aula 5 -Enzimas

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

1
ENZIMAS
 2
O que são as enzimas?
 As enzimas são encontradas na 
natureza.
São catalisadores naturais na 
forma de proteínas. 
Catalisam reações bioquímicas nas 
células dos organismos vivos.
Longas cadeias de aminoácidos.
SÃO SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS BEM 
DEFINIDAS
 3
ENZIMAS - HISTÓRICOENZIMAS - HISTÓRICO
 Início séc. XIX → Catálise biológica 
digestão da carne: estômago; do amido: saliva.
 Década de 50 → Descoberta → Louis Pasteur
Fermentação do açúcar em álcool por leveduras catalisada 
por “fermentos”.
 1897 → Eduard Buchner: atividade mmo qdo removidas 
da célula.
  1926 → James Sumner → “todas as enzimas são 
proteínas”.
  Séc XX (década de 50): evidenciado caráter proteico.
 75 enzimas → isoladas e cristalizadas;
 Hoje + de 2000 enzimas conhecidas.
 4
ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAISENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS
 Altamente específicas;
 Produtos naturais biológicos;
 Reações baratas e seguras;
 Altamente eficientes e econômicas → 
aceleram velocidade das reações (108 a 1011 + 
rápidas) → ↓ energia de ativação;
 Não são tóxicas.
 5
ENZIMAS – NOMENCLATURA E ENZIMAS – NOMENCLATURA E 
CLASSIFICAÇÃOCLASSIFICAÇÃO
 Século XIX - poucas enzimas identificadas. 
 6
ENZIMAS – NOMENCLATURA
 1955 - Comissão de Enzimas da União 
Internacional de Bioquímica (IUB) → nomear 
e classificar.
 Cada enzima → código c/ 4 dígitos que 
caracteriza o tipo de reação catalisada:
1° dígito - classe
2° dígito - subclasse
3° dígito - sub-subclasse
4° dígito - indica o substrato
 
 7
 
 - Geral → Sufixo ”ASE” ao nome do substrato: 
* gorduras (=lipo) – LIPASE
* amido (=amylon) – AMILASE
 * proteína – PROTEASE
 * Lactose – LACTASE
 * Hidrólise do ATP – ATPase
 * Ligação peptídica – PEPTIDASE
 * Ligação glicosídica - GLICOSIDASE
 - Nomes arbitrários:
* Tripsina e pepsina – proteases
 
ENZIMAS – NOMENCLATURA
 8
CLASSES DE ENZIMASCLASSES DE ENZIMAS
 9
ENZIMAS – CLASSIFICAÇÃO
 Subclasses
Exemplos de
Subclasses
Tipo de reação catalisada Classe
Hidratases Adicionam H2O à ligas duplas Liases
Quinases Transferem fosforilas do ATP Transferase
Mutases Movem fosforilas dentro da
mesma molécula
Isomerase
Sintases Síntese independente de ATP Transferases
Sintetases Síntese dependente de ATP Ligases
 10
Enzimas - Classificação
AH2 + B A + BH2
Exemplo Ácido Lático Desidrogenase
COOH NADH NADox COOH
  
CO H-C- OH
  
CH3 CH3
Ácido Pirúvico Ácido Lático
1. Oxirredutases – transferência de elétrons
Lactato desidrogenase
 11
Enzimas - Classificação
1. Oxirredutases – transferência de elétrons
Etanol Acetaldeído
 12
Enzimas - 
Classificação
Exemplo: Hexoquinase 
2. Transferases 
 transferência de grupos 
 13
Enzimas - Classificação
Exemplo: Aminotransferase
2. Transferases - transferência de grupos 
 14
Enzimas - Classificação
3. Hidrolases - reações de hidrólise 
Lactose
H2O Glicose + Galactose
Exemplo: Lactase
 15
Enzimas - Classificação
4. Liases – 
adição ou remoção 
de grupos (H2O, 
NH4+, CO2).
Ex: Fumarase
 16
Enzimas - Classificação
5. Isomerase – transferência de grupos dentro da mesma 
 
 molécula, formação de isômeros
Triose Phosphate
Isomerase
 17
Enzimas - Classificação
6. Ligases – reações de síntese com consumo de 
ATP
Exemplo: Piruvato carboxilase
 18
ENZIMAS – NOMENCLATURA
ADP + D-Glicose-6-fosfatoATP + D-Glicose
IUB - ATP:glicose fosfotransferase
E.C. 2.7.1.1E.C. 2.7.1.1
22 - - classe - Transferase
7 - subclasse - Fosfotransferase 
1 - sub-subclasse - Fosfotransferase que usa grupo 
hidroxila como receptor
1 - indica ser a D-glicose o receptor do grupo fosfato
Nome comum: HexoquinaseNome comum: Hexoquinase
 19
ENZIMAS - FUNÇÃO
� Catalisam reações que ocorrem nas vias 
metabólicas.
� Atuam na degradação das moléculas dos 
nutrientes. Energia química liberada é 
conservada na forma de ATP.
� Atuam na síntese de macromoléculas a partir 
de precursores simples.
 20
 LOCALIZAÇÃO:
Algumas enzimas são armazenadas nos 
lisossomos ou vacúolos, nas 
mitocôndrias ou no citoplasma.
 Por quê?
•Isolar enzima do substrato ou produto;
•Ambiente adequado à catálise;
•Organização.
 21
 Poucas formadas por 1 mol. protéica → 
MONOMÉRICAS → peso molecular baixo. 
 OLIGOMÉRICAS → + de 2 cadeias 
polipeptídicas → iguais ou não. 
 Maioria → associada a uma estrutura não 
AA. 
 ESTRUTURA:ESTRUTURA:
 22
MECANISMO DE AÇÃO 
ENZIMÁTICA
 23
ENZIMAS – CATALISADORES
Aceleram reações químicas
Ex: Decomposição do H2O2 
Condições da Reação Energia livre de Ativação
KJ/mol Kcal/mol
Velocidade
Relativa
Sem catalisador
Enzima Catalase
 75,2 18,0
 23,0 5,5
1
 6,51 x 108
H2O2 H2O O2+
Catalase
 24
ENZIMAS – CATALISADORES
Não são consumidas na reação
H2O2 H2O O2+
Catalase
E E ++ SS EE ++ PP
 25
ENZIMAS – CATALISADORES
Atuam em pequenas concentrações 
1 molécula de Catalase
 decompõe
5.000.000 de moléculas 
de H2O2
pH = 6,8 em 1 min
Número de renovação = n° de moléculas de 
substrato convertidas em produto/1 única mol. de 
enzima/unidade de tempo.
 26
ENZIMAS – CATALISADORES
 Não alteram o estado de equilíbrio
• Diminuem a energia de ativação.
Diferença entre
a energia livre 
de S e P
Caminho da Reação
Energia de ativação c/ enzima
En
er
gi
a Energia de ativação s/ enzima
SS
PP
 27
ENZIMAS – 
COMPONENTES DA REAÇÃO
EE ++ SS EE SS P P + + EE
Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO
da enzima
 28
ENZIMAS – ESTRUTURA – SÍTIO ATIVO
 Região da molécula enzimática que participa 
da reação c/ substrato.
 Pode ter componentes não protéicos: cofatores, 
grupos prostéticos (lig. forte), coenzimas (lig. fraca).
Porção protéica
APOENZIMA
Grupo 
Prostético(+)/coenzima(-)
Cofator holoenzimaholoenzima
íons metálicos
 29
COFATORES ENZIMÁTICOS
� Algumas p/ terem atividade catalítica 
precisam de grupos químicos 
adicionais → cofatores.
� Cofatores podem ser:
� íons inorgânicos → fazem a 
aproximação.
� moléculas orgânicas complexas
 30
ENZIMAS – COFATORENZIMAS – COFATOR
 Algumas enzimas que necessitam de 
elementos inorgânicos como cofatores
ENZIMA COFATOR
PEROXIDASE Fe+2 ou Fe+3
CITOCROMO OXIDASE Cu+2
ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn+2
HEXOQUINASE Mg+2
UREASE Ni+2
 31
ENZIMAS – COENZIMAS
Coenzima Abreviatura Reação
catalisada
Origem
Nicotinamida adenina
dinucleotídio
NAD+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Nicotinamida adenina
dinucleotídio fosfato
NADP+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Flavina adenina
dinucleotídio
FAD Oxi-redução Riboflavina ou
Vitamina B2
 Cofator org necessário à ativ. de algumas enzimas.
 Maioria vem de vitaminas hidrossolúveis.
 Classificam-se em:
- transportadoras de hidrogênio
- transportadoras de grupos químicos
 Transportadoras de hidrogênio
 32
ENZIMAS – COENZIMAS
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 
 
 Transportadoras de grupos químicos
 33
ENZIMAS – ENZIMAS – 
LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATOLIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO
 Michaelis & Menten (1913): grande 
especificidade das enzimas → Modelo da 
Chave-Fechadura → enzima possui sítio ativo 
complementar ao substrato. 
 34
ENZIMAS – ENZIMAS – 
LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATOLIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO
 Koshland (1958): Encaixe Induzido → enzima 
e substrato sofrem conformação p/ o encaixe → 
substrato assume conformação exata.
 35
 CENTRO ATIVO → parte da estrutura da 
enzima q se liga ao substrato.
 Região que não faz parte do centro ativo, 
mas que, ao se modificar, altera forma do 
centro ativo → CENTRO ALOSTÉRICO. 
 Compostos que atuam sobre o centro 
alostérico → melhoram atuação do centro 
ativo → EFETORES ALOSTÉRICOS 
POSITIVOS. Os que fazem o contrário → 
NEGATIVOS.
 Centro alostérico não existe em todas as 
enzimas → enzimas alostéricas ou não-
alostéricas. 
 36
 Alostéricas → controlam a transformação 
de um S e, qdo ele precisa ser gasto, 
elas atuam bem. 
 não-alostéricas → funcionam sempre c/ mma 
eficiência, dependendo da [S] ou da [P] → 
obedecem leis do equilíbrio dinâmico → + S 
→ + transformação em P, quanto + P → - 
enzima gasta o S p/ gerar o mesmo P. 
 37
ATIVIDADE ENZIMÁTICA:
 38
ENZIMAS – 
ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Fatores que alteram a velocidade de reações 
enzimáticas:
- sais e solventes;
- pH;
- temperatura;
- concentração da enzima;
- concentração do substrato;
- presença de inibidores.
 Enzima pura, em condições para máxima 
velocidade da reação → ↑ [S] de modo a permitir 
que toda a enzima [E] ⇒ [ES].
 39
 [sais] pode influenciar na conformação final 
da enzima. 
 Meio aquoso → água, sais e enzimas → 
interação → forma final da enzima → pronta 
p/ atuar sobre substrato.
 Alteração da [sais] → altera equilíbrio entre 
constituintes → altera conformação da 
enzima.
ENZIMAS – INFLUÊNCIA 
DOS SAIS E SOLVENTES
 40
ENZIMAS – 
INFLUÊNCIA DO pH
Varia estado de ionização dos componentes do 
sistema a medida que muda o pH. 
Enzimas → grupos ionizáveis, existem em ≠s 
estados de ionização.
 41
ENZIMAS – 
INFLUÊNCIA DO pH
ENZIMA pH ÓTIMO
Pepsina 1,5
Tripsina 7,7
Catalasa 7,6
Arginasa 9,7
Fumarasa 7,8
 42
ENZIMAS – 
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
 ↑ temperatura:
(a) ↑ a taxa de reação → como na maioria das 
reações químicas.
 Enzima → Tº ótima p/ 
atividade máxima → Tº 
máxima na qual enzima 
possui atividade cte por 
um período de tempo.
 43
ENZIMAS – 
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
 Acima da Tº ótima → o ↑ da velocidade da reação 
devido a temperatura é compensado pela perda de 
atividade catalítica devido à desnaturação térmica.
ENZIMA TEMPERATURA ÓTIMA 
(°C)
Pepsina 31,6
Tripsina 25,5
Urease 20,8
 44
ENZIMAS – 
INFLUÊNCIA DA [S]
 [S] varia durante o curso da reação à medida que S 
é convertido em P.
vo
[S]
Vmax
[E] = cte.
[S] pequenas → Vo ↑ linearmente.
[S] maiores → Vo ↑ por 
incrementos cada vez menores.
Vmax → [S]↑ → Vo↑ 
insignificantes.
Vmax é atingida → E estiver na 
forma ES e a [E] livre é 
insignificante.
 Velocidade de transformação do S em P proporcional 
qdade de E.
 45
CINÉTICA ENZIMÁTICA:
 46
ENZIMAS – 
CINÉTICA ENZIMÁTICA
 Cinética Enzimática:Cinética Enzimática:
 Determinar afinidade da E pelo S e pelos 
inibidores;
 Conhecer condições ótimas da catálise;
 Ajudar a elucidar os mecanismos de 
reação;
 Determinar a função de uma enzima em 
uma rota metabólica.
 Victor Henri (1903): E E ++ S S ⇔⇔ EES S ⇔⇔ P P + + EE
 47
ENZIMAS – ENZIMAS – 
INIBIÇÃO ENZIMÁTICAINIBIÇÃO ENZIMÁTICA
 Qualquer substância que reduza a velocidade 
de uma reação enzimática.
INIBIDORES
REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS
COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxx
 48
 Inibidores reagem quimicamente c/ 
enzima.
 Inativação praticamente irreversível.
 Organofosforados: ligação covalente c/ 
OH dos resíduos da serina;
 Penicilina: ligação específica c/ enzimas 
responsáveis pela síntese da parede 
bacteriana.
ENZIMAS – 
INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL
 49
INIBIÇÃO REVERSÍVEL COMPETITIVA: 
substrato e inibidor competem p/ mesmo 
Sítio:
→ zero
 50
INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA: 
substrato e inibidor competem p/ 
sítios ≠s; 
inibidor somente liga ao complexo 
ES
 51
ENZIMAS – APLICAÇÕES
 Enzimas utilizadas em rações p/ aves
Melhora a utilização de gorduras animais e vegetais Lipídios e 
ácidos graxos 
Lipases 
Remoção de Galactosídios Galactosídios Galactosidase
Melhora a utilização do fósforo dos vegetais. 
Remoção do ácido fítico. 
Ácido fítico Fitase 
Degradação mais eficiente do amido. Amido Amilases 
Suplementação das enzimas endógenas. Degradação 
mais eficiente de proteínas. 
Proteínas Proteases 
Degradação da celulose e liberação de nutrientes Celulose Celulases 
Redução da viscosidade da digesta. Pectinas Pectinases 
Redução da viscosidade da digesta. Menor umidade 
na cama. 
β-glucanos Glucanases 
Redução da viscosidade da digesta. Arabinoxilanas Xilanase 
Efeitos Substrato Enzima 
 52
ENZIMAS – APLICAÇÕES
Tratamento de efluentes
 Substituem muitos componentes químicos 
utilizados nos processos industriais atuais
↓
 Preocupação ambiental → procura por 
outras alternativas → chamadas "tecnologias 
limpas“. 
 53
ENZIMAS – APLICAÇÕES
 Enzimas utilizadas em tratamento de efluentes
Enzima e fonte Poluentes e efluentes
Azorredutase (Pseudomonas luteola) Indústria de tinta
Catalase (Baccilus sp.) Remoção de H2O2 presente em efluentes de 
branqueamento de tecidos
Polifosfatase e Fosfotransferase Remoção de fosfato biológico de efluentes
Protease pronase (Pseudomonas aeruginosa) Inativação de vírus de efluentes, para reutilização da 
água
Naftaleno-dioxigenase Remoção de naftaleno
 54
ENZIMAS – APLICAÇÕES
Indústria de álcool;
Indústria de detergentes;
Indústria têxtil;
Indústria de papel e celulose;
Curtumes;
Produção de ácido cítrico, ácido glutâmico, 
insulina, vacinas, vitaminas e antibióticos;
Biorremediação.
	Slide 1
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6
	Slide 7
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
	Slide 14
	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24
	Slide 25
	Slide 26
	Slide 27
	Slide 28
	Slide 29
	Slide 30
	Slide 31
	Slide 32
	Slide 33
	Slide 34
	Slide 35
	Slide 36
	Slide 37
	Slide 38
	Slide 39
	Slide 40
	Slide 41
	Slide 42
	Slide 43
	Slide 44
	Slide 45
	Slide 46
	Slide 47
	Slide 48
	Slide 49
	Slide 50
	Slide 51
	Slide 52
	Slide 53
	Slide 54