1) Enzimas são catalisadores biológicos feitos de proteínas que aceleram reações químicas sem serem consumidas no processo. 2) Enzimas atuam com alta especificidade e eficiência em reações metabólicas, podendo catalisar centenas de reações por segundo. 3) A cinética enzimática descreve como fatores como concentração de substrato e temperatura afetam a velocidade da reação catalisada pela enzima.

1. Enzimas Juliana P. de Castro

2. ENZIMAS Definição: Catalisadores biológicos, sem alteração delas próprias; Longas cadeias de pequenas moléculas de aminoácidos. Aminoácidos: H R C* COOH NH2

3. Função: Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou juntando-as para formar novos compostos. Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS , todas as enzimas são PROTEÍNAS . OBS!!! Ribozimas catalisam certas reações químicas, como a formação das ligações peptídicas na síntese das proteínas. ENZIMAS

4. ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS Moléculas polipeptídicas grandes, enroladas sobre si mesmas, formando um glóbulo com um “encaixe”. Proteínas especializadas na catálise de reações biológicas. Estão entre as biomoléculas mais notáveis devido a sua especificidade e poder catalítico, que são muito superiores aos dos catalisadores produzidos pelo homem. Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas.

5. ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS Apresentam alto grau de especificidade; São produtos naturais biológicos; São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações (10 3 a 10 8 + rápida); São econômicas, reduzindo a energia de ativação Não são tóxicas; Condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do solvente e força iônica.

6. Propriedades: São catalisadores protéicos que aumentam a velocidade de uma reação química e não são consumidos durante a reação. Eficiência catalítica: É grande, é capaz de tranformar 100 a 1000 moléculas substrato em produto/segundo (número de renovação ou turnover ou K cat ). ENZIMAS

7. ENZIMAS Localização: Organelas específicas. Esta compartimentalização serve para isolar o substrato ou produtos de outras reações competitivas.

8. Reação Catalisada por uma Enzima: Substrato (S) Produto (P) Substrato é molécula sobre a qual a enzima atua, que se transforma em um produto da reação Regulação: Enzimas podem ser ativadas ou inibidas de modo que a velocidade de formação do produto é adequado para o momento. Enzima (E)

10. ENZIMAS

11. ENZIMAS

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]

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

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

15. 4. Liases - Catalisam a quebra de ligações C-C, C-S e certas ligações C-N. As Dehidratases e as Decarboxilases são bons exemplos. ENZIMAS - Classificação Acetaldeído CH 3 – C + CO 2 O CH 3 – C – COO - O Piruvato Piruvato decarboxilase

16. 5. Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros). As Epimerases são exemplos. ENZIMAS - Classificação CH 3 OOC – CH – C – CoA O Metilmaionil CoA OOC – CH 2 - CH 2 – C – CoA O Succinil CoA Metilmaionil CoA mutase - -

17. 6. Ligases - Catalisam a formação de ligaçãoes entre carbono e O, S, N, acoplados a hidrólise de fosfatos de alta energia. ENZIMAS - Classificação CH 3 – C – COO - + CO 2 HOOC – CH 2 – C – COO - O O Piruvato Oxaloacetato Piruvato carboxilase ATP ADP + Pi

18. Especificidade: Interagem com um ou poucos substratos e catalisam poucos tipos de reação; ENZIMAS

19. “ A especificidade reside em uma cavidade ou fenda de ligação ao substrato situada na superfície da proteína enzimática ( sítio ativo )” Sítio ativo : sítio de ligação do substrato. 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. ENZIMAS

21. Modelo Chave/Fechadura : prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura. ENZIMAS

22. Modelo do Ajuste Induzido: prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato; ENZIMAS

23. Ação das Enzimas

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

25. ENZIMAS – Holoenzimas 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.

26. Coenzimas - moléculas orgânicas (vindos em geral de vitaminas como NAD + , FAD, coenzima A). ENZIMAS – Holoenzimas

27. Cofator - são colaboradores não protéicos necessários para a atividade da enzima. Podem ser íons metálicos (Zn +2 , Fe +2 ). ENZIMAS – Holoenzimas

28. Como Funcionam as enzimas Alterações de energia que ocorre durante a reação: 1. Energia Livre de ativação – barreira energética que separa reagentes e produtos; Energia livre de ativação (catalizada) Energia livre de ativação (não-catalizada)

29. Cont. Alterações de energia que ocorre durante a reação: 2. Velocidade da reação – necessita de energia suficiente para superar a barreira de energia do estado de transição; 3. Rota Alternativa de reação – uma enzima permite uma reação mais rápida em uma rota alternativa com menor energia de ativação Como Funcionam as enzimas

30. Concentração da enzima: A velocidade inicial da reação é em função da quantidade de enzima disponível. Concentração do substrato: Determina a velocidade máxima da reação; 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. Fatores que influenciam a atividade enzimática

31. Cinética enzimática É o estudo do mecanismo pelo qual as enzimas ligam substratos e os transformam em produtos

32. Equação de Michaelis-Menten modelo da cinética de Michaelis-Menten E + S ES E + P K 1 e K 2 = contante de velocidade Equação: Descreve como a velocidade da reação varia de acordo com a concentração do substrato. V 0 = V max [S] K m + [S] V 0 = velocidade inicial de reação V max = velocidade máxima K m = constante de Micaelis = (K 1 +K 2 K 1 ) [S] = concentração do substrato K 1 K 1 K 2

33. Conclusões importantes sobre a cinética de Michaelis-Menten K m reflete a afinidade da enzima ao substrato; Cada enzima possui um K m característico para um dado substrato; K m é numericamente igual a [S] em que a velocidade da reação é igual a ½ V máx .; Um K m pequeno reflete a afinidade elevada da enzima ao substrato; K m grande – baixa afinidade;

34. 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. Se a [E] reduzir pela metade a velocidade inicial é reduzida pela metade; A velocidade da reação que independe da [S] é chamada de ordem zero. Conclusões importantes sobre a cinética de Michaelis-Menten

35. Fatores que afetam a velocidade da reação Concentração do substrato - 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). -modelo da cinética de Michaelis-Menten de uma reação demosntra um formato hiperbólico da curva de V versus [S].

36. Temperatura 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;

37. Temperatura Aumento da atividade até o pico de velocidade ser atingido e em determinado ponto decréscimo da atividade e desnaturação da enzima Fatores que afetam a velocidade da reação

38. pH Efeito sobre ionização do sítio ativo; pH ótimo : ao redor de 7, próximo ao neutro; Exceções: pepsina – pH em torno de 2; Tripsina – pH em torno de 8; Fatores que afetam a velocidade da reação

39. pH Algumas em pH muito ácido ou alcalino são desnaturadas. Fatores que afetam a velocidade da reação

40. “ Inibidor é qualquer substância que possa diminuir uma reação química” COMPETITIVA: inibidor liga reversivelmente à enzima e compete com o substrato pelo sítio ativo 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. INIBIÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA

43. Inibidores catalíticos como fármacos: Importantes medicamentos prescritos agem como fármacos. Exs: antibióticos β -lactâmicos, como a penicilina e amoxicilina atuam inibindo enzimas envolvidas na síntese da parede bacteriana. 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. INIBIÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA

44. 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; -Efetores homotrópicos – substrato serve como efetor; Moléculas de substrato em um sítio da enzima aumenta as propriedades catalíticas de outros sítios. Sítios exibem cooperatividade. -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. REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA

45. MODIFICAÇÃO COVALENTE: adição ou remoção de grupos fosfato de resíduos específicos de serina, treonina e tirosina. Fosforilação e desfosforilação Quinases e Fosfatases Indução ou repressão da síntese Leva horas para ocorrer aumento. Comum em enzimas de uso específico em uma fase ou momento (não constitutivas). REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA

46. Enzimas plasmáticas como ferramenta diagnósticas “ Muitas doenças resultam no acúmulo de enzimas, que podem diagnosticar doenças no coração, fígado, músculo esquelético e outros tecidos”. EX: Isoenzimas e doenças cardíacas – creatina quinase (CK), lactato desidrogenase (LDH) e transaminase glutâmico oxalacética (TGO) são determinados no diagnóstico de infarto do miocárdio. CK2 (creatina-quinase) surge 4 a 8 horas da dor torácica e atinge seu auge em 24h. 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.