ENZIMAS 2 ENZIMAS HISTRICO Catlise biolgica incio sc

ENZIMAS

2 ENZIMAS - HISTÓRICO ûCatálise biológica início séc. XIX û digestão da carne: estômago û digestão do amido: saliva ûDécada de 50 û Louis Pasteur - concluiu que a fermentação do açúcar em álcool pela levedura era catalisada por “fermentos” = enzimas. ûEduard Buchner (1897) û extratos de levedo podiam fermentar o açúcar até álcool; û enzimas funcionavam mesmo quando removidas da célula viva.

3 ENZIMAS - HISTÓRICO ûJames Sumner (1926) û Isolou e cristalizou a urease; û Cristais eram de proteínas; û Postulou que “todas as enzimas são proteínas”. ûJohn Northrop (década 30) û Cristalizou a pepsina e a tripsina bovinas; ûDécada de 50 – séc. XX û 75 enzimas isoladas e cristalizadas; û Ficou evidenciado caráter proteico. û Atualmente - Mais de 2000 enzimas são conhecidas.

4 ENZIMAS Aminoácidos: H R C* û Definição: NH 2 û Catalisadores biológicos; û Longas cadeias de pequenas moléculas COOH chamadas aminoácidos. û Função: û Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou juntando-as para formar novos compostos. û Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS.

5 ENZIMAS – PROTEÍNA Classificação proteínas Proteínas globulares Proteínas fibrosas Estrutura das proteínas Primaria Secundaria Terciária Quaternária ENZIMAS Proteínas globulares Estrutura terciária Proteínas com alto peso molecular, maioria entre 15 a 1000 Kilo Daltons Unit (KD) OBS: 1 Dalton = 1 unidade de peso molecular (AMU)

6 ENZIMAS – ESTRUTURA Estrutura Enzimática Holoenzima Proteína Ribozimas Cofator Apoenzima ou Apoproteína RNA Pode ser: • íon inorgânico • molécula orgânica Coenzima Se covalente Grupo Prostético

7 ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS ûApresentam alto grau de especificidade; ûSão produtos naturais biológicos; ûReações baratas e seguras; ûSão altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações; ûSão econômicas, reduzindo a energia de ativação; ûNão são tóxicas; ûCondições favoráveis de p. H, temperatura, polaridade do solvente e força iônica.

8 ENZIMAS – NOMENCLATURA ûSéculo XIX - poucas enzimas identificadas - Adição do sufixo ”ASE” ao nome do substrato: * gorduras (lipo - grego) – LIPASE * amido (amylon - grego) – AMILASE - Nomes arbitrários: * Tripsina e pepsina – proteases

Enzimas – nomenclatura Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática: û Nome Recomendado: Mais simples; usa o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Ex: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc. û Nome Sistemático: Mais complexo, relata informações precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase û Nome Usual : Consagrado pelo uso. Ex: Tripsina, Pepsina, Ptialina.

Enzimas - CLASSIFICAÇÃO Oxidoredutases: São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. Ex. : Desidrogenases e Oxidases. û Se uma molécula se reduz, tem que haver outra que se oxide.

enzimas û Transferases : Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Ex. : Quinases e Transaminases

enzimas û Hidrolases : Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: Peptidases.

Enzimas û Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. Ex. : Dehidratases e Descarboxilases.

enzimas û Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. Ex. : Epimerases.

enzimas û Ligases: Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, às custas de Energia(ATP). Ex. : Sintetases.

16 ENZIMAS – CATALISADORES ûAceleram reações químicas Catalase H 2 O 2 Ex: Decomposição do H 2 O 2 Condições da Reação H 2 O + O 2 Energia livre de Ativação KJ/mol Kcal/mol Velocidade Relativa Sem catalisador 75, 2 18, 0 Platina 48, 9 11, 7 2, 77 x 104 Enzima Catalase 23, 0 5, 5 6, 51 x 108 1

17 ENZIMAS – CATALISADORES ûNão são consumidos na reação H 2 O 2 Catalase E+S H 2 O + O 2 E+P

18 ENZIMAS – CATALISADORES Energia ûNão alteram o estado de equilíbrio • Abaixam a energia de ativação; • Keq não é afetado pela enzima. ûNão apresenta efeito termodinâmico global • G não é afetada pela enzima. Diferença entre a energia livre de S e P Energia de ativação sem enzima S P Energia de ativação com enzima Caminho da Reação

19 ENZIMAS – COMPONENTES DA REAÇÃO E+S ES Substrato se liga ao SÍTIO ATIVO da enzima P+E

20 ENZIMAS – SÍTIO ATIVO ûRegião da molécula enzimática da reação com o substrato. que participa ûPode possuir componentes não protéicos: cofatores. ûPossui aminoácidos auxiliares e de contato. Porção protéica Cofator APOENZIMA Ativador: Íons inorgânicos que condicionam a ação catalítica das enzimas. Fe²+ Coenzima: molécula orgânica complexa. NAD+ HOLOENZIMA Grupamento prostético

21 ENZIMAS – COFATOR û Algumas enzimas que contêm ou necessitam de elementos inorgânicos como cofatores ENZIMA COFATOR PEROXIDASE Fe+2 ou Fe+3 CATALASE CITOCROMO OXIDASE Cu+2 ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn+2 HEXOQUINASE Mg+2 UREASE Ni+2

22 ENZIMAS – COENZIMAS û Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis û Classificam-se: - transportadoras de hidrogênio - transportadoras de grupos químicos û Transportadoras de hidrogênio

23 ENZIMAS – COENZIMAS û Transportadoras de grupos químicos

24 ENZIMAS – LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO ûEmil Fischer (1894): alto grau de especificidade das enzimas originou Chave-Fechadura , que considera que a enzima possui sitio ativo complementar ao substrato.

25 ENZIMAS – LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO ûKoshland (1958): Encaixe Induzido , enzima e o o substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição.

26 ENZIMAS – ATIVIDADE ENZIMÁTICA ûFatores que alteram a velocidade de reações enzimáticas: - p. H; - temperatura; - concentração das enzimas; - concentração dos substratos; - presença de inibidores.

27 ENZIMAS – INIBIÇÃO ENZIMÁTICA û Qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática. INIBIDORES REVERSÍVEIS COMPETITIVOS IRREVERSÍVEIS NÃO COMPETITIVOS INCOMPETITIVOS

28 ENZIMAS – INIBIÇÃO COMPETITIVA û Inibidor competitivo concorre com o S pelo sitio ativo da E livre. û I análogo não metabolizável, derivado de um S verdadeiro, S substituto da E ou um P da reação. I compostos com estrutura molecular lembra S afinidade da enzima pelo substrato [substrato] necessária para obter a mesma [ES] Km aparente da enzima

29 ENZIMAS – INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA û Inibidor não-competitivo se liga reversivelmente, aleatória e independentemente em um sítio que lhe é próprio. I não tem semelhança estrutural com o S [substrato] não diminui a inibição Km da enzima NÃO se altera Vmax na presença do inibidor

30 ENZIMAS – INIBIÇÃO INCOMPETITIVA û Inibidor incompetitivo se liga reversivelmente, em um sítio próprio, ao complexo ES. I não tem semelhança estrutural com o S I favorece a formação do ES Km e Vmax da enzima

31 ENZIMAS – INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL û I se combina com um grupo funcional, na molécula da E, que é essencial para sua atividade. û Podem promover a destruição do grupo funcional û Forma-se uma ligação COVALENTE entre o I e a E. û Vmax parte da E é completamente removida do sistema e Km permanece a mesma. E+S + I EI K 1 ES K 2 E+P

32 ENZIMAS – ENZIMAS REGULATÓRIAS û Enzimas alostéricas ûFuncionam através da ligação não-covalente e reversível de um metabólito regulador chamado modulador; ûModuladores podem ser inibidores ou ativadores; ûSão maiores e mais complexas, possuem duas ou mais cadeias polipeptídicas. û Enzimas reguladas pela modificação covalente reversível ûGrupos químicos são ligados covalentemente e removidos da enzima reguladora por enzimas ≠, podem ser: fosfato, adenosina monofosfato, grupos metil, etc.

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34 QUESTÕES 1. Porque diz-se que a ação enzimática diminui o tempo de energia de ativação do organismo? 2. Cada enzima temperatura de atuação e a sua velocidade. Isto é correto? Justifique sua resposta. 3. Podemos dizer que sem a ação enzimática o substrato tende a aumentar no corpo e o produto faltar? O que isto representa para o corpo?