Aula3_Enzimas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO
Instituto de Ciências Exatas, Naturais e Educação (ICENE)
ENZIMAS
-Introdução às enzimas-Introdução às enzimas
- Como as enzimas funcionam
-Cinética Enzimática
- Enzimas Regulatórias
Enzimas
O que são enzimas?
Qual a natureza química das enzimas?
Importância das enzimas
Condições fundamentais da vida:
- O organismo deve ser capaz de autorreplicar;
- Deve ser capaz de catalisar reações químicas com eficiência e 
seletividade.
Exemplo da sacaroseExemplo da sacarose
“Extratos de 
leveduras 
podiam 
fermentar açúcar 
em álcool”
“Toda enzima é 
uma proteína”
“Ligações fracas 
entre a enzima e seu 
substrato podem ser 
usadas para catalisar 
a reação”
Como as enzimas trabalham?
As enzimas adequam o ambiente celular para que as reações 
bioquímicas ocorram.
Ou seja:
as enzimas são “facilitadores” que criam um ambiente específico no qual 
uma dada reação se torna energeticamente mais favorável.
?
Catalise química
Princípios da Catálise Enzimática
1) Aproximação e orientação do substrato
2) Saída de água
3) Estabilização do estado intermediário3) Estabilização do estado intermediário
4) Transferência de grupo
O local onde ocorre a reação é chamado de SÍTIO ATIVO.
Como as enzimas trabalham?
A molécula que se liga ao sítio ativo e sofre a ação da enzima é 
chamada de SUBSTRATO.
A função de um catalisador é aumentar a velocidade de uma reação sem 
afetar o equilíbrio da mesma.
E + S ES EP E + P
Por quê não afeta o equilíbrio???
Como as enzimas trabalham?
∆Go’ > 0 reação é termodinamicamente desfavorável;
∆Go’ < 0 reação é termodinamicamente favorável.
não indica a 
velocidade 
da reação!
Como as enzimas trabalham?
E
n
e
r
g
i
a
 
L
i
v
r
e
,
 
G
E
n
e
r
g
i
a
 
L
i
v
r
e
,
 
G
Estado de transição Estado de transição
a energia de ativação velocidade da reação.
A função de um catalisador é aumentar a velocidade de 
uma reação sem afetar o equilíbrio da mesma.
E
n
e
r
g
i
a
 
L
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v
r
e
,
 
G
E
n
e
r
g
i
a
 
L
i
v
r
e
,
 
G
Sentido da reação Sentido da reação
Estado 
fundamental Estado
fundamental
Intermediários da reação?
A energia de ligação é a maior fonte de energia livre usada pelas enzimas para baixar a 
energia de ativação das reações.
Exemplos de ligações entre enzima-substrato:
pontes de hidrogênio, ligações hidrofóbicas, 
interações iônicas e de Van der Waals.
Como as enzimas trabalham?
Esta energia de ligação também confere à enzima a ESPECIFICIDADE ao substrato.
Velocidade de reação e equilíbrio têm definições termodinâmicas precisas
Equilíbrio está ligado à variação de energia livre padrão da reação= ∆Go’
Velocidade está ligada à energia de ativação= ∆G++
R= constante dos gases=
T= temperatura absoluta= 
S P 
V = k [S]Equação da velocidade
K cte de velocidade
Equação de Velocidade
A partir da teoria do estado de transição pode-se derivar uma expressão relacionando 
a magnitude da cte de velocidade com a energia de ativação
k = KB T e-ΔG++/RT
h
KB cte Boltzmann
h cte Planck
ΔG++ Energia de ativação
A relação entre a constante de velocidade K e a energia de ativação ∆G++ é 
inversa e exponencial.
Poucos princípios são suficientes para explicar o poder catalítico e a 
especificidade das enzimas
Como as enzimas trabalham?
As interações fracas entre enzima e substrato são otimizadas no estado de 
transição
A energia de ligação contribui para a especificidade da reação e a catálise
Barreiras para a reação enzimática:
-A entropia
- A camada de solvatação
- A distorção dos substratos- A distorção dos substratos
- A necessidade de um alinhamento apropriado dos grupos 
funcionais catalíticos da enzima
As interações também conferem especificidade
O que é especificidade?
Ribonuclease
As enzimas podem ser simples ou associadas a cofatores
Íons inorgânicos:
Fe2+ Citocromo oxidase
Zn2+ Álcool desidrogenase
Mg2+ Glicose 6-fosfatase
Moléculas orgânicas (coenzimas):
GRUPO PROSTÉTICO
Quando fortemente
associadoMoléculas orgânicas (coenzimas):
FAD
Coenzima A
Tiamina pirofosfato
associado
Enzima sem cofator = apoenzima
Enzima com cofator = holoenzima
• Transferência de grupos
• Segundos substratos
Como as funcionam as coenzimas?
Algumas coenzimas são derivadas de vitaminas
Cinética enzimática
Fatores que alteram a velocidade de uma reação 
enzimática:
Cinética enzimática
Fatores que alteram a velocidade de uma reação 
enzimática:
- Temperatura 
- pH 
- [ ] enzima - [ ] enzima 
- [ ] substrato
Cinética enzimática
Fatores que alteram a velocidade de uma reação enzimática:
- Temperatura 
Qual a temperatura ideal Qual a temperatura ideal 
para a atividade de uma enzima???
Cinética enzimática
Fatores que alteram a velocidade de uma reação enzimática:
- pH 
Qual o pH ideal para a atividade de uma enzima???
Como o pH pode interferir na atividade enzimática?
Cinética enzimática
Fatores que alteram a velocidade de uma reação enzimática:
- Temperatura 
- pH 
- [ ] enzima 
- [ ] substrato- [ ] substrato
Substrato cromogênico:
A concentração de substrato altera a velocidade das reações 
catalisadas por enzimas
Velocidade inicial
Equação de Michaelis-Menten :
A relação entre a concentração do substrato e a 
velocidade da reação pode ser expressa 
quantitativamentequantitativamente
Cinética enzimática
Equação de Michaelis-Menten :
Saturação dos 
sítios-ativos
Cinética enzimática
Vo
[S]
Duplo recíproco ou Lineweaver-Burk
Quais as vantagens do 
uso do duplo recíproco 
?
Equação do duplo recíproco :
Por quê muitos substratos estão presentes em concentrações muito 
próximas aos valores de Km das enzimas correspondentes?
É uma adaptação evolucional que permite essas enzimas a se ajustarem ao
fluxo de vias metabólicas.
Por exemplo:
∆ VB
A enzima funcionando no máximo de sua atividade
∆S
V
S
∆ VB
A enzima funcionando abaixo da atividade máxima
∆ VA
∆S ∆S
V
S
Como inibir a atividade de uma enzima?
Como inibir a atividade de uma enzima?
- Temperatura?
- pH? 
- [ ] enzima? 
- [ ] substrato?
Inibição competitiva
Como ficaria este gráfico?
Inibição competitiva
Eficiência 
Vmax
Km = eficiência catalítica
Inibição não competitiva
Como ficaria este gráfico?
O I não competitivo liga-se apenas ao complexo ES!!!!!
Inibição não competitiva
Inibição Irreversível quimotripsina
Inibidores Irreversíveis “Envenenam” Enzimas!!!!!!
• Físico
• [ ] do substrato
• [ ] da enzima
• Expressão gênica
Mecanismos Regulatórios
• Expressão gênica
• Alosterismo
• Modificações covalentes
• Ativação enzimática
Mecanismos Regulatórios
• Físico
• A enzima e o seu substrato devem estar no mesmo compartimento
celular. (compartimentalização).
As reações catabólicas e anabólicas
ocorrem geralmente em diferentes
compartimentos celulares. Por
exemplo, o catabolismo de ác. graxos
ocorre nas mitocôndrias e a síntese
de ác. graxos ocorre no citosol.
Concentração do substrato
Concentração da 
enzima
• Assim como qualquer outra proteína a concentração celular de uma 
enzima vai depender das taxas de síntese (ks) e degradação (kdeg)
Enzima
ks kdeg
AA
Kdeg
KS[enzima] =
Atividade catalítica
• Controle alostérico
• Proteínas alostéricas são aquelasque adquirem diferentes conformações
induzidas pela ligação de moduladores. O mesmo conceito se aplica para as
enzimas.
•Os moduladores podem ser tanto inibidores como estimuladores.
Homotrópico e heterotrópico
Modelo de alosterismo: aspartato transcarbamilase (ATCase)
Reação da ATCase. A enzima catalisa a condensação do carbamil fosfato e o
aspartato para formar o N-carbamilaspartato, na síntese dos nucleotídeos de
pirimidina.
Síntese de 
nucleotídeos
A
B
Carbomil fosfato Aspartato
E1: ATCase
E2
E3
Inibição por retroalimentação ou 
retroinibição 
•não se liga no sítio ativo, mas em 
um sítio regulatório
C
D
CTP
E4
E5
um sítio regulatório
• Inibição do tipo alostérica
Modificações covalentes
Fosforilação
Adenilação
Uridilação
ADP-ribosilação
Metilação
Fosforilação
Proteínas quinases catalisam a adição de um grupo fosfato a resíduo de Ser, Thr ou Tyr,
introduzindo um grupo volumoso e carregado em uma região que era apenas moderadamente polar.
Desfosforilação
Proteínas fosfatases catalisam a remoção de um grupo fosfato a resíduo de Ser, Thr ou Tyr.
Regulação por proteólise de um precursor enzimático:
- Digestão de proteínas no TGI
- Coagulação sanguínea
- Apoptose
-Regulação hormonal
Ativação de zimogênios por clivagem proteolítica
A regulação por meio de uma quebra proteolítica é irreversível!!!!