As enzimas são proteínas especializadas na catálise de reações biológicas. Elas estão entre as biomoléculas mais notáveis devido a sua extraordinária 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. Como catalisadores celulares extremamente poderosos, as enzimas aceleram a velocidade de uma reação, sem no entanto participar dela como reagente ou produto. As enzimas atuam ainda como reguladoras deste conjunto complexo de reações. As enzimas são, portanto, consideradas as unidades funcionais do metabolismo celular.
Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática:
- Nome Recomendado: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com enzimas. Utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Exs: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc.
- Nome Sistemático: Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase
- Nome Usual : Consagrados pelo uso. Ex: Tripsina, Pepsina, Ptialina.
As enzimas podem ser classificadas de acordo com vários critérios. O mais importante foi estabelecido pela União Internacional de Bioquímica (IUB), e estabelece 6 classes:
- Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. São as Desidrogenases e as Oxidases.
Se uma molécula se reduz, tem que haver outra que se oxide.
- Transferases : Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Como exemplo temos as Quinases e as Transaminases.
- Hidrolases : Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: As peptidades.
- Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. As Dehidratases e as Descarboxilases são bons exemplos.
- Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. As Epimerases são exemplos.
- Ligases: Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, sempre às custas de energia (ATP). São as Sintetases.
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS:
São catalisadores biológicos extremamente eficientes e aceleram em média 109 a 1012 vezes a velocidade da reação, transformando de 100 a 1000 moléculas de substrato em produto por minuto de reação.
Atuam em concentrações muito baixas e em condições suaves de temperatura e pH.
Possuem todas as características das proteínas. Podem ter sua atividade regulada. Estão quase sempre dentro da célula, e compartimentalizadas.
COFATORES ENZIMÁTICOS E COENZIMAS
Cofatores são pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que podem ser necessárias para a função de uma enzima. Estes cofatores não estão ligados permanentemente à molécula da enzima mas, na ausência deles, a enzima é inativa.
A fração protéica de uma enzima, na ausência do seu cofator, é chamada de apoenzima.
Enzima + Cofator, chamamos de holoenzima.
Coenzimas são compostos orgânicos, quase sempre derivados de vitaminas, que atuam em conjunto com as enzimas. Podem atuar segundo 3 modelos:
- Ligando-se à enzima com afinidade semelhante à do substrato.
- Ligando-se covalentemente em local próximo ou no próprio sítio catalítico da apoenzima.
- Atuando de maneira intermediária aos dois extremos acima citados.
ESPECIFICIDADE SUBSTRATO \ ENZIMA: O SÍTIO ATIVO
As enzimas são muito específicas para os seus substratos. Esta especificidade pode ser relativa a apenas um substrato ou a vários substratos ao mesmo tempo.
Esta especificidade se deve à existência, na superfície da enzima de um local denominado sítio de ligação do substrato. O sítio de ligação do substrato de uma enzima é dado por um arranjo tridimensional especial dos aminoácidos de uma determinada região da molécula, geralmente complementar à molécula do substrato, e ideal espacial e eletricamente para a ligação do mesmo. O sítio de ligação do substrato é capaz de reconhecer inclusive isômeros óticos "D" e "L" de um mesmo composto. Este sítio pode conter um segundo sítio, chamado sítio catalítico ou sítio ativo, ou estar próximo dele; é neste sítio ativo que ocorre a reação enzimática.
Composto que é transformado por uma enzima que se une a uma zona ativa, onde se produz uma catálise, que no exemplo conduz a uma formação de produtos.
A zona sombreada são os aminoácidos desta enzima (proteína) que configuram, neste caso, o centro ativo da enzima.
Alguns modelos procuram explicar a especificidade substrato/enzima:
- Modelo Chave/Fechadura que prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura. No exemplo da figura abaixo, uma determinada região da proteína - o módulo SH2 - liga-se à tirosina fosfatada, que se adapta ao sítio ativo da enzima tal como uma chave faz a sua fechadura.
- Modelo do Ajuste Induzido que prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato; a enzima se ajustaria à molécula do substrato na sua presença.
- Evidências experimentais sugerem um terceiro modelo que combina o ajuste induzido a uma "torção" da molécula do substrato, que o "ativaria" e o prepararia para a sua transformação em produto.
MECANISMO GERAL DE CATÁLISE
As enzimas aceleram a velocidade de uma reação por diminuir a energia livre de ativação da mesma, sem alterar a termodinâmica da reação, ou seja: A energia dos reagentes e produtos da reação enzimática e de sua equivalente não enzimática são idênticas.
Para se superar a energia de ativação de uma reação, passa-se pela formação de um estado intermediário chamado "Estado de Transição", sempre um composto instável e de alta energia, representado por "Ts", ligado com altíssima afinidade ao sítio catalítico. Nas reações enzimáticas, este composto de transição "Ts" não pode ser isolado ou mesmo considerado um intermediário, uma vez que não é liberado para o meio de reação; sua formação ocorre no sítio catalítico da enzima. Como a afinidade do "Ts" ao sítio catalítico é muito maior que a afinidade do substrato com o mesmo, a pequena quantidade de moléculas em "Ts" será rapidamente convertida em produto. Assim, todo o fator que leva a um aumento do número de moléculas em "Ts" aumenta a velocidade da reação.
São 4 os mecanismos principais através dos quais as enzimas aceleram uma reação, aumentando a formação de moléculas de substrato em "Ts":
- Catálise Ácido-Base que ocorre com a participação de aminoácidos com cadeias laterais ionizáveis, capazes de doar ou liberar prótons durante a catálise.
- Torção de Substrato, que depende da torção do substrato induzida pela ligação do mesmo com o sítio de ligação da enzima, alcançando o estado de transição e estimulando sua conversão em produto.
- Catálise Covalente que resulta do ataque nucleofílico ou eletrofílico de um radical do sítio catalítico sobre o substrato, ligando-o covalentemente à enzima e induzindo a sua transformação em produto. Envolve com freqüência a participação de coenzimas.
- Efeito de Diminuição da Entropia. As enzimas ajudam no posicionamento e na definição da estequiometria correta da reação, facilitando os mecanismos anteriores.
CINÉTICA ENZIMÁTICA - É a parte da enzimologia que estuda a velocidade das reações enzimáticas, e os atores que influenciam nesta velocidade. A cinética de uma enzima é estudada avaliando-se a quantidade de produto formado ou a quantidade de substrato consumido por unidade de tempo de reação.
Uma reação enzimática pode ser expressa pela seguinte equação:
E + S <==> [ES] ==> E + P
O complexo enzima/substrato (ES) tem uma energia de ativação ligeiramente menor que a do substrato isolado, e a sua formação leva ao aparecimento do estado de transição "Ts".
A formação de "P" a partir de ES é a etapa limitante da velocidade da reação.
A velocidade de uma reação enzimática depende das concentrações de enzima e de substrato.
Equação de Michaelis-Menten:
Michaelis e Menten foram 2 pesquisadoras que propuseram o modelo acima citado como modelo de reação enzimática para apenas um substrato. A partir deste modelo, estas pesquisadoras criaram uma equação, que nos permite demonstrar como a velocidade de uma reação varia com a variação da concentração do substrato. Esta equação pode ser expressa graficamente, e representa o efeito da concentração de substrato sobre a velocidade de reação enzimática.
O Km de um substrato para uma enzima específica é característico, e nos fornece um parâmetro de especificidade deste substrato em relação à enzima. Quanto menor o Km, maior a especificidade, e vice-versa.
FATORES EXTERNOS QUE INFLUENCIAM NA VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO ENZIMÁTICA
São eles:
- Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação, até se atingir a temperatura ótima; a partir dela, a atividade volta a diminuir, por desnaturação da molécula.
- pH: Idem à temperatura; existe um pH ótimo, onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sítio catalítico, é ideal para a catálise.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
Os inibidores enzimáticos são compostos que podem diminuir a atividade de uma enzima. A inibição enzimática pode ser reversível ou irreversível;
Existem 2 tipos de inibição enzimática reversível:
- Inibição Enzimática Reversível Competitiva:
Quando o inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sítio de ligação do substrato;
O efeito é revertido aumentando-se a concentração de substrato
Este tipo de inibição depende das concentrações de substrato e de inibidor.
- Inibição Enzimática Reversível Não-Competitiva:
Quando o inibidor liga-se reversivelmente à enzima em um sítio próprio de ligação, podendo estar ligado à mesma ao mesmo tempo que o substrato;
Este tipo de inibição depende apenas da concentração do inibidor.
Na inibição enzimática irreversível, há modificação covalente e definitiva no sítio de ligação ou no sítio catalítico da enzima.
REGULAÇÃO ENZIMÁTICA
Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, atuando assim como moduladoras do metabolismo celular. Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros processos metabólicos pela célula.
Além dos mecanismos já citados de modulação de atividade enzimática - por variação da concentração do substrato, ou por inibição enzimática, por exemplo - existem 2 modelos de regulação enzimática mais conhecidos:
- Modulação Alostérica
Ocorre nas enzimas que possuem um sítio de modulação, ou alostérico, onde se liga de forma não-covalente um modulador alostérico que pode ser positivo (ativa a enzima) ou negativo (inibe a enzima).
A ligação do modulador induz a modificações conformacionais na estrutura espacial da enzima, modificando a afinidade desta para com os seus substratos;
Um modelo muito comum de regulação alostérica é a inibição por "feed-back", onde o próprio produto da reação atua como modulador da enzima que a catalisa.
- Modulação Covalente:
Ocorre quando há modificação covalente da molécula da enzima, com conversão entre formas ativa/inativa.
O processo ocorre principalmente por adição/remoção de grupamentos fosfato de resíduos específicos de serina.
Fonte: http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/trabalhos_pos2003/const_microorg/enzimas.htm
“As enzimas têm uma extraordinária força catalítica; Têm alto grau de especificidade por seus substratos, aceleram reações químicas específicas sem a formação de produtos; Funcionam em soluções aquosas diluídas, em condições muito suaves de temperatura e pH. São as unidades funcionais do metabolismo celular (sem enzimas, não existe vida), atuando em seqüências organizadas.”
Enzimas Regulatórias - Podem perceber vários sinais metabólicos e modificar sua velocidade catalítica em concordância com tais sinais.
Doenças humanas e desordens genéticas hereditárias são resultantes da deficiência ou mesmo ausência completa de enzimas nos tecidos.
Ex: Fenilcetonúria e Leucinose.
As enzimas podem continuar funcionando, mesmo depois de removida da estrutura de células vivas. Atualmente, perto de 200 enzimas diferentes foram identificadas, e cada uma delas catalisa uma reação diferente. Algumas enzimas possuem apenas aminoácidos (atuam sozinhas) na sua composição e exercem atividade catalítica; Outras necessitam de um cofator que pode ser íon orgânico, ou uma molécula orgânica complexa (metal orgânico), chamada coenzima.
Holoenzimas - Enzimas + Coenzimas e/ou íon metálico
Apoenzimas / Apoproteína - Enzima (parte aminoacídica)
As enzimas são catalisadoras verdadeiras; Aumentam a velocidade de reações químicas específicas (seletivas), que sem elas ocorreria muito lentamente.
Sítio Ativo - É uma cavidade ou fenda, na estrutura molecular da enzima.
Substrato - É a molécula que se liga ao sítio ativo e sofre a ação da enzima.
# Cada enzima têm um substrato específico
# Só transforma o substrato em um único produto
# Não precisam de alta temperatura para funcionarem
# São recicladas – Uma só enzima pode trabalhar milhões de vezes
# Uma após a outra – O produto da primeira é substrato pra segunda-feira
# Hormônios são sinais metabólicos
# Proteolíticas – Quebram proteínas (mamão e abacaxi)
# Únicas moléculas que são retiradas das células e continuam funcionando
# São catalisadores biológicos
# Enzimas são muito maiores que o substrato
Coenzima - Molécula orgânica complexa, geralmente derivada de vitaminas.
Cofator - Íon orgânico
Grupo Prostético - Cofator ou Coenzima – Ligado de forma firme ou permanente
# Vitamina atua como agente antioxidante.
Energia de ativação:
Pode ser representada por uma curva em forma de sino.
É a quantidade de energia “inicial” que um dado substrato necessita para ser transformado em produto. Quanto maior for a energia de ativação de uma reação, mais lenta ela será.
A adição de uma “enzima” ao substrato diminui a energia de ativação do mesmo, fazendo com que a reação ocorra mais rápido.
# Quanto maior o número de moléculas de substrato no estado de transição, maior será a velocidade da reação.
# Existem dois caminhos para aumentar a reação:
1) Aumento de temperatura (não possível nas células)
2) Adição de um catalisador
Cinética Enzimática: Segundo Michaelis – Menter - Fora da célula
Refere-se ao comportamento das enzimas na presença de seu substrato, para uma quantidade de enzimas fixa.
Em concentrações de substrato muito baixa, a velocidade da reação é muito baixa; mas aumentará com o aumento da concentração do substrato até atingir o ponto de velocidade máxima, onde a partir daí, o aumento da velocidade é desprezível, e a enzima estará “saturada” com seu substrato e não poderá funcionar mais rápido.
Nas condições intracelulares as enzimas geralmente não estão saturadas com seus substratos e, portanto não estão funcionando na maior velocidade possível.
A regulação na velocidade de uma enzima pela célula pode ser feita também pela variação na concentração intracelular do substrato.
Vo - Velocidade Inicial
Vo = V. Max. X [S] V. Max. - Velocidade máxima
Km + [S] Km - Constante de Michaelis – Menter para um dado substrato
Teoria da Chave e Fechadura: Entendida de modo errado!
Não é necessário somente que o substrato caiba na enzima; Além de caber, é necessário que ele forme ligações fracas. Se não houver a formação das ligações, não houve o encaixe perfeito.
Especificidade: A especificidade de uma enzima pelo seu substrato é determinada pela formação de inúmeras interações fracas (pontes de H; atrações iônicas; interações hidrofóbicas) entre o sítio ativo da enzima e seu substrato específico.
A energia de ligação é a força impulsionadora dominante em vários mecanismos; Ela pode ser a contribuição para a catálise.
Valor de Km (especificidade) de algumas enzimas:
ENZIMA SUBSTRATO Km(mm)
Catalase H2O2 25
Hexoquinase ATP 0,4
Hexoquinase Glicose 0,05
Hexoquinase Frutose 1,5
OBS: Quanto menor o valor de Km, maior a especificidade; Então: a Hexoquinase prefere e vai ligar-se primeiro a glicose, por ter menor valor de Km. Conseqüentemente vai formar mais interações fracas.
Enzimas que catalisam reações com dois substratos:
Reação de troca simples: Substrato A e B, ligam-se a enzima E, formando o complexo EAB, que reagem para formar o produto C + D.
A + B C + D
Os dois substratos se ligam ao sítio ativo da enzima formando um complexo terciário (sítio ativo largo, cabendo os dois substratos).
Reação de troca dupla ou pingue-pongue: Apenas um substrato está ligado ao sítio ativo da enzima em qualquer instante considerado (sítio ativo estreito, cabendo um substrato por vez).
Inibição enzimática por agentes químicos:
A maioria das enzimas pode ser inibida por reagentes químicos. Algumas drogas empregadas na medicina têm a função de inibir enzimas em células doentes. Inibidores estão entre os principais agentes farmacêuticos conhecidos. Existem dois tipos de inibidores:
Inibição Irreversível: Combina-se com o grupo funcional que é importante para a atividade catalítica da enzima; ou a destroem.
Ex: Inibidores Suicidas – São poucos reativos (ativos apenas no sítio ativo das enzimas); São muito efetivos e têm poucos efeitos colaterais. (São as drogas mais caras nos dias de hoje por não causarem incômodos colaterais; Agem direto nas enzimas doentes).
Inibição Reversível:
a) Competitiva - “Competição de substrato com substrato, e inibidor de substrato!”
O inibidor compete com o substrato pela ligação no sítio ativo, e não pode ser transformado pela enzima (estrutura tridimensional parecida com a do substrato); Pode ser revertida com o aumento da concentração do substrato.
Ex: Metanol no fígado de pessoas intoxicadas é transformado em formaldeído (que é muito lesivo para tecidos e causa cegueira) pela enzima álcool desidrogenase. O álcool compete com o metanol pela enzima, desta forma é aplicado álcool em junção endovenosa para diminuir a formação de formaldeído e o metanol é excretado na urina sem maiores danos.
b) Incompetitiva - O inibidor só vai se ligar, se o substrato ligar-se ao sítio ativo
c) Não Competitiva - Liga-se independentemente do substrato ligar-se ou não.
Inibição Alostérica: O inibidor liga-se à enzima, mas em local diferente do sítio ativo alterando a conformação da enzima; Não atende ao comportamento cinético.
Enzimas Alostéricas: Em alguns sistemas multienzimáticos, umas das primeiras enzimas, a enzima regulatória, é inibida pelo produto final do sistema multienzimático, sempre que este produto aumenta acima da concentração usual, indicando que ele está sendo produzido em excesso para as necessidades da célula. Este tipo de regulação é chamada de inibição retroativa (feed back). Essas enzimas são geralmente oligoméricas, com sítios ativos regulatórios e catalíticos distintos, e apresentam cinética sigmóide de velocidade e não obedecem a cinética de Michaelis-Mentem.
Fonte:http://aumentandoconhecimentos.blogspot.com.br/2008/04/bioqumica-enzimas.html
Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática:
- Nome Recomendado: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com enzimas. Utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Exs: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc.
- Nome Sistemático: Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase
- Nome Usual : Consagrados pelo uso. Ex: Tripsina, Pepsina, Ptialina.
As enzimas podem ser classificadas de acordo com vários critérios. O mais importante foi estabelecido pela União Internacional de Bioquímica (IUB), e estabelece 6 classes:
- Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. São as Desidrogenases e as Oxidases.
Se uma molécula se reduz, tem que haver outra que se oxide.
- Transferases : Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Como exemplo temos as Quinases e as Transaminases.
- Hidrolases : Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: As peptidades.
- Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. As Dehidratases e as Descarboxilases são bons exemplos.
- Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. As Epimerases são exemplos.
- Ligases: Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, sempre às custas de energia (ATP). São as Sintetases.
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS:
São catalisadores biológicos extremamente eficientes e aceleram em média 109 a 1012 vezes a velocidade da reação, transformando de 100 a 1000 moléculas de substrato em produto por minuto de reação.
Atuam em concentrações muito baixas e em condições suaves de temperatura e pH.
Possuem todas as características das proteínas. Podem ter sua atividade regulada. Estão quase sempre dentro da célula, e compartimentalizadas.
COFATORES ENZIMÁTICOS E COENZIMAS
Cofatores são pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que podem ser necessárias para a função de uma enzima. Estes cofatores não estão ligados permanentemente à molécula da enzima mas, na ausência deles, a enzima é inativa.
A fração protéica de uma enzima, na ausência do seu cofator, é chamada de apoenzima.
Enzima + Cofator, chamamos de holoenzima.
Coenzimas são compostos orgânicos, quase sempre derivados de vitaminas, que atuam em conjunto com as enzimas. Podem atuar segundo 3 modelos:
- Ligando-se à enzima com afinidade semelhante à do substrato.
- Ligando-se covalentemente em local próximo ou no próprio sítio catalítico da apoenzima.
- Atuando de maneira intermediária aos dois extremos acima citados.
ESPECIFICIDADE SUBSTRATO \ ENZIMA: O SÍTIO ATIVO
As enzimas são muito específicas para os seus substratos. Esta especificidade pode ser relativa a apenas um substrato ou a vários substratos ao mesmo tempo.
Esta especificidade se deve à existência, na superfície da enzima de um local denominado sítio de ligação do substrato. O sítio de ligação do substrato de uma enzima é dado por um arranjo tridimensional especial dos aminoácidos de uma determinada região da molécula, geralmente complementar à molécula do substrato, e ideal espacial e eletricamente para a ligação do mesmo. O sítio de ligação do substrato é capaz de reconhecer inclusive isômeros óticos "D" e "L" de um mesmo composto. Este sítio pode conter um segundo sítio, chamado sítio catalítico ou sítio ativo, ou estar próximo dele; é neste sítio ativo que ocorre a reação enzimática.
Composto que é transformado por uma enzima que se une a uma zona ativa, onde se produz uma catálise, que no exemplo conduz a uma formação de produtos.
A zona sombreada são os aminoácidos desta enzima (proteína) que configuram, neste caso, o centro ativo da enzima.
Alguns modelos procuram explicar a especificidade substrato/enzima:
- Modelo Chave/Fechadura que prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura. No exemplo da figura abaixo, uma determinada região da proteína - o módulo SH2 - liga-se à tirosina fosfatada, que se adapta ao sítio ativo da enzima tal como uma chave faz a sua fechadura.
- Modelo do Ajuste Induzido que prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato; a enzima se ajustaria à molécula do substrato na sua presença.
- Evidências experimentais sugerem um terceiro modelo que combina o ajuste induzido a uma "torção" da molécula do substrato, que o "ativaria" e o prepararia para a sua transformação em produto.
MECANISMO GERAL DE CATÁLISE
As enzimas aceleram a velocidade de uma reação por diminuir a energia livre de ativação da mesma, sem alterar a termodinâmica da reação, ou seja: A energia dos reagentes e produtos da reação enzimática e de sua equivalente não enzimática são idênticas.
Para se superar a energia de ativação de uma reação, passa-se pela formação de um estado intermediário chamado "Estado de Transição", sempre um composto instável e de alta energia, representado por "Ts", ligado com altíssima afinidade ao sítio catalítico. Nas reações enzimáticas, este composto de transição "Ts" não pode ser isolado ou mesmo considerado um intermediário, uma vez que não é liberado para o meio de reação; sua formação ocorre no sítio catalítico da enzima. Como a afinidade do "Ts" ao sítio catalítico é muito maior que a afinidade do substrato com o mesmo, a pequena quantidade de moléculas em "Ts" será rapidamente convertida em produto. Assim, todo o fator que leva a um aumento do número de moléculas em "Ts" aumenta a velocidade da reação.
São 4 os mecanismos principais através dos quais as enzimas aceleram uma reação, aumentando a formação de moléculas de substrato em "Ts":
- Catálise Ácido-Base que ocorre com a participação de aminoácidos com cadeias laterais ionizáveis, capazes de doar ou liberar prótons durante a catálise.
- Torção de Substrato, que depende da torção do substrato induzida pela ligação do mesmo com o sítio de ligação da enzima, alcançando o estado de transição e estimulando sua conversão em produto.
- Catálise Covalente que resulta do ataque nucleofílico ou eletrofílico de um radical do sítio catalítico sobre o substrato, ligando-o covalentemente à enzima e induzindo a sua transformação em produto. Envolve com freqüência a participação de coenzimas.
- Efeito de Diminuição da Entropia. As enzimas ajudam no posicionamento e na definição da estequiometria correta da reação, facilitando os mecanismos anteriores.
CINÉTICA ENZIMÁTICA - É a parte da enzimologia que estuda a velocidade das reações enzimáticas, e os atores que influenciam nesta velocidade. A cinética de uma enzima é estudada avaliando-se a quantidade de produto formado ou a quantidade de substrato consumido por unidade de tempo de reação.
Uma reação enzimática pode ser expressa pela seguinte equação:
E + S <==> [ES] ==> E + P
O complexo enzima/substrato (ES) tem uma energia de ativação ligeiramente menor que a do substrato isolado, e a sua formação leva ao aparecimento do estado de transição "Ts".
A formação de "P" a partir de ES é a etapa limitante da velocidade da reação.
A velocidade de uma reação enzimática depende das concentrações de enzima e de substrato.
Equação de Michaelis-Menten:
Michaelis e Menten foram 2 pesquisadoras que propuseram o modelo acima citado como modelo de reação enzimática para apenas um substrato. A partir deste modelo, estas pesquisadoras criaram uma equação, que nos permite demonstrar como a velocidade de uma reação varia com a variação da concentração do substrato. Esta equação pode ser expressa graficamente, e representa o efeito da concentração de substrato sobre a velocidade de reação enzimática.
O Km de um substrato para uma enzima específica é característico, e nos fornece um parâmetro de especificidade deste substrato em relação à enzima. Quanto menor o Km, maior a especificidade, e vice-versa.
FATORES EXTERNOS QUE INFLUENCIAM NA VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO ENZIMÁTICA
São eles:
- Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação, até se atingir a temperatura ótima; a partir dela, a atividade volta a diminuir, por desnaturação da molécula.
- pH: Idem à temperatura; existe um pH ótimo, onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sítio catalítico, é ideal para a catálise.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
Os inibidores enzimáticos são compostos que podem diminuir a atividade de uma enzima. A inibição enzimática pode ser reversível ou irreversível;
Existem 2 tipos de inibição enzimática reversível:
- Inibição Enzimática Reversível Competitiva:
Quando o inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sítio de ligação do substrato;
O efeito é revertido aumentando-se a concentração de substrato
Este tipo de inibição depende das concentrações de substrato e de inibidor.
- Inibição Enzimática Reversível Não-Competitiva:
Quando o inibidor liga-se reversivelmente à enzima em um sítio próprio de ligação, podendo estar ligado à mesma ao mesmo tempo que o substrato;
Este tipo de inibição depende apenas da concentração do inibidor.
Na inibição enzimática irreversível, há modificação covalente e definitiva no sítio de ligação ou no sítio catalítico da enzima.
REGULAÇÃO ENZIMÁTICA
Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, atuando assim como moduladoras do metabolismo celular. Esta modulação é essencial na coordenação dos inúmeros processos metabólicos pela célula.
Além dos mecanismos já citados de modulação de atividade enzimática - por variação da concentração do substrato, ou por inibição enzimática, por exemplo - existem 2 modelos de regulação enzimática mais conhecidos:
- Modulação Alostérica
Ocorre nas enzimas que possuem um sítio de modulação, ou alostérico, onde se liga de forma não-covalente um modulador alostérico que pode ser positivo (ativa a enzima) ou negativo (inibe a enzima).
A ligação do modulador induz a modificações conformacionais na estrutura espacial da enzima, modificando a afinidade desta para com os seus substratos;
Um modelo muito comum de regulação alostérica é a inibição por "feed-back", onde o próprio produto da reação atua como modulador da enzima que a catalisa.
- Modulação Covalente:
Ocorre quando há modificação covalente da molécula da enzima, com conversão entre formas ativa/inativa.
O processo ocorre principalmente por adição/remoção de grupamentos fosfato de resíduos específicos de serina.
Fonte: http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/trabalhos_pos2003/const_microorg/enzimas.htm
“As enzimas têm uma extraordinária força catalítica; Têm alto grau de especificidade por seus substratos, aceleram reações químicas específicas sem a formação de produtos; Funcionam em soluções aquosas diluídas, em condições muito suaves de temperatura e pH. São as unidades funcionais do metabolismo celular (sem enzimas, não existe vida), atuando em seqüências organizadas.”
Enzimas Regulatórias - Podem perceber vários sinais metabólicos e modificar sua velocidade catalítica em concordância com tais sinais.
Doenças humanas e desordens genéticas hereditárias são resultantes da deficiência ou mesmo ausência completa de enzimas nos tecidos.
Ex: Fenilcetonúria e Leucinose.
As enzimas podem continuar funcionando, mesmo depois de removida da estrutura de células vivas. Atualmente, perto de 200 enzimas diferentes foram identificadas, e cada uma delas catalisa uma reação diferente. Algumas enzimas possuem apenas aminoácidos (atuam sozinhas) na sua composição e exercem atividade catalítica; Outras necessitam de um cofator que pode ser íon orgânico, ou uma molécula orgânica complexa (metal orgânico), chamada coenzima.
Holoenzimas - Enzimas + Coenzimas e/ou íon metálico
Apoenzimas / Apoproteína - Enzima (parte aminoacídica)
As enzimas são catalisadoras verdadeiras; Aumentam a velocidade de reações químicas específicas (seletivas), que sem elas ocorreria muito lentamente.
Sítio Ativo - É uma cavidade ou fenda, na estrutura molecular da enzima.
Substrato - É a molécula que se liga ao sítio ativo e sofre a ação da enzima.
# Cada enzima têm um substrato específico
# Só transforma o substrato em um único produto
# Não precisam de alta temperatura para funcionarem
# São recicladas – Uma só enzima pode trabalhar milhões de vezes
# Uma após a outra – O produto da primeira é substrato pra segunda-feira
# Hormônios são sinais metabólicos
# Proteolíticas – Quebram proteínas (mamão e abacaxi)
# Únicas moléculas que são retiradas das células e continuam funcionando
# São catalisadores biológicos
# Enzimas são muito maiores que o substrato
Coenzima - Molécula orgânica complexa, geralmente derivada de vitaminas.
Cofator - Íon orgânico
Grupo Prostético - Cofator ou Coenzima – Ligado de forma firme ou permanente
# Vitamina atua como agente antioxidante.
Energia de ativação:
Pode ser representada por uma curva em forma de sino.
É a quantidade de energia “inicial” que um dado substrato necessita para ser transformado em produto. Quanto maior for a energia de ativação de uma reação, mais lenta ela será.
A adição de uma “enzima” ao substrato diminui a energia de ativação do mesmo, fazendo com que a reação ocorra mais rápido.
# Quanto maior o número de moléculas de substrato no estado de transição, maior será a velocidade da reação.
# Existem dois caminhos para aumentar a reação:
1) Aumento de temperatura (não possível nas células)
2) Adição de um catalisador
Cinética Enzimática: Segundo Michaelis – Menter - Fora da célula
Refere-se ao comportamento das enzimas na presença de seu substrato, para uma quantidade de enzimas fixa.
Em concentrações de substrato muito baixa, a velocidade da reação é muito baixa; mas aumentará com o aumento da concentração do substrato até atingir o ponto de velocidade máxima, onde a partir daí, o aumento da velocidade é desprezível, e a enzima estará “saturada” com seu substrato e não poderá funcionar mais rápido.
Nas condições intracelulares as enzimas geralmente não estão saturadas com seus substratos e, portanto não estão funcionando na maior velocidade possível.
A regulação na velocidade de uma enzima pela célula pode ser feita também pela variação na concentração intracelular do substrato.
Vo - Velocidade Inicial
Vo = V. Max. X [S] V. Max. - Velocidade máxima
Km + [S] Km - Constante de Michaelis – Menter para um dado substrato
Teoria da Chave e Fechadura: Entendida de modo errado!
Não é necessário somente que o substrato caiba na enzima; Além de caber, é necessário que ele forme ligações fracas. Se não houver a formação das ligações, não houve o encaixe perfeito.
Especificidade: A especificidade de uma enzima pelo seu substrato é determinada pela formação de inúmeras interações fracas (pontes de H; atrações iônicas; interações hidrofóbicas) entre o sítio ativo da enzima e seu substrato específico.
A energia de ligação é a força impulsionadora dominante em vários mecanismos; Ela pode ser a contribuição para a catálise.
Valor de Km (especificidade) de algumas enzimas:
ENZIMA SUBSTRATO Km(mm)
Catalase H2O2 25
Hexoquinase ATP 0,4
Hexoquinase Glicose 0,05
Hexoquinase Frutose 1,5
OBS: Quanto menor o valor de Km, maior a especificidade; Então: a Hexoquinase prefere e vai ligar-se primeiro a glicose, por ter menor valor de Km. Conseqüentemente vai formar mais interações fracas.
Enzimas que catalisam reações com dois substratos:
Reação de troca simples: Substrato A e B, ligam-se a enzima E, formando o complexo EAB, que reagem para formar o produto C + D.
A + B C + D
Os dois substratos se ligam ao sítio ativo da enzima formando um complexo terciário (sítio ativo largo, cabendo os dois substratos).
Reação de troca dupla ou pingue-pongue: Apenas um substrato está ligado ao sítio ativo da enzima em qualquer instante considerado (sítio ativo estreito, cabendo um substrato por vez).
Inibição enzimática por agentes químicos:
A maioria das enzimas pode ser inibida por reagentes químicos. Algumas drogas empregadas na medicina têm a função de inibir enzimas em células doentes. Inibidores estão entre os principais agentes farmacêuticos conhecidos. Existem dois tipos de inibidores:
Inibição Irreversível: Combina-se com o grupo funcional que é importante para a atividade catalítica da enzima; ou a destroem.
Ex: Inibidores Suicidas – São poucos reativos (ativos apenas no sítio ativo das enzimas); São muito efetivos e têm poucos efeitos colaterais. (São as drogas mais caras nos dias de hoje por não causarem incômodos colaterais; Agem direto nas enzimas doentes).
Inibição Reversível:
a) Competitiva - “Competição de substrato com substrato, e inibidor de substrato!”
O inibidor compete com o substrato pela ligação no sítio ativo, e não pode ser transformado pela enzima (estrutura tridimensional parecida com a do substrato); Pode ser revertida com o aumento da concentração do substrato.
Ex: Metanol no fígado de pessoas intoxicadas é transformado em formaldeído (que é muito lesivo para tecidos e causa cegueira) pela enzima álcool desidrogenase. O álcool compete com o metanol pela enzima, desta forma é aplicado álcool em junção endovenosa para diminuir a formação de formaldeído e o metanol é excretado na urina sem maiores danos.
b) Incompetitiva - O inibidor só vai se ligar, se o substrato ligar-se ao sítio ativo
c) Não Competitiva - Liga-se independentemente do substrato ligar-se ou não.
Inibição Alostérica: O inibidor liga-se à enzima, mas em local diferente do sítio ativo alterando a conformação da enzima; Não atende ao comportamento cinético.
Enzimas Alostéricas: Em alguns sistemas multienzimáticos, umas das primeiras enzimas, a enzima regulatória, é inibida pelo produto final do sistema multienzimático, sempre que este produto aumenta acima da concentração usual, indicando que ele está sendo produzido em excesso para as necessidades da célula. Este tipo de regulação é chamada de inibição retroativa (feed back). Essas enzimas são geralmente oligoméricas, com sítios ativos regulatórios e catalíticos distintos, e apresentam cinética sigmóide de velocidade e não obedecem a cinética de Michaelis-Mentem.
Fonte:http://aumentandoconhecimentos.blogspot.com.br/2008/04/bioqumica-enzimas.html
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