: Enzimas Parte 1

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

Page 3: Enzimas Parte 1

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.

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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.

Page 5: Enzimas Parte 1

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.

Page 6: Enzimas Parte 1

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

Page 7: Enzimas Parte 1

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)

Page 8: Enzimas Parte 1

PROPRIEDADES GERAISPROPRIEDADES GERAIS

EnzimasEnzimas

ProteínasProteínas

RNARNA

Page 9: Enzimas Parte 1

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”

Page 10: Enzimas Parte 1

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)

Page 11: Enzimas Parte 1

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.

Page 12: Enzimas Parte 1

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.

Page 13: Enzimas Parte 1

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.

Page 14: Enzimas Parte 1

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.

Page 15: Enzimas Parte 1

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.

Page 16: Enzimas Parte 1

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.

Page 17: Enzimas Parte 1

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.

Page 18: Enzimas Parte 1

ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICA

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ESTRUTURA PROTEICAESTRUTURA PROTEICAOutro tipo de ligação importante: Ligações Dissulfeto Outro tipo de ligação importante: Ligações Dissulfeto entre Cisteínasentre Cisteínas

Page 20: Enzimas Parte 1

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.

Page 21: Enzimas Parte 1

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.

Page 22: Enzimas Parte 1

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

Page 23: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais apolaresCadeias laterais apolares

Glisina Alanina Valina Leucina Isoleucina

Fenilalanina Triptofano Metionina Prolina

Page 24: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais apolaresCadeias laterais apolares

Glisina Alanina Valina Leucina Isoleucina

Fenilalanina Triptofano Metionina Prolina

Menor

Page 25: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais apolaresCadeias laterais apolares

Glisina Alanina Valina Leucina Isoleucina

Fenilalanina Triptofano Metionina Prolina

Alifáticos

Page 26: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais apolaresCadeias laterais apolares

Glisina Alanina Valina Leucina Isoleucina

Fenilalanina Triptofano Metionina Prolina

Aromáticos

Page 27: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais apolaresCadeias laterais apolares

Glisina Alanina Valina Leucina Isoleucina

Fenilalanina Triptofano Metionina Prolina

tiol éter

Page 28: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais apolaresCadeias laterais apolares

Glisina Alanina Valina Leucina Isoleucina

Fenilalanina Triptofano Metionina Prolina

Grupo pirrolidina cíclico

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AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais polares não carregadasCadeias laterais polares não carregadas

Serina Treonina Asparagina

GlutaminaTirosina Cisteína

Page 30: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais polares não carregadasCadeias laterais polares não carregadas

Serina Treonina Asparagina

GlutaminaTirosina Cisteína

Grupos carboxílicos

Page 31: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais polares não carregadasCadeias laterais polares não carregadas

Serina Treonina Asparagina

GlutaminaTirosina Cisteína

Grupos amino

Page 32: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais polares não carregadasCadeias laterais polares não carregadas

Serina Treonina Asparagina

GlutaminaTirosina Cisteína

Grupos fenólico

Page 33: Enzimas Parte 1

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

Page 34: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais carregadasCadeias laterais carregadas

Histidina Lisina Arginina

Ac. aspártico Ac. glutâmico

Page 35: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais carregadasCadeias laterais carregadas

Histidina Lisina Arginina

Ac. aspártico Ac. glutâmico

BÁSICOS:

carregadas + em valores de pH fisiologicos

Page 36: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Cadeias laterais carregadasCadeias laterais carregadas

Histidina Lisina Arginina

Ac. aspártico Ac. glutâmico

ÁCIDOS:

Carregado - acima de pH 3

Page 37: Enzimas Parte 1

AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOSTabela de aa.Tabela de aa.

Page 38: Enzimas Parte 1

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

Page 39: Enzimas Parte 1

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.

Page 40: Enzimas Parte 1

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

Page 41: Enzimas Parte 1

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.

Page 42: Enzimas Parte 1

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.

Page 43: Enzimas Parte 1

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.

Page 44: Enzimas Parte 1

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..

Page 45: Enzimas Parte 1

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.

Page 46: Enzimas Parte 1

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

Page 47: Enzimas Parte 1

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.

Page 48: Enzimas Parte 1

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.

Page 49: Enzimas Parte 1

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.

Page 50: Enzimas Parte 1

PROTEÍNASPROTEÍNAS

SimplesSimples Constituida somenteConstituida somentepor aapor aa

Page 51: Enzimas Parte 1

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

Page 52: Enzimas Parte 1

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

Page 53: Enzimas Parte 1

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

Page 54: Enzimas Parte 1

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

Page 55: Enzimas Parte 1

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

Page 56: Enzimas Parte 1

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

Page 57: Enzimas Parte 1

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-

Page 58: Enzimas Parte 1

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

Page 59: Enzimas Parte 1

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

Page 60: Enzimas Parte 1

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

Page 61: Enzimas Parte 1

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

Page 62: Enzimas Parte 1

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

Page 63: Enzimas Parte 1

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

Page 64: Enzimas Parte 1

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

Page 65: Enzimas Parte 1

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.

Page 66: Enzimas Parte 1

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.

Page 67: Enzimas Parte 1

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.

Page 68: Enzimas Parte 1

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.

Page 69: Enzimas Parte 1

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.

Page 70: Enzimas Parte 1

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.

Page 71: Enzimas Parte 1

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

Page 72: Enzimas Parte 1

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.

Page 73: Enzimas Parte 1

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

Page 74: Enzimas Parte 1

Propriedades GeraisPropriedades Gerais

Condições reacionais mais brandasCondições reacionais mais brandas

o pHpH

o TemperaturaTemperatura

DesnaturaçãoDesnaturação

Page 75: Enzimas Parte 1

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

Page 76: Enzimas Parte 1

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

Page 77: Enzimas Parte 1

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.

Page 78: Enzimas Parte 1

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).

Page 79: Enzimas Parte 1

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.

Page 80: Enzimas Parte 1

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

Page 81: Enzimas Parte 1

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

Page 82: Enzimas Parte 1

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.

Page 83: Enzimas Parte 1

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

Page 84: Enzimas Parte 1

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

Page 85: Enzimas Parte 1

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

Page 86: Enzimas Parte 1

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

-

Page 87: Enzimas Parte 1

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.

Page 88: Enzimas Parte 1

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

Page 89: Enzimas Parte 1

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

Page 90: Enzimas Parte 1

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

Page 91: Enzimas Parte 1

Fatores que Influenciam a Ação Fatores que Influenciam a Ação EnzimáticaEnzimática

pHpH

TemperaturaTemperatura

Concentração da EnzimaConcentração da Enzima

Concentração do SubstratoConcentração do Substrato

Page 92: Enzimas Parte 1

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

Page 93: Enzimas Parte 1

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

Page 94: Enzimas Parte 1

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.

Page 95: Enzimas Parte 1

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].

Page 96: Enzimas Parte 1

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]

Page 97: Enzimas Parte 1

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.

Page 98: Enzimas Parte 1

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.

Page 99: Enzimas Parte 1

Inibição enzimáticaInibição enzimática

Classificação:Classificação:

IrreversívelIrreversível

ReversívelReversível

CompetitivaCompetitiva

Não CompetitivaNão Competitiva

Page 100: Enzimas Parte 1

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).

Page 101: Enzimas Parte 1

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

Page 102: Enzimas Parte 1

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.

Page 103: Enzimas Parte 1

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.

Page 104: Enzimas Parte 1

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

Page 105: Enzimas Parte 1

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

Page 106: Enzimas Parte 1

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

Page 107: Enzimas Parte 1

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

Page 108: Enzimas Parte 1

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

Page 109: Enzimas Parte 1

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

Page 110: Enzimas Parte 1

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.

Page 111: Enzimas Parte 1

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).

Page 112: Enzimas Parte 1

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”.

Page 113: Enzimas Parte 1

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

Page 114: Enzimas Parte 1

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

Page 115: Enzimas Parte 1

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

Page 116: Enzimas Parte 1

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

Page 117: Enzimas Parte 1

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

Page 118: Enzimas Parte 1

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

Page 119: Enzimas Parte 1

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

Page 120: Enzimas Parte 1

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

Page 121: Enzimas Parte 1

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.