Enzimas

Qual a natureza química das enzimas ?

- Esta pergunta começou a ser respondida em 1926 com a cristalização da urease ( enzima que catalisa a hidrólise de uréia em NH3 e CO2);

- James Sumner descobriu que os cristais de urease eram constituídos inteiramente de PROTEÍNAS

- Esta pergunta começou a ser respondida em 1926 com a cristalização da urease ( enzima que catalisa a hidrólise de uréia em NH3 e CO2);

E postulou que todas as enzimas eram proteínas!!!

- Durante a década de 30, John Northrop e Moses Kunitz cristalizaram a pepsina, a tripsina e outras enzimas digestivas, mostrando que todas elas eram proteínas;

- Mais ainda!!!! “Havia uma relação direta entre sua atividade enzimática e a quantidade de proteína presente no cristal”

”Com exceção de uma pequenas classe de RNA com atividade catalítica, em sua grande maioria, são de fato proteínas”

- Durante a segunda metade do século XX, com o desenvolvimento de técnicas modernas, milhares de enzimas foram purificadas e caracterizadas, tendo suas estruturas elucidadas e seus mecanismos de ação determinados.

Como as enzimas funcionam?

- As velocidades das reações catalisadas pelas enzimas são geralmente de 106 a 1012 vezes maiores do que as reações não catalisadas;

Enzimas Vel. de reação (ñ enzimática)

Vel. de reação enzimática

Aumento de velocidade

Anidrase Carbônica 1,3x10-1 1x106 7,7x106

Corismato-mutase 2,6x10-5 50 1,9x106

Triose-f osfato-isomerase

4,3x10-6 4300 1,0x109

Carboxipeptidase A 3,0x10-9 578 1,9x1011

Nuclease Estafi locócica

1,7x10-13 95 5,6x1014

Classificação das Enzimas

Óxido-redutases: Catalisam reações de óxido-redução, ou seja a transferência de elétrons;

Transferases: Catalisam a transferência de grupos entre moléculas;

Hidrolases: Catalisam reações de hidrólise;

Liases: Catalisam a remoção não hidrolítica de grupos, formando ligações duplas;

Isomerases: Catalisam reações de isomerização;

Ligases: Catalisam a formação de uma ligação química por condensação e concomitante quebra de um nucleosídeo trifosfatado.

- As condições nas quais as reações catalisadas por enzimas ocorrem são compatíveis com a vida – temperaturas abaixo de 100oC, pressão atmosférica e pH neutro, enquanto a catálise química geralmente requer temperaturas e pressões elevadas, além de pHs extremos;

- As reações enzimáticas apresentam alta especificidade;

- As reações enzimáticas podem ser reguladas por mecanismos que incluem : controle alostérico, modificação covalente ou variações nas quantidades de enzima sintetizada.....

Como as enzimas trabalham?

E+S ES EP E+P

E = enzima

S = substrato

P = produto

S ET P

Arranjo estável de

átomosArranjo estável

de átomos

Arranjo instável de átomos

reorganização

Estado de transição

“A energia livre de P é menor do que a de S, de forma que a variação de energia livre da reação é negativa, o que favorece a formação de P”

- Isso não quer dizer que a conversão de S em P irá ocorrer em um tempo mensurável. A velocidade com que a reação irá acontecer depende de um parâmetro completamente diferente.

- Existe uma barreira energética entre S e P, relacionada a formação de estado de transição, que pode envolver alinhamento de grupos reativos, formação de cargas instáveis, rearranjos de ligações etc.

“ A diferença de energia entre o arranjo atômico do substrato e do estado de transição é chamada de energia de ativação”

Energia de ativação

Energia de ativação

- Os catalisadores funcionam aumentando a velocidade de reação , diminuindo a energia de ativação.

“Quanto maior a energia de ativação, mas lenta será a reação”

De que forma isso ocorre?

- Interação da enzima com a molécula do substrato

Sítio ativo – é uma pequena porção da enzima formada a partir do enovelamento na sua estrutura terciária.

- O sítio ativo apresenta resíduos de aminoácidos, cujas cadeias laterais são capazes de interagir com o reagente e catalisar as transformações químicas que esta molécula irá sofrer.

Teorias para formação do complexo enzima-substrato

1) Teoria chave-fechadura – na qual a especificidade da enzima (fechadura) por seu substrato (chave) era decorrente da complementaridade geométrica de suas formas.

- Entretanto, a hipótese da chave e fechadura não explicava exatamente a grande capacidade catalítica das enzimas

O nosso exemplo do cilindro não vai se dobrar, e consequentemente, não vai se quebrar. O PRODUTO DA REAÇÂO NÂO SERÀ FORMADO!!!!! Esta enzima estabiliza o substrato, impedindo que a reação ocorra.

2) Ajuste induzido – As mudanças conformacionais sofridas pela enzima levam à acomodação de grupos funcionais específicos em posições apropriadas, facilitando a interação com o substrato

Participação ou não de cofatores:Apoenzima – não necessita de cofator para a catálise Holoenzima – necessita de cofator para a catálise

Cofatores:

Grupamento prostético – está covalentemente ligado à enzima

- íons inorgânicos

- coenzimas

a

Fatores que podem interferir nas reações enzimáticas:

- Temperatura- Variações de pH

- Capacidade de desnaturar proteínas, ou seja, por sua capacidade de produzir distúrbios extensos na estrutura tridimensional da enzima;

- As condições levam ao rompimento das interações não-covalentes entre os resíduos de aminoácidos, presentes na enzima, responsáveis por sua estrutura e pela geometria dos grupos funcionais presentes no sítio ativo.

Cinética enzimática

- Estudo do mecanismo das reações catalisadas por enzimas depende da determinação das velocidades das reações e de como ela são afetadas por diferentes parâmetros.

- É fundamental para a total compreensão do funcionamento das enzimas.

Efeito da concentração de substrato

E+S ES EP E+P

Modelo de Michaelis-Menten

KM

= Constante de Michaelis-Menten

- Constante que relaciona a afinidade da enzima pelo substrato.

E + S ES E + PK1

K3

K2

KM = afinidade

KM= K

2 + K

3 (dissociação)

K1 (associação)

KM = afinidade

Mas como calcular precisamente os valores de K

M e V

max para determinada

reação?

Gráfico de Duplo Recíproco (Lineweaver-

Burk)

Inibições Enzimáticas Reversíveis

Inibição competitiva

Inibição Não Competitiva

Inibição Acompetitiva

Inibição irreversível – ocorre quando inibidores modificam quimicamente e inativam uma enzima.

Ex: Aspirina

Estratégias Regulatórias

1)Controle Alostérico

2) Inibição por feedback

3) Estímulo e inibição por proteínas de controle

4) Modificação covalente reversível

5) Ativação proteolítica (Zimogênios)

1) Controle alostérico

2) Inibição por Feedback

3) Estímulo e inibição por proteínas de controle

4) Modificação covalente reversível

5) Ativação proteolítica (Zimogênios)