Interacção enzima - substrato

Estrutura das enzimas

Estrutura das enzimas (Biocatal isadores)

Têm constituição proteica e conformação espacial específicas; São formadas por uma ou mais cadeias de a.a;

A composição dos cerca de 22 tipos de a.a. que entram na sua constituição não varia significativamente; o que varia é a ordem com que esses a.a. se encontram.

Estrutura globular; > substrato.

As enzimas são classificadas com base nas reacções que catalisam.

– Nome do substrato + Sufixo ase:

Ex: Urease - hidrólise da ureia

Amilase; Peptidase; Lipase; Sacarase; etc.

Estrutura das enzimas

Possui uma pequena região que é complementar da configuração espacial do substrato – Centro activo

A ligação entre a enzima e o substrato faz-se ao nível do centro activo.

A ligação entre a enzima e o substrato forma o complexo enzima-substrato.

Centros activos – aspectos comuns

Ocupam uma pequena parte do volume total da enzima;

Correspondem, geralmente a uma fenda ou cavidade existente na estrutura da molécula proteica;

A especificidade da ligação ao substrato depende do arranjo dos átomos no centro activo;

O nº de centros activos de uma enzima é variável.

Interacção enzima-substrato

-As ligações entre a enzima e o substrato são transitórias;

-Quando termina a reacção libertam-se os produtos formados;

-A enzima fica inactiva, podendo actuar sobre outra molécula de substrato;

-O ciclo repete-se até todo o substrato estar transformado.

Acção de uma enzima

1º No centro activo estabelecem-se ligações intermoléculares com o substrato, formando-se o complexo enzima-substrato.

2º Activação do complexo (verificam-se mudanças químicas).

3º Termina a reacção enzima substrato e libertam-se os produtos formados.

No final a enzima fica intacta podendo actuar sobre outra molécula de substrato.

Interacção enzima-substrato

Estrutura das enzimas Algumas enzimas são constituídas por:

Apoenzima – molécula proteica; Cofactor – substância não proteica;

Apoenzima + Cofactor = Holoenzima(inactiva) (inactivo) (activa)

Concentração dos intervenientes numa reacção enzimática

Início: [S]↑ ↓[Enzima livre] → ligação E – S → ↑ [complexo E-S]

Então: [S]↓ e ↓[Enzima livre] ↑[complexo E-S] ↑[Produto]

Depois: estabilização da [Enzima livre] e [complexo E-S]

a velocidade de formação do complexo E – S = velocidade de separação da E e do P

Final: ↓[S] ↑[Enzima livre]

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10

concentração do substrato

velo

cid

ade

da

reac

ção

A

A – Ponto de saturação enzimática.

- Já todas as enzimas estão ocupadas com substrato, então, mesmo que aumente a concentração de substrato como não existem enzimas livres a velocidade da reacção não aumenta mais.

- A velocidade da reacção a partir deste ponto vai manter-se constante porque a velocidade de formação de complexo E – S é igual à velocidade de separação da E do produto.

Início: [S]↑ ↓[Enzima livre] → ligação E – S → ↑ [complexo E-S]

Então: [S]↓ e ↓[Enzima livre] ↑[complexo E-S] ↑[Produto]

Depois: estabilização da [Enzima livre] e [complexo E-S] a velocidade de formação do complexo E – S = velocidade de separação da E e do P

Final: ↓[S] ↑[Enzima livre]

Modelos de ligação Enzima-substrato

Especificidade enzimática devida à:

Configuração do centro activo da enzima ser complementar de uma zona da molécula de substrato.

O centro activo permite o reconhecimento entre a E e o S.

Modelo de Fischer

Modelo de Koshland

Modelo Chave – fechadura ou de Fischer (1890)

O centro activo de uma enzima possui uma determinada estrutura onde apenas pode “encaixar” um tipo de substrato com estrutura complementar desse centro activo.

Como a chave (substrato) que só funciona numa fechadura (enzima).

Modelo do encaixe induzido ou de Koshland (1959)

Existe uma interacção dinâmica entre a E e o S. O substrato ao ligar-se à enzima induz uma mudança na estrutura da enzima de modo a que o centro activo se “molda”, formando-se um centro activo complementar do substrato.

Explica a actividade de certas enzimas que actuam sobre substratos ligeiramente diferentes.

Importância Biomédica

Farmacologia e Toxicologia

Venenos metabólicos

Inibir ou abolir reações metabólicas essenciaisInibir a atividade de enzimas

Drogas terapeuticamente importantes

Utilizadas no tratamento de inúmeras patologias

Descoberta do mecanismo de ação de enzimas

Inibição CompetitivaTerapias com drogas

Conceitos de inibição enzimática

Drogas projetadas para inibirem uma enzima específicaANTIMETABÓLITOS

Antivirais, antibacterianos, antitumorais

TGO - Transaminase glutâmico oxalacéticaTGP - Transaminase glutâmico pirúvica

Presentes nas células do fígado, coração, músculo esquelético, rim e pâncreas.

Outras enzimas importantes em diagnóstico Transaminases

DOENÇA HEPÁTICA

ENFARTE AGUDO DO MIOCÁRDIO TGO eleva-se após 12 horas, atingindo seu pico após 24-36 horas.

Outras enzimas importantes em diagnósticoFosfatases

Fosfatase Alcalina

Presente em muitos tecidos, principalmente no fígado e nos ossos. O aumento fisiológico é observado na GRAVIDEZ e na INFÂNCIA.

DISTÚRBIOS ÓSSEOSDOENÇA HEPÁTICA OBSTRUTIVA

Outras enzimas importantes em diagnósticoTransferases

GAMA GLUTAMIL TRANSPEPTIDASE Presente no fígado.

INDICADOR DE DOENÇA HEPÁTICAALCOOLISMO

TIPOS DE APLICAÇÕES INDUSTRIAIS

• Alimentos- Indústria de azeite: Aplicação na melhoria de aspectos organolépticos e estabilidade a

longo prazo.

- Panificação: Melhoria da cor, do sabor e estrutura através de alfa-amilase fúngica. Actua sobre a farinha de trigo, acelerando o processo de fermentação, devido a uma maior formação de açúcares para o fermento.

• Rações animais- Utilização de enzimas nas rações para leitões durante o período de lactação, com o objectivo de

digestão de amido e, em decorrência disso, ganho de peso e abate precoce.

• Papel e celulose- Remoção de depósitos em máquinas: Substituição de álcalis e ácidos fortes

por enzimas para assegurar a integridade física dos funcionários e cumprir leis ambientais.

• Couro- Eliminação dos pêlos: Envolvia sulfureto de sódio, um químico com um cheiro intenso.

Em alternativa, foi sugerido à indústria que passe a usar enzimas – o mau cheiro desaparece e a carga poluente dos efluentes é eliminada.

• Têxtil- Usa-se a amilase bacteriana (Bacillus subtilis e Bacillus lichenformis) estável ao calor para

eliminar a goma dos produtos têxteis, substituindo os ácidos e álcalis na hidrólise do amido.

• Indústria de Cosméticos• Produtos de Limpeza• Inactivação Enzimática

Concluindo:

-Apresentam alto grau de especificidade;

-São produtos naturais biológicos;

-As reacções são baratas e seguras;

- São altamente eficientes, acelerando a velocidade dasreacções (108 a 1011 + rápida);

-São económicas, reduzindo a energia de activação;

-Não são tóxicas;

- Necessitam de condições favoráveis de pH, temperatura e depolaridade do solvente e força iónica.

-Apresentam vantagens frente aos catalisadores químicos

- Têm ampla aplicabilidade.