Este documento resume as principais características e funções das enzimas. Discute a história do estudo das enzimas, sua estrutura e composição proteica, mecanismos de ação, cinética enzimática, fatores que afetam a velocidade de reação, tipos de inibição e mecanismos de regulação enzimática, incluindo modificações covalentes como a fosforilação.

1. +
Bioquímica - Universidade Católica de Brasília
Enzimas
Prof. Dr. Gabriel da Rocha Fernandes
Universidade Católica de Brasília
gabrielf@ucb.br - fernandes.gabriel@gmail.com

2. + 2
O que devo saber ao fim desta
aula?
n O que são enzimas e qual seu papel
n Mecanismo de ação
n Tipos de catálise
n Cinética: como respondem a variação das concentrações e pH
n Mecanismos de Inibição
n Mecanismos de Regulação

3. + 3
História
n 1700 - digestão de carne por secreções do estômago.
n Conversão do amido em açucar pela saliva.
n 1850- Pasteur diz que a conversão de açucar a alcool é
catalizada por “fermentos”.
n Vitalismo - fermentos inseparáveis das células vivas.
n 1897
- Buchner viu que extratos de leveduras convertiam o
açucar a acool.
n 1926 - Cristalização da urease => Enzima é uma proteína.
n Suposição
que ligações fracas entre enzimas e substratos
poderiam catalizar reações.

4. + 4
Enzimas e proteínas
n Atividade depende da integridade da conformação.
n Estrutura
primária, secundária, terciária e quaternárias são
essenciais para a atividade catalítica.
n Algumasenzimas necessitam de um componente adicional
para que ocorra a catálise => cofator.
n Molécula orgânica => coenzima.
n A
coenzima ou ion ligado a enzima é chamado de grupo
prostético.
n A enzima sem o grupo prostético é chamada de apoenzima.
n A união de tudo é holoenzima.

5. + 5
Cofatores

6. + 6
Funcionamento
n Emcondições biológicas normais, as
reações tendem a ser lentas, quando não
desfavoráveis ou improváveis.
n O
açucar em um pote, ao reagir com
oxigênio forma água e gás carbônico. Mas
vai demorar...
n Cria
um ambiente para que a reação ocorra
mais rapidamente => sitio ativo.
n Sítio
ativo contém cadeias laterais de
resíduos de aminoácidos que interagem
com o substrato e catalizam a reação.
n Complexo enzima-substrato.

7. + 7
Funcionamento
n Formação de complexos transitórios ES e
EP.
n E + S <=> ES <=> EP <=> E + P
n Catálise não afeta o equilíbrio da reação.
n Épreciso energia para alinhar grupos
reagentes, rearranjos de ligações, e outras
tranformações.
n Estado de transição momento molecular
transitório em que a reação direta ou
reversa acontece na mesma probabilidade.
n Energiade ativação é a diferença entre os
estados de transição e basal.

8. + 8
Funcionamento
n Quanto
maior a energia de ativação,
menor a velocidade.
n Catalizadores diminuem a energia de
ativação.
n Formação de intermediários de reação.
n Emuma reação com várias etapas, a
velocidade é dada pela etapa com
maior energia de ativação (etapa
limitante da velocidade).
n Barreira
energética evita reações
indesejáveis.

9. + 9
Velocidade e especificidade
n Velocidade em ordem de grandeza de 5 a 17.
n Enzimas distinguem substratos com estrutura semelhante.
n Interações covalentes entre E e S diminuem a energia de
ativação.
n Interações
não covalentes (ligações de hidrogênio,
hidrofóbicas e ionicas).
n Liberam uma quantidade de energia => energia de ligação.
n Poder catalítico vem a da energia de ligação liberada.
n Ligações fracas otimizadas no estado de transição em que o
sítio ativo é complementar ao estado de transição.

10. + 10
Chave e fechadura?
n Substratodeve ter o
aumento de energia
livre para atingir o
estado de transição.
n Essa
energia é “paga”
pelas ligações fracas
que se formam entre a
enzima e o estado de
transição.
n Esse “pagamento” leva
a uma diminuição da
energia de ativação e
aumento da velocidade.

11. + 11
Fatores físicos e termodinâmicos
n Entropia (liberdade de movimento).
n Camada de solvatação das moléculas
de águas ligadas => interações ES
substituem ligações com a água
(dessolvatação)
n Distorção
dos substratos => energia
de ligação compensam redistribuição
de eletrons.
n Necessidadede alinhamento
apropriado => ajuste induzido, leva
grupos funcionais específicos da
enzima para uma posição apropriada.

12. + 12
Ajuste induzido

13. + 13
Grupos catalíticos
n Alémda energia de ligação liberadas pelas ligações fracas,
existem grupos catalíticos que involvem uma ligação
transitória covalete.
n Catálise geral ácido-básica
n Catálise covalente
n Catálise por ions metálicos

14. + 14
Catálise geral ácido-básica

15. + 15
Catálise covalente e por ions
metálicos
n Formação de uma ligação covalente transitória.
n A-B => A + B
n A-B + X: => A-X + B => A + X: + B
n Interações
ionicas entre metais ligados a enzimas e os
substratos orientam ou estabilizam estados de transição
carregados.
n Mediadores de reações de oxirredução.

16. + 16
Cinética enzimática
n Determinar
a velocidade da reação e como ela se modifica a
medida em que os parâmetros são modificados.
n Duas etapas: E + S <=> ES e ES <=> E + P.
n O
rompimento do complexo ES é a etapa mais lenta, o que leva
a um platô próximo à velocidade máxima (enzima está
saturada)

17. + 17
Reagindo com mais que um
substrato

18. + 18
Dependência do pH
n Influência nas cadeias laterais.

19. + 19
Inibição
n Inibidores interferem com a catálise.
n Muitos
medicamentos são inibidores
enzimáticos.
n Aspirina
é inibidor de enzima da
sintese de prostaglandinas.
n Reversíveis ou inreversíveis.

20. + 20
Enzimas regulatórias
n Atuam
em vias metabólicas, em que o produto de uma reação é
usado com substrato para uma outra.
n Apresentam velocidade aumentada o diminuida em resposta a
alguns sinais.
n Enzimasalostéricas => ligações reversíveis e não covalentes
com moduladores alostéricos (metabólitos pequenos ou
cofatores)
n Outras
enzimas reguladas por moduladores covalentes
reversíveis.
n Estimuladasou inibidas quando ligadas a proteínas
regulatórias.

21. + 21
Enzimas regulatórias
n Segmentos peptídicos removidos por proteólise =>
irreversível.
n Digestão, coagulação do sangue, ação hormonal e visão.
n Uso eficiente dos recursos.

22. + 22
Modificações covalentes

23. + 23
Fosforilação