Enzima (2)

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Enzima (2)

  1. 1. Enzimas Juliana P. de Castro
  2. 2. ENZIMAS <ul><li>Definição: </li></ul><ul><ul><li>Catalisadores biológicos, sem alteração delas próprias; </li></ul></ul><ul><ul><li>Longas cadeias de pequenas moléculas de aminoácidos. </li></ul></ul>Aminoácidos: H R C* COOH NH2
  3. 3. <ul><li>Função: </li></ul><ul><ul><li>Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou juntando-as para formar novos compostos. </li></ul></ul><ul><li>Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS , todas as enzimas são PROTEÍNAS . </li></ul><ul><li>OBS!!! Ribozimas catalisam certas reações químicas, como a formação das ligações peptídicas na síntese das proteínas. </li></ul>ENZIMAS
  4. 4. ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS <ul><li>Moléculas polipeptídicas grandes, enroladas sobre si mesmas, formando um glóbulo com um “encaixe”. </li></ul><ul><li>Proteínas especializadas na catálise de reações biológicas. </li></ul><ul><li>Estão entre as biomoléculas mais notáveis devido a sua especificidade e poder catalítico, que são muito superiores aos dos catalisadores produzidos pelo homem. </li></ul><ul><li>Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas. </li></ul>
  5. 5. ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS <ul><li>Apresentam alto grau de especificidade; </li></ul><ul><li>São produtos naturais biológicos; </li></ul><ul><li>São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações (10 3 a 10 8 + rápida); </li></ul><ul><li>São econômicas, reduzindo a energia de ativação </li></ul><ul><li>Não são tóxicas; </li></ul><ul><li>Condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do solvente e força iônica. </li></ul>
  6. 6. <ul><li>Propriedades: São catalisadores protéicos que aumentam a velocidade de uma reação química e não são consumidos durante a reação. </li></ul><ul><li>Eficiência catalítica: É grande, é capaz de tranformar 100 a 1000 moléculas substrato em produto/segundo (número de renovação ou turnover ou K cat ). </li></ul>ENZIMAS
  7. 7. ENZIMAS <ul><li>Localização: Organelas específicas. </li></ul><ul><li>Esta compartimentalização serve para isolar o substrato ou produtos de outras reações competitivas. </li></ul>
  8. 8. Reação Catalisada por uma Enzima: <ul><li>Substrato (S) Produto (P) </li></ul><ul><li>Substrato é molécula sobre a qual a enzima atua, que se transforma em um produto da reação </li></ul><ul><li>Regulação: Enzimas podem ser ativadas ou inibidas de modo que a velocidade de formação do produto é adequado para o momento. </li></ul>Enzima (E)
  9. 10. ENZIMAS
  10. 11. ENZIMAS
  11. 12. ENZIMAS - Classificação 1. Oxidorredutases - São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. São as Desidrogenases e as Oxidases. + NAD + Lactato desidrogenase + NADH + H [O] [R]
  12. 13. ENZIMAS - Classificação 2. Transferases - Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos contendo C, N e P. Serina hidroxi-metil transferase H 2 O CH 2 – COO - + THF CH 2 NH 3 + Glicina CH 2 – CH – COO - + THF (tetraidrofolato) OH NH 3 + Serina
  13. 14. ENZIMAS - Classificação 3. Hidrolases - Catalisam quebra de ligações pela adição da água. Ex: urease. NH 2 – C – NH 2 + H 2 O O Ureia CO 2 + 2NH 3 Urease
  14. 15. <ul><li>4. Liases - Catalisam a quebra de ligações C-C, C-S e certas ligações C-N. As Dehidratases e as Decarboxilases são bons exemplos. </li></ul>ENZIMAS - Classificação Acetaldeído CH 3 – C + CO 2 O CH 3 – C – COO - O Piruvato Piruvato decarboxilase
  15. 16. <ul><li>5. Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros). As Epimerases são exemplos. </li></ul>ENZIMAS - Classificação CH 3 OOC – CH – C – CoA O Metilmaionil CoA OOC – CH 2 - CH 2 – C – CoA O Succinil CoA Metilmaionil CoA mutase - -
  16. 17. <ul><li>6. Ligases - Catalisam a formação de ligaçãoes entre carbono e O, S, N, acoplados a hidrólise de fosfatos de alta energia. </li></ul>ENZIMAS - Classificação CH 3 – C – COO - + CO 2 HOOC – CH 2 – C – COO - O O Piruvato Oxaloacetato Piruvato carboxilase ATP ADP + Pi
  17. 18. <ul><li>Especificidade: Interagem com um ou poucos substratos e catalisam poucos tipos de reação; </li></ul>ENZIMAS
  18. 19. <ul><li>“ A especificidade reside em uma cavidade ou fenda de ligação ao substrato situada na superfície da proteína enzimática ( sítio ativo )” </li></ul><ul><li>Sítio ativo : sítio de ligação do substrato. </li></ul><ul><ul><li>Fenda que contém cadeias laterais de aminoácidos que criam superfície tridimensional complementar ao substrato. Liga-se ao substrato e depois é convertido em produto e, então liberado da enzima. </li></ul></ul>ENZIMAS
  19. 21. <ul><li>Modelo Chave/Fechadura : prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura. </li></ul>ENZIMAS
  20. 22. <ul><li>Modelo do Ajuste Induzido: prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato; </li></ul>ENZIMAS
  21. 23. Ação das Enzimas
  22. 24. 1. Efeitos de proximidade e orientação: substrato se aproxima da enzima específica por uma orientação espacial apropriada; 2. Catálise eletrostática (por íons metálicos): A distribuição de cargas no sítio ativo pode influenciar a reatividade química do substrato; 3. Catálise ácido-básica: os grupos químicos podem se tornar mais reativos pela adição ou remoção de prótons. Os sítios ativos das enzimas podem atuar como doadores ou receptores de prótons; 4. Catálise covalente: Formação de ligação covalente transitória entre enzima-substrato. ENZIMAS – Mecanismos catalíticos
  23. 25. ENZIMAS – Holoenzimas <ul><li>Algumas enzimas além do sítio ativo, tem um sítio alostérico para ligação de moléculas específicas ( Co-fatores ou coenzima ) que aumentam ou reduz a atividade enzimática. </li></ul>
  24. 26. <ul><li>Coenzimas - moléculas orgânicas (vindos em geral de vitaminas como NAD + , FAD, coenzima A). </li></ul>ENZIMAS – Holoenzimas
  25. 27. <ul><li>Cofator - são colaboradores não protéicos necessários para a atividade da enzima. Podem ser íons metálicos (Zn +2 , Fe +2 ). </li></ul>ENZIMAS – Holoenzimas
  26. 28. Como Funcionam as enzimas <ul><li>Alterações de energia que ocorre durante a reação: </li></ul><ul><li>1. Energia Livre de ativação – barreira energética que separa reagentes e produtos; </li></ul>Energia livre de ativação (catalizada) Energia livre de ativação (não-catalizada)
  27. 29. <ul><li>Cont. Alterações de energia que ocorre durante a reação: </li></ul><ul><li>2. Velocidade da reação – necessita de energia suficiente para superar a barreira de energia do estado de transição; </li></ul><ul><li>3. Rota Alternativa de reação – uma enzima permite uma reação mais rápida em uma rota alternativa com menor energia de ativação </li></ul>Como Funcionam as enzimas
  28. 30. <ul><ul><li>Concentração da enzima: </li></ul></ul><ul><li>A velocidade inicial da reação é em função da quantidade de enzima disponível. </li></ul><ul><ul><li>Concentração do substrato: </li></ul></ul><ul><li>Determina a velocidade máxima da reação; </li></ul><ul><li>Quanto mais substratos mais irá saturar o sítio ativo das enzimas e chega a um ponto que não ocorre o aumento da velocidade da reação. </li></ul>Fatores que influenciam a atividade enzimática
  29. 31. Cinética enzimática <ul><li>É o estudo do mecanismo pelo qual as enzimas ligam substratos e os transformam em produtos </li></ul>
  30. 32. Equação de Michaelis-Menten <ul><li>modelo da cinética de Michaelis-Menten </li></ul><ul><li>E + S ES E + P </li></ul><ul><li>K 1 e K 2 = contante de velocidade </li></ul><ul><li>Equação: Descreve como a velocidade da reação varia de acordo com a concentração do substrato. </li></ul><ul><li>V 0 = V max [S] </li></ul><ul><li>K m + [S] </li></ul><ul><li>V 0 = velocidade inicial de reação </li></ul><ul><li>V max = velocidade máxima </li></ul><ul><li>K m = constante de Micaelis = (K 1 +K 2 K 1 ) </li></ul><ul><li>[S] = concentração do substrato </li></ul>K 1 K 1 K 2
  31. 33. Conclusões importantes sobre a cinética de Michaelis-Menten <ul><li>K m reflete a afinidade da enzima ao substrato; </li></ul><ul><li>Cada enzima possui um K m característico para um dado substrato; </li></ul><ul><li>K m é numericamente igual a [S] em que a velocidade da reação é igual a ½ V máx .; </li></ul><ul><ul><li>Um K m pequeno reflete a afinidade elevada da enzima ao substrato; </li></ul></ul><ul><ul><li>K m grande – baixa afinidade; </li></ul></ul>
  32. 34. <ul><li>Se [S] é menor do que K m a velocidade da reação é proporcional a [S]. Quando [S] maior do que K m a velocidade é igual a V max. </li></ul><ul><li>Se a [E] reduzir pela metade a velocidade inicial é reduzida pela metade; </li></ul><ul><li>A velocidade da reação que independe da [S] é chamada de ordem zero. </li></ul>Conclusões importantes sobre a cinética de Michaelis-Menten
  33. 35. Fatores que afetam a velocidade da reação <ul><li>Concentração do substrato </li></ul><ul><li>- Velocidade da reação: catalisadas por enzimas aumenta conforme a concentração do substrato (velocidade de reação ( v ) aumenta com o acréscimo de [S]. μ M/min). </li></ul><ul><li>-modelo da cinética de Michaelis-Menten de uma reação demosntra um formato hiperbólico da curva de V versus [S]. </li></ul>
  34. 36. <ul><li>Temperatura </li></ul>Fatores que afetam a velocidade da reação Cada tipo de enzima atua em uma temperatura própria; quando a velocidade é máxima sem desnaturar a enzima; Enzimas humanas: 30 e 40ºC; Bactérias termófilas: ± 70ºC;
  35. 37. <ul><li>Temperatura </li></ul><ul><ul><li>Aumento da atividade até o pico de velocidade ser atingido e em determinado ponto decréscimo da atividade e desnaturação da enzima </li></ul></ul>Fatores que afetam a velocidade da reação
  36. 38. <ul><li>pH </li></ul><ul><ul><li>Efeito sobre ionização do sítio ativo; </li></ul></ul><ul><ul><li>pH ótimo : ao redor de 7, próximo ao neutro; </li></ul></ul><ul><li>Exceções: </li></ul><ul><ul><li>pepsina – pH em torno de 2; </li></ul></ul><ul><ul><li>Tripsina – pH em torno de 8; </li></ul></ul>Fatores que afetam a velocidade da reação
  37. 39. <ul><ul><li>pH </li></ul></ul><ul><ul><li>Algumas em pH muito ácido ou alcalino são desnaturadas. </li></ul></ul>Fatores que afetam a velocidade da reação
  38. 40. <ul><li>“ Inibidor é qualquer substância que possa diminuir uma reação química” </li></ul><ul><li>COMPETITIVA: inibidor liga reversivelmente à enzima e compete com o substrato pelo sítio ativo </li></ul><ul><li>NÃO COMPETITIVA : Inibidor e substrato ligam-se em locais diferentes da enzima. O inibidor pode ligar-se a enzima livre ou ao ES, impedindo a reação. </li></ul>INIBIÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
  39. 43. <ul><li>Inibidores catalíticos como fármacos: </li></ul><ul><ul><li>Importantes medicamentos prescritos agem como fármacos. Exs: antibióticos β -lactâmicos, como a penicilina e amoxicilina atuam inibindo enzimas envolvidas na síntese da parede bacteriana. </li></ul></ul><ul><ul><li>Fármacos como Captopril, enalapril, lisinopril, agem inibindo enzimas conversoras de angiotensina (ECA), que diminuem a pressão sanguínea por bloquear a enzima que cliva a angiotensina I para formar um potente vasoconstrictor a angiotensina II. </li></ul></ul>INIBIÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
  40. 44. <ul><li>LIGAÇÃO ALOSTÉRICA: efetores (moduladores) ligam não covalentemente em local que não o sítio catalítico, alterando afinidade da enzima pelo substrato e/ou a atividade catalítica. Efetores negativos e positivos; </li></ul><ul><li>-Efetores homotrópicos – substrato serve como efetor; Moléculas de substrato em um sítio da enzima aumenta as propriedades catalíticas de outros sítios. Sítios exibem cooperatividade. </li></ul><ul><li>-Efetores heterotrópicos – efetor diferente do substrato; EX; a enzima fosfofrutoquinase-1 da via glicolítica é alostericamente inibiba pelo citrato, que não é substrato da reação. </li></ul>REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
  41. 45. <ul><li>MODIFICAÇÃO COVALENTE: adição ou remoção de grupos fosfato de resíduos específicos de serina, treonina e tirosina. </li></ul><ul><li>Fosforilação e desfosforilação </li></ul><ul><ul><li>Quinases e Fosfatases </li></ul></ul><ul><li>Indução ou repressão da síntese </li></ul><ul><ul><li>Leva horas para ocorrer aumento. Comum em enzimas de uso específico em uma fase ou momento (não constitutivas). </li></ul></ul>REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
  42. 46. Enzimas plasmáticas como ferramenta diagnósticas <ul><li>“ Muitas doenças resultam no acúmulo de enzimas, que podem diagnosticar doenças no coração, fígado, músculo esquelético e outros tecidos”. </li></ul><ul><li>EX: Isoenzimas e doenças cardíacas – creatina quinase (CK), lactato desidrogenase (LDH) e transaminase glutâmico oxalacética (TGO) são determinados no diagnóstico de infarto do miocárdio. </li></ul><ul><ul><li>CK2 (creatina-quinase) surge 4 a 8 horas da dor torácica e atinge seu auge em 24h. </li></ul></ul><ul><ul><li>A troponina I cardíaca aparece no plasma dentro de 4 a 6 horas após o infarto, com auge entre 8 e 28 horas, permanecendo elevada durante 3 a 10 dias. </li></ul></ul>

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