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aProfessora: Erika Liz
Elementos da Enzimologia
• Reações Químicas
– Termodinâmica – estuda a viabilidade e a reversibilidade das
reações, a partir da análise do conteúdo energético inicial e
final de uma transformação.
– Cinética – Trabalha com a velocidade com que as reações
acontecem.
– Teoria das colisões – As moléculas para reagirem em uma
solução devem colidir com orientação apropriada na qual
levará a um estado de transição.
Elementos da Enzimologia
• Energia livre de ativação
– É a energia inicial necessária para que a reação ocorra.
• Estado de transição
– É o ponto da reação que possui a maior energia de ativação.
– A reação está no ponto máximo da barreira energética que separa os reagentes e os produtos.
Elementos da Enzimologia
• Catalisadores - Compostos capazes de
aumentar a velocidade da reação sem alterar
a proporção entre reagentes e produtos.
– Criam novos caminhos para que a reação ocorra
com uma menor energia de ativação.
Reação não catalisada
Reação catalisada
Enzimas são agentes de função metabólicaSua função é a de acelerar as reações do metabolism o
Também chamados de catalisadores biológicos
Características
1) As enzimas possuem um enorme poder catalítico; p odem acelerar
reações em até 10 16 vezes em relação à reação não catalisada
2) Uma enzima é bastante seletiva, tanto em relação à substância com a
qual ela interage, como em relação à reação que ela catalisa
3) A atividade enzimática pode ser regulada de acor do com as necessidades
da célula
A noção de que há uma complementaridade entre a
enzima e o substrato é fundamental na
enzimologia
Mas, enzimas são moléculas grandes e os substratos moléculas pequenas, na maioria das vezes.
Assim, a complementaridade está restrita a um locus especifico, o
chamado sítio ativo.
É ali que a enzima liga o sustrato para formar o
complexo enzima-substrato.
Emil Fischer (1894): altograu de especificidadedas enzimas originou →→→→
ChaveChave--FechaduraFechadura, queconsidera que a enzimapossui sitio ativocomplementar aosubstrato.
Koshland (1958): EncaixeEncaixeInduzidoInduzido,, enzima e o substratosofrem conformação para oencaixe. O substrato édistorcido para conformaçãoexata do estado de transição.
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ENZIMAS – CLASSIFICAÇÃO
1. Oxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons)1.1.atuando em CH-OH1.2.atuando em C=O1.3.atuando em C=O-1.4.atuando em CH-NH2
1.5.atuando em CH-NH-1.6.atuando em NADH, NADPH
2.Transferases (transferem grupos funcionais entre moléculas)2.1.grupos com um carbono2.2.grupos aldeído ou cetona2.3.grupos acil2.4.grupos glicosil2.7.grupos fosfatos2.8.grupos contendo enxofre
3.Hidrolases (reações de hidrólise)3.1.ésteres3.2.ligações glicosídicas3.4.ligações peptídicas3.5.outras ligações C-N3.6.anidridos ácidos
�Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas.
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ENZIMAS – CLASSIFICAÇÃO
4.Liases (catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água,amônia e gás carbônico)
4.1. =C=C=4.2. =C=O4.3. =C=N-
5.Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros)
5.1.racemases
6.Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entreduas pré-existentes, sempre às custas de energia)
6.1. C-O6.2. C-S6.3. C-N6.4. C-C
�Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas.
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ENZIMAS – CLASSIFICAÇÃO
� Subclasses
Exemplos deSubclasses
Tipo de reação catalisada Classe
Hidratases Adicionam H2O à ligas duplas LiasesQuinases Transferem fosforilas do ATP TransferaseMutases Movem fosforilas dentro da
mesma moléculaIsomerase
Sintases Síntese independente de ATP TransferasesSintetases Síntese dependente de ATP Ligases
Muitos agentes inibem (diminuem) a atividade de enz imas
Estes agentes recebem o nome genérico de INIBIDORES
Muitas drogas são inibidores de atividade enzimátic a (os anti-inflamatórios não-esteróides, por exemplo, inibem a ciclo-oxigena se)
Muitos reguladores metabólicos são inibidores
IRREVERSÍVEL ⇒⇒⇒⇒ causada em geral por agentes (inibidores) que reage m covalentemente com a enzima.
Inibição competitiva
Inibição não-competitiva
REVERSÍVEL ⇒⇒⇒⇒ os inibidores ligam-se à enzima através de interações não-covalentes (interação iônica, por exemplo)
Inibidores Reversíveis Competitivos
• Há competição pelo centro ativo do enzima
• O inibidor é estruturalmente semelhante ao substrato
• A inibição pode ser revertida adicionando mais substrato
ao meio
Inibidores Reversíveis Não competitivos
• O inibidor liga-se a um local específico da enzima (que
não o centro ativo)
• O inibidor liga-se tanto a enzima livre como ao complexo
ES
Fatores que influenciam a atividade enzimática
� Fatores decorrentes da natureza protéica (estrutura)
das enzimas
�pH;
�temperatura;
�Fatores decorrentes da formação do complexo ES
�concentração das enzimas;
�concentração dos substratos;
E + S ES E + P
Enzim a pH ótim oPepsina 1,5Tripsina 7,7Catalase 7,6A rginase 9,7Fumarase 7,8
R ibonuclease 7,8
pH ótimo de algumasenzimas
POR QUE O pH AFETA A ATIVIDADE ENZIMÁTICA?
A) a ligação do substrato pode depender de grupos d issociáveis (COOH/ NH3)no sítio ativo e no próprio substrato
B) o ato catalítico pode depender de grupos dissoci áveis
C) a conformação da proteína varia com o pH, podend o inclusive haver desnaturação em pHs extremos
Influência da temperatura do meio sobre a atividade enzimática
• a taxa de reação aumenta, como se observa na maioria
das reações químicas;
• a estabilidade da proteína decresce
devido a desativação térmica.
Ativação
térmica
Desnaturação
térmica
Temperatura ótima
Influência da concentração da enzima sobre a atividade enzimática
� Recomenda-se:
� Enzimas com alto grau de pureza;
� Substratos puros;
� Métodos de análise confiável.
[E]
Velocidade de transformação do S em P -- Quantidade
de E.
Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
[S] varia durante o curso da reação à medida que S é convertido em P.
[S]
Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
E E
E E
S+
E E
E E
S E E
E E
PP
+
Baixa concentração de substrato
Formação do produto é PROPORCIONAL à concentração de substrato
100 % de saturação do centro ativo da enzima
SS
SS
+
E E
E E
E E
E E
S S
S S
E E
E E+ P
P
P
P
P
PP
P
Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
Formação do produto é PROPORCIONAL à concentração de substrato
[Substrato] em excesso
SS
SS
+
E E
E E
E E
E E
S S
S S
E E
E E+ P
P
P
P
P
PP
P
Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
Velocidade da reação independe da [S]
S
SS
S
SS
S
SS
SS
S
Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
Em baixas concentrações de substrato a velocidade de reação é
de primeira ordem – isto é, é proporcional a concentração de
substrato
Em altas concentrações de substrato, a velocidade da reação é de ordem zero
– isto é, é constante e independente da concentração de substrato
[S]
Cofator ⇒⇒⇒⇒ qualquer molécula não protéica que participa da catálise enzimática
Coenzima ⇒⇒⇒⇒ é um cofator orgânico que auxilia a enzima no ato catalítico (em geral transferência de grupos)
Pode estar ou não ligada covalentemente à proteínaQuando está ligada covalentemente constitui, adicionalmente, um grupo
prostético
Estrutura Estrutura EnzimáticaEnzimática
Covalente
Apoenzima ouApoproteína
Holoenzima
CofatorProteína
Pode ser:• íon inorgânico• molécula orgânica
Coenzima
Grupo Prostético
Cinética Enzimática• Medir as velocidades das transformações que se processam;
• Estudar a influência de condições de trabalho naquelas
velocidades;
• Correlacionar as velocidades das transformações com alguns
dos fatores que afetam;
• Colaborar na otimização do processo considerado;
• Estabelecer critérios para o controle do processo;
• Projetar o reator mais adequado.
Cinética Enzimática
• Estudo do mecanismo da combinação Enzima – Substrato;
• Compreensão da atividade enzimática;
E + S ES E + P
1913 Leonor Michaelis -Enzimologista
Maude Menten - Pediatra
L. M ichaelis e M . L. M enten propuseram um a teoria geral sobre a ação das enzim as em 1910, propondo um rápido equ ilíb rio entre o substra to e a enzim a:
E + S ESk1
k2
Para um equilíbrio pode-se escrever:
]ES[k]S][E[k 21 =
1
2s k
k]ES[]S][E[
k ==
O produto é fo rm ado num a segunda etapa:
E + S ES E + Pk
k
k1
2
3
No final E é liberado para ligar outra m olécula do substrato .
O que é uma “constante de velocidade”?
A constante de velocidade é um número, um parâmetro, a ser determinado empiricamente e que, quando multiplicado pela concentração nos fornece a velocidade de um processo.
Isto leva, finalmente, à EQUAÇÃO DE MICHAELIS-MENTEN:
]S[K]S[V
vM
max
++++====
V=Vm . [S]
Km +[S]
Onde Vm é velocidade
máxima da reação
Km+ [S] = [S]. Vm
V
Quando V =Vm
2
Km= [S] . Vm . 2 [S]
Vm
Km= [S]
Vmax
K M
Vmax
0 5 10 15 20 25
0
5
10
15
20
/2
Concentração do substrato, [S]
O KM é a concentração de substrato para o qual
v = Vmax/2
Numericamente, Km pode ser expresso como a [substrato] necessária para que a velocidade da reação seja metade da velocidade máxima
KmKm
Afinidade da enzima pelo substrato
Afinidade da enzima pelo substrato
A constante de Michaelis, K M:
KM tem as unidades da molaridade, e é uma medida da af inidade da enzima pelo substrato; quanto menor K M, maior a afinidade da enzima pelo substrato.
1
32M k
kkK
++++====
O
B
R
I
G
A
D
A
!