Universidade Federal do Pampa Campus Itaqui Bioquímica. Profa. Dra. Marina Prigol

Transcrição

1 Universidade Federal do Pampa Campus Itaqui Bioquímica Profa. Dra. Marina Prigol 1

2 1) O organismo deve ser capaz de se autoreplicar 2) O organismo deve ser capaz de catalisar reações químicas com eficiência e seletividade O 2 + CO 2 + H 2 O 2

3 Catálise Conceito: As enzimas são proteínas especiais com função catalítica, ou seja, aceleram as reações bioquímicas que ocorrem nas células 3

4 A atividade catalítica de enzimas tem sido utilizada pelo homem há milhares de anos Fermentação do suco de uva para obtenção do vinho; Fabricação de queijo; Fabricação de pão. No entanto, estas eram apenas aplicações práticas, uma vez que o conhecimento do modo de ação dos catalisadores biológicos só recentemente foi elucidado. 4

5 Classificação das Enzimas: considera tipo de reação e substratos Nomenclatura oficial das enzimas é dada pela Enzyme Comission da International Union for Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB) : ATPase (Adenosinatrifosfatase): EC é uma hidrolase atua num anidrido o anidrido contém fosfato esse anidrido é ATP Óxido-redutases ( Reações de óxidoredução). 2. Transferases (Transferência de grupos funcionais) 3. Hidrolases (Reações de hidrólise) 4. Liases (Adição a ligações duplas) 5. Isomerases (Reações de isomerização) Transferência de elétrons Se uma molécula se reduz, há outra que se oxida. grupos aldeído gupos acila grupos glucosil grupos fosfatos (quinases) Transformam polímeros em monômeros. Atuam sobre: Ligações éster Ligações glicosídicas Ligações peptídicas Ligações C-N Entre C e C Entre C e O Entre C e N Números identificam o tipo de reação e o tipo de substrato alvo 6. Ligases (Formação de laços covalentes com gasto de ATP) Entre C e O Entre C e S Entre C e N Entre C e C

6 -Catalisam centenas de reações nas quais as moléculas nutrientes são degradadas, a energia química é conservada e transformada e as macromoléculas biológicas são sintetizadas; -Importância em doenças, onde pode ocorrer a ausência ou a deficiência de uma determinada enzima; -Muitas drogas exercem seu efeito biológico por meio das enzimas; -São ferramentas importantes na engenharia química, na tecnologia de alimentos e na agricultura. 6

7 A banana é composta por cerca de 20% de amido, que no amadurecimento se transforma em açúcar: isso ocorre porque várias enzimas agem sobre os grãos de amido e os degradam, enquanto outras enzimas os transformam sintetizando a sacarose 7

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11 Com exceção de alguns RNAs (Ribozimas) que são catalisadores durante seu próprio processamento. Atividade catalítica Conformação nativa de proteína 11

12 *Sítio ativo *Cofatores *Eficiência catalítica *Especificidade *Localização celular *Regulação por ativação ou inibição. 12

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14 Cofator Fe 2+ Mg 2+ Zn 2+ Coenzima Carregadores transitórios de grupos funcionais Complexo Orgânico Tetraidrofolato Piridoxal fosfato 14

15 Uma enzima completa cataliticamente ativa junto com sua coenzima e/ou íons metálicos (grupos prostéticos) é denominada holoenzima. A parte proteica de uma dessas enzimas é denominada apoenzima ou apoproteína. 15

16 ENZIMA PEROXIDASE COFATOR Fe +2 ou Fe +3 CATALASE CITOCROMO OXIDASE Cu +2 ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn +2 HEXOQUINASE Mg +2 UREASE Ni +2 16

17 Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis Coenzima Abreviatura Reação catalisada Origem Nicotinamida adenina NAD + Oxi-redução Niacina ou dinucleotídio Nicotinamida adenina dinucleotídio fosfato Flavina adenina dinucleotídio Vitamina B 3 NADP + Oxi-redução Niacina ou Vitamina B 3 FAD Oxi-redução Riboflavina ou Vitamina B 2 Coenzima Abrev. Reação catalisada Origem Coenzima A CoA-SH Transferência de Biotina grupo acil Transferência de CO 2 Piridoxal fosfato PyF Transferência de Metilcobalamina grupo amino Transferência de unidades de carbono Tetrahidrofolato THF Transferência de Tiamina pirofosfato TPP unidades de carbono Transferência de grupo aldeído Pantotenato ou Vitamina B 5 Biotina ou Vitamina H Piridoxina ou Vitamina B 6 Cobalamina ou Vitamina B 12 Ácido fólico Tiamina ou Vitamina B 1 17

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19 Substrato Molécula que sofre a ação da enzima e é transformada em produto durante a catálise, que ocorre no sítio ativo Sítio Ativo Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato. Possui aminoácidos auxiliares e de contato. 19

20 O sítio ativo contém cadeias laterais de aa que criam uma superfície tridimensional complementar ao substrato (complexo ES), os quais catalizam a reação. 20

21 LIGAÇÃO ENZIMA- SUBSTRATO Emil Fischer (1894): Modelo Chave-Fechadura, que considera que a enzima possui sitio ativo complementar ao substrato. 21

22 Termodinâmica Reações endergônicas (anabolismo) que absorvem energia aplicada ao funcionamento da célula, produzindo novos componentes. Reações exergônicas (catabolismo) que liberam energia para o trabalho celular a partir do potencial de degradação dos nutrientes orgânicos; 22

23 Energia de ativação (Ea) Barreira energética existente entre os reagentes e os produtos, que representa a energia necessária para a formação do complexo ES. Assim é preciso fornecer energia aos reagentes para ultrapassar a barreira 23

24 Energia de ativação Energia fornecida a um sistema p/ vencer a inércia química dos reagentes; Barreira que separa R dos P; Barreira energética p/ as reações químicas; Crucial p/ a existência dos organismos vivos, pois Energia ativação Estabilidade molecular 24

25 Os catalisadores aumentam a velocidade das reações por diminuírem as energias de ativação! C 12 H 22 O 11 + O 2 CO 2 + H 2 O 25

26 A função das Enzimas é a Energia de ativação de modo seletivo. Assim a velocidade das reações necessárias à sobrevivência da célula sem afetar o equilíbrio das reações. 26

27 As enzimas... Aceleram reações químicas Catalase H 2 O 2 H 2 O + O 2 Ex: Decomposição do H 2 O 2 Condições da Reação Energia livre de Ativação KJ/mol Kcal/mol Velocidade Relativa Sem catalisador Platina 75,2 18,0 48,9 11,7 1 2,77 x 10 4 Enzima Catalase 23,0 5,5 6,51 x 10 8

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29 Equação de Michaelis e Menten 29

30 Vmáx: A velocidade máxima é atingida quando os centros catalíticos na enzima estão saturados com substrato [ES] = [E T ] Km: Reflete a afinidade da enzima por um substrato. Igual a concentração do substrato na qual a velocidade da reação é igual a metade da Vmáx. 30

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32 Reversível Irreversível Competitiva Não-competitiva 32

33 Inibidor compete com o substrato pelo sítio ativo da enzima 33

34 Medicamentos anti hipertesivos (enalapril) inibem 34

35 Inibidor se liga em um sítio diferente do sítio ativo do substrato 35

36 Reversível Irreversível Ligação covalente à enzima Destruição de grupo funcional da enzima Inativadores suicidas 36

37 Organofosforados inseticidas que inibem a enzima acetilcolinesterase cerebral, levando ao acúmulo de acetilcolina, provocando estimulação descontrolada do sistema nervoso e levando o inseto afetado à morte. 37

38 O mecanismo de ação do glifosato é bastante singular porque ele é o único herbicida capaz de inibir especificamente a enzima 5-enolpiruvilchiquimato-3-fosfato-sintase (EPSPs) que catalisa a condensação do ácido chiquímico e do fosfato piruvato, evitando, assim, a síntese de três aminoácidos triptofano, fenilalanina e tirosina auxina 38

39 Fatores externos: Temperatura ph Fatores que envolvem os componentes da reação: Concentração do substrato Concentração da enzima 39

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41 O ph ótimo varia para diferentes enzimas Efeito do ph na desnaturação da enzima 41

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43 Estudo dirigido sobre Enzimas 1- O sabor doce do milho recém colhido deve-se a um alto conteúdo de açúcar no grão. O milho comprado em mercados (vários dias depois de colhido) não é tão doce porque 50% do açúcar livre é convertido em amido dias após a colheita. Para manter a doçura do milho fresco, depois de debulhado o milho deve ser imerso em água fervente por alguns minutos e então resfriado em água fria. O milho processado dessa maneira e mantido congelado mantém a doçura. Qual é a base bioquímica desse processo? 2- Qual a função e importância das enzimas? 3- O que são grupos prostéticos? 4- Cite algumas características das enzimas. 5- Descreva o funcionamento das enzimas. E explique de que forma elas alteram a velocidade das reações. 6- Em relação à cinética das enzimas explique Vmáx e Km. 7- A inibição enzimática pode ser reversível ou irreversível. Explique cada uma delas citando exemplos. 8- Qual a diferença entre inibição competitiva e não competitiva? 9- Explique quais s fatores que afetam a velocidade de uma reação catalisada por enzimas. 43