Professora: Erika Liz. C i n é t i c a. E n z i m á t i c a

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1 rofessora: Erika Liz C i n é t i c a E n z i m á t i c a

2 Elementos da Enzimologia Reações Químicas Termodinâmica estuda a viabilidade e a reversibilidade das reações, a partir da análise do conteúdo energético inicial e final de uma transformação. Cinética Trabalha com a velocidade com que as reações acontecem. Teoria das colisões As moléculas para reagirem em uma solução devem colidir com orientação apropriada na qual levará a um estado de transição.

3 Elementos da Enzimologia Energia livre de ativação É a energia inicial necessária para que a reação ocorra. Estado de transição É o ponto da reação que possui a maior energia de ativação. A reação está no ponto máximo da barreira energética que separa os reagentes e os produtos.

4 Elementos da Enzimologia Catalisadores - Compostos capazes de aumentar a velocidade da reação sem alterar a proporção entre reagentes e produtos. Criam novos caminhos para que a reação ocorra com uma menor energia de ativação.

5 Reação catalisada Reação não catalisada

6 Enzimas são agentes de função metabólica ua função é a de acelerar as reações do metabolismo Também chamados de catalisadores biológicos Características 1) As enzimas possuem um enorme poder catalítico; podem acelerar reações em até vezes em relação à reação não catalisada 2) Uma enzima é bastante seletiva, tanto em relação à substância com a qual ela interage, como em relação à reação que ela catalisa 3) A atividade enzimática pode ser regulada de acordo com as necessidades da célula

7 A noção de que há uma complementaridade entre a enzima e o substrato é fundamental na enzimologia Mas, enzimas são moléculas grandes e os substratos moléculas pequenas, na maioria das vezes. Assim, a complementaridade está restrita a um locus especifico, o chamado sítio ativo. É ali que a enzima liga o sustrato para formar o complexo enzimasubstrato.

8 Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das enzimas originou Chave-Fechadura, que considera que a enzima possui sitio ativo complementar ao substrato. Koshland (1958): Encaixe Induzido, enzima e o substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição.

9 ENZIMA CLAIFICAÇÃO 9 Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas. 1. Oxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons) 1.1.atuando em CH-OH 1.2.atuando em C=O 1.3.atuando em C=O- 1.4.atuandoemCH-NH atuando em CH-NH- 1.6.atuando em NADH, NADH 2.Transferases (transferem grupos funcionais entre moléculas) 2.1.grupos com um carbono 2.2.grupos aldeído ou cetona 2.3.grupos acil 2.4.grupos glicosil 2.7.grupos fosfatos 2.8.grupos contendo enxofre 3.Hidrolases (reações de hidrólise) 3.1.ésteres 3.2.ligações glicosídicas 3.4.ligações peptídicas 3.5.outras ligações C-N 3.6.anidridos ácidos

10 ENZIMA CLAIFICAÇÃO 10 Classificação das enzimas segundo a Comissão de Enzimas. 4.Liases (catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico) 4.1. =C=C= 4.2. =C=O 4.3. =C=N- 5.Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros) 5.1.racemases 6.Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-existentes, sempre às custas de energia) 6.1. C-O 6.2. C C-N 6.4. C-C

11 ubclasses ENZIMA CLAIFICAÇÃO Exemplos de Tipo de reação catalisada Classe ubclasses Hidratases Adicionam H 2 O à ligas duplas Liases Quinases Transferem fosforilas do AT Transferase Mutases Movem fosforilas dentro da Isomerase mesma molécula intases íntese independente de AT Transferases intetases íntese dependente de AT Ligases 11

12 Muitos agentes inibem (diminuem) a atividade de enzimas Estes agentes recebem o nome genérico de INIBIDORE Muitas drogas são inibidores de atividade enzimática (os anti-inflamatórios não-esteróides, por exemplo, inibem a ciclo-oxigenase) Muitos reguladores metabólicos são inibidores IRREVERÍVEL causada em geral por agentes (inibidores) que reagem covalentemente com a enzima. REVERÍVEL os inibidores ligamse à enzima através de interações não-covalentes (interação iônica, por exemplo) Inibição competitiva Inibição não-competitiva

13 Inibidores Reversíveis Competitivos Há competição pelo centro ativo do enzima O inibidor é estruturalmente semelhante ao substrato A inibição pode ser revertida adicionando mais substrato ao meio

14 Inibidores Reversíveis Não competitivos O inibidor liga-se a um local específico da enzima (que não o centro ativo) O inibidor liga-se tanto a enzima livre como ao complexo E

15 Fatores que influenciam a atividade enzimática Fatores decorrentes da natureza protéica (estrutura) das enzimas ph; E + + temperatura; Fatores decorrentes da formação do complexo E concentração das enzimas; concentração dos substratos;

16 ph ótimo de algumas enzimas Enzim a ph ótim o epsina 1,5 Tripsina 7,7 C atalase 7,6 A rginase 9,7 Fu m arase 7,8 R ibonuclease 7,8 OR QUE O ph AFETA A ATIVIDADNZIMÁTICA? A) a ligação do substrato pode depender de grupos dissociáveis (COOH/ NH3)no sítio ativo e no próprio substrato B) o ato catalítico pode depender de grupos dissociáveis C) a conformação da proteína varia com o ph, podendo inclusive haver desnaturação em phs extremos

17 Influência da temperatura do meio sobre a atividade enzimática a taxa de reação aumenta, como se observa na maioria das reações químicas; a estabilidade da proteína decresce devido a desativação térmica. Ativação térmica Temperatura ótima Desnaturação térmica

18 Influência da concentração da enzima sobre a atividade enzimática Recomenda-se: Velocidade de transformação do em --Quantidade de E. Enzimascomaltograudepureza; ubstratos puros; Métodos de análise confiável. [E]

19 Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática [] varia durante o curso da reação à medida que é convertido em. []

20 Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática Baixa concentração de substrato + + Formação do produto é ROORCIONAL à concentração de substrato

21 Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática 100 % de saturação do centro ativo da enzima + + Formação do produto é ROORCIONAL à concentração de substrato

22 Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática [ubstrato] em excesso + Velocidade da reação independe da [] +

23 Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática Em baixas concentrações de substrato a velocidade de reação é de primeira ordem isto é, é proporcional a concentração de substrato Em altas concentrações de substrato, a velocidade da reação é de ordem zero isto é, é constante e independente da concentração de substrato []

24 Cofator qualquer molécula não protéica que participa da catálise enzimática Coenzima é um cofator orgânico que auxilia a enzima no ato catalítico (em geral transferência de grupos) ode estar ou não ligada covalentemente à proteína Quando está ligada covalentemente constitui, adicionalmente, um grupo prostético Estrutura Enzimática roteína Holoenzima Cofator Apoenzima ou Apoproteína ode ser: íon inorgânico molécula orgânica Grupo rostético Covalente Coenzima

25 Cinética Enzimática Medir as velocidades das transformações que se processam; Estudar a influência de condições de trabalho naquelas velocidades; Correlacionar as velocidades das transformações com alguns dos fatores que afetam; Colaborar na otimização do processo considerado; Estabelecer critérios para o controle do processo; rojetar o reator mais adequado.

26 Cinética Enzimática Estudo do mecanismo da combinação Enzima ubstrato; Compreensão da atividade enzimática; E Leonor Michaelis -Enzimologista Maude Menten - ediatra

27 O que é uma constante de velocidade? A constante de velocidade é um número, um parâmetro, a ser determinado empiricamente e que, quando multiplicado pela concentração nos fornece a velocidade de um processo. L. M ichaelis e M. L. M enten propuseram um a teoria geral sobre a ação das enzim as em 1910, propondo um rápido equilíbrio entre o substrato e a enzim a: E + k 1 k 2 E ara um equilíbrio pode-se escrever: k 1 [E ][] = k 2[E ] [E][ ] k s = = [E ] k k 2 1 O produto é form ado num a segunda etapa: k 1 k 3 E + + k 2 No final E é liberado para ligar outra m olécula do substrato.

28 Isto leva, finalmente, à EQUAÇÃO DE MICHAELI-MENTEN: v = V K max M [ ] + [] V= Vm.[] Km +[] Onde Vm é velocidade máxima da reação Km+ [] = []. Vm V Km= []. Vm.2 Vm [] Quando V=Vm 2 Km= []

29 20 V max Vmax /2 O K M é a concentração de substrato para o qual 5 v = V max /2 0 K M Concentração do substrato, [] Numericamente, Kmpode ser expresso como a [substrato]necessária para que a velocidade da reação seja metade da velocidade máxima

30 A constante de Michaelis, K M : K M = k 2 + k k 1 3 K M tem as unidades da molaridade, e é uma medida da afinidade da enzima pelo substrato; quanto menor K M, maior a afinidade da enzima pelo substrato. Km Km Afinidade da enzima pelo substrato Afinidade da enzima pelo substrato

31 O B R I G A D A!