ENZIMAS. Enzimas são proteínas especializadas que funcionam na aceleração de reações químicas. Função: catalisadores biológicos.

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1 ENZIMAS Enzimas são proteínas especializadas que funcionam na aceleração de reações químicas. Função: catalisadores biológicos. exceção: grupo de RNA catalítico (ribozimas) Importância da catálise: Sem a catálise, a maioria das reações químicas nos sistemas biológicos seria muito lenta para fornecer produtos na proporção adequada para sustentar a vida. * Uma enzima pode ficar, temporariamente, ligada covalentemente à molécula que está sendo transformada durante estágios intermediários da reação, mas no final da reação a enzima estará na sua forma original, quando o produto é liberado.

2 ENZIMAS * As enzimas podem aumentar a velocidade de uma reação por um fator de até vezes mais do que a reação não catalisada.

3 Propriedades das Enzimas São catalisadores biológicos extremamente eficientes e aceleram a velocidade da reação, transformando de 100 a 1000 moléculas de substrato em produto por minuto de reação. Atuam em concentrações muito baixas Atuam em condições específicas de temperatura e ph Possuem todas as características das proteínas Podem ter sua concentração e atividade reguladas Estão quase sempre dentro da célula, e compartimentalizadas.

4 ENZIMAS As enzimas apresentam um alto grau de especificidade: cada enzima possui uma organização estrutural específica, permitindo a ligação apenas do(s) seu(s) substrato(s). *há enzimas que aceitam como substrato qualquer açúcar de seis carbonos, enquanto outras só reconhecem a glicose. As enzimas são fundamentais para processos bioquímicos celulares tais como: - degradação das moléculas nutrientes; - transformação e conservação da energia química; - síntese de macromoléculas biológicas a partir de moléculas precursoras simples;

5 ENZIMAS Importância prática do estudo das enzimas: - em algumas doenças, especialmente nas desordens genéticas herdadas, pode ocorrer uma deficiência ou mesmo a ausência total de uma ou mais enzimas. Ex: fenilcetonúria (fenilalanina hidroxilase); doença de von Gierke (glicose-6-fosfatase hepática) - condições anormais podem ser causadas pela atividade excessiva de uma enzima; - medidas da atividade de enzimas no plasma sangüíneo, eritrócitos ou amostras de tecido são importantes no diagnóstico de várias doenças; VER - muitos fármacos exercem seu efeito biológico por meio de interações com as enzimas.

6 Enzimas na Clínica As enzimas podem ser utilizadas nas Análises Clínicas de 2 formas principais: Como reagentes altamente específicos e sensíveis em reações colorimétricas quantitativas Como indicadoras de lesão celular e tecidual: o extravasamento de enzimas do meio intra para o meio extracelular leva a um aumento da atividade destas no sangue; esta atividade pode ser medida e fornece importante informação diagnóstica e de evolução de um quadro clínico. A distribuição órgão-específica de algumas destas enzimas permite a localização da lesão com bastante precisão. Exemplos de doenças que podem ser diagnosticadas e acompanhadas enzimaticamente são: Infarto Agudo do Miocárdio (Creatina quinase, Lactato desidrogenase) Hepatite (Transaminases: ALT, AST) Pancreatite (Amilase, Lipase) Câncer de próstata (Fosfatase ácida prostática) VOLTAR

7 Nomenclatura das enzimas Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática: Nome Oficial: Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP:Glicose:Fosfo-Transferase EC X.X.X.X (EnzymeCommission) Nome Clássico: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com enzimas; utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Ex: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc. Nome Trivial: Consagrados pelo uso. Ex: Tripsina, Pepsina, Ptialina.

8 ENZIMAS Muitas enzimas são nomeadas pela adição do sufixo ase ao nome do seu substrato, ou à palavra ou frase que descreve sua atividade: - urease = catalisa a hidrólise da uréia - DNA polimerase = catalisa a polimerização dos nucleotídeos para formar o DNA

9 ENZIMAS Classificação das Enzimas As enzimas são divididas em seis grandes classes, cada uma com subclasses, de acordo com o tipo de reação que catalisam:

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11 Classe 1: Óxido-redutases transferência de elétrons (íons hidreto ou átomos de H). Ex: desidrogenases, redutases, oxidases e peroxidases. * Oxidação do etanol pela álcool desidrogenase.

12 Classe 2: Transferases reações de transferência de grupos. Ex: quinases, transcarboxilases e aminotransferases. * Reação catalisada por uma aminotransferase.

13 Classe 3: Hidrolases reações de hidrólise. Ex: amilase, urease, pepsina, tripsina, quimotripsina e várias peptidases e esterases.

14 Classe 4: Liases adição de grupos às duplas ligações ou formação de duplas ligações por meio de remoção de grupos. * A reação da fumarase.

15 Classe 5: Isomerases transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros.

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18 Classe 6: Ligases reações de síntese, onde duas moléculas são unidas, às custas de uma ligação fosfato de alta energia do ATP. * Reação da piruvato carboxilase.

19 ENZIMAS Como as enzimas funcionam? - as enzimas aceleram a velocidade das reações por diminuir sua energia de ativação: vídeo

20 A combinação do substrato com a enzima cria uma nova via de reação que tem um estado de transição de menor energia do que na ausência do substrato. vídeo

21 ENZIMAS Interação enzima-substrato: - a ligação com o substrato dá-se em uma região pequena e bem definida da enzima, chamada centro ativo (ou sítio ativo); - ocentroativo é formado por resíduos de aminoácidos e constitui uma cavidade com forma definida, que permite à enzima reconhecer seu substrato; vídeo - uma molécula, para ser aceita como substrato, deve ter a forma espacial adequada para alojar-se no centro ativo e grupos químicos capazes de estabelecer ligações com os radicais docentroativo;

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25 ENZIMAS Interação enzima-substrato: * a relação substrato-enzima não deve ser entendida como um modelo rígido de chave-fechadura (este modelo exemplifica a especificidade de uma enzima pelo seu substrato, mas não explica toda a complexidade da relação estabelecida entre eles durante a catálise); - na verdade, a aproximação e a ligação do substrato induz na enzima uma mudança conformacional, tornando-a ideal para a catálise (modelo do ajuste induzido)

26 Modelo da chave-fechadura.

27 Modelo do ajuste induzido e tensão do substrato: a) Aproximação entre substrato e enzima induz a formação do sítio ativo. b) Tensão no substrato induzida pela ligação do substrato à enzima, contorce os ângulos normais de ligação e ativa o substrato.

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33 ENZIMAS Fatores que interferem na atividade enzimática: - a estrutura e a forma do centro ativo são uma decorrência da estrutura tridimensional da enzima e podem ser afetadas por quaisquer agentes capazes de provocar mudanças conformacionais na proteína; - portanto, a atividade enzimática é dependente das características do meio, principalmente do ph e da temperatura;

34 As enzimas têm um ph ótimo (ou um intervalo de ph) no qual a sua atividade é máxima: em um ph maior ou menor, a atividade diminui. Velocidade de formação do produto

35 Velocidade de formação do produto

36 Fosfatase alcalina: ph ótimo = 10

37 Como ocorre com a maioria das reações químicas, a velocidade da reação enzimática, que a 0 C apresenta valores próximos de zero, é favorecida pela elevação da temperatura. * O gradativo aumento da velocidade só se verifica enquanto a enzima conservar a sua estrutura nativa.

38 ENZIMAS Inibidores Enzimáticos: - a atividade enzimática pode ser diminuída por várias substâncias (constituintes normais ou estranhas às células) provocando alterações significativas no organismo; - os inibidores normalmente encontrados nas células constituem um mecanismo importante de controle da atividade enzimática; - o uso in vitro de inibidores tem trazido um grande conhecimento sobre a estrutura das enzimas, a organização do centro ativo e o mecanismo de catálise.

39 ENZIMAS Inibidores Enzimáticos: - muitos medicamentos de uso na prática terapêutica baseiam suas propriedades na inibição específica de certas enzimas; - as propriedades tóxicas de muitos inibidores possibilita também o seu emprego no combate contra insetos (inseticidas); *os inibidores enzimáticos podem ser agrupados em duas categorias, de acordo com a estabilidade de sua ligação com a molécula de enzima, em inibidores reversíveis eirreversíveis.

40 ENZIMAS Inibidores Enzimáticos: -os inibidores reversíveis são divididos em dois grupos: os competitivos e os não-competitivos, baseando-se na competição (ou não) entre o inibidor e o substrato pelo centro ativo da enzima; * Os inibidores competitivos competem com o substrato pelo centro * Os inibidores competitivos competem com o substrato pelo centro ativo da enzima por apresentarem configuração espacial semelhante à do substrato:

41 ENZIMAS Inibidores Enzimáticos: * Um exemplo clássico de inibição competitiva é a ação do malonato sobre a reação catalisada pela succinato desidrogenase:

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44 ENZIMAS Inibidores Enzimáticos: * Os inibidores não-competitivos não possuem qualquer semelhança estrutural com o substrato da reação que inibem e seu efeito é provocado pela ligação a radicais não pertencentes ao centro ativo. *Ex: metais pesados como Hg 2+, Pb 2+ e Ag 2+, que reagem com os grupos -SH das proteínas.

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46 ENZIMAS Inibidores Enzimáticos: -os inibidores irreversíveis reagem quimicamente com as enzimas, levando a uma inativação praticamente definitiva; Ex:compostosorganofosforados formam ligações covalentes com o grupo -OH de resíduos de serina Aspirina transfere seu grupo acetil para o grupo -OH de um resíduo de serina na molécula da ciclooxigenase, inativando-a Penicilina liga-se especificamente as enzimas da via de síntese da parede bacteriana, tornando-as susceptíveis à lise

47 ENZIMAS Regulação da atividade enzimática: * Basicamente, existem dois mecanismos para a regulação da atividade enzimática: 1. Controle da disponibilidade de enzimas exercido sobre as velocidades de síntese e de degradação das enzimas que determinam sua concentração celular; 2. Controle da atividade da enzima, efetuado por mudanças estruturais da molécula enzimática e que redundam em alterações da velocidade de catálise. *Este efeito pode ser exercido mediante união não-covalente de moduladores (enzimas alostéricas), ou por modificação covalente da enzima.

48 ENZIMAS Regulação da atividade enzimática: * As enzimas alostéricas funcionam por meio de ligação nãocovalente de compostos reguladores chamados moduladores alostéricos. * As enzimas alostéricas sofrem mudanças conformacionais em resposta à ligação do modulador:

49 ENZIMAS Regulação da atividade enzimática: * A etapa reguladora em muitas vias metabólicas é catalisada por uma enzima alostérica. * Em alguns sistemas multienzimáticos, a enzima reguladora é inibida pelo produto final da via sempre que a sua concentração exceder as necessidades celulares:

50 *Inibição por feedback.

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52 ENZIMAS Regulação da atividade enzimática: * Algumas enzimas reguladoras sofrem modificação covalente reversível. * Entre os grupos modificadores estão: fosfato, adenosina monofosfato, uridila monofosfato, adenosina difosfato ribose e grupos metila:

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54 ENZIMAS Regulação da atividade enzimática: * Algumas enzimas são sintetizadas em uma forma inativa, o zimogênio. * Para que o zimogênio adquira as propriedades de enzima, é necessário que haja hidrólise de determinadas ligações peptídicas e conseqüente remoção da cadeia de aminoácidos.

55 ENZIMAS Cofatores são imprescindíveis para a atividade de algumas enzimas: * Muitas enzimas necessitam da associação com outras moléculas ou íons para exercer seu papel catalítico. * Esses componentes da reação enzimática são genericamente chamados cofatores, os quais podem ser íons metálicos (Ca, Mg, Mn, Fe, Cu, Ni, Co, Zn, Se e outros) ou moléculas orgânicas, não- protéicas (coenzimas). 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.

56 ENZIMAS Cofatores são imprescindíveis para a atividade de algumas enzimas: * As enzimas que precisam de íons são chamadasmetaloenzimas. *Exemplos demetaloenzimas e seus correspondentes íons: -Anidrase carbônica (Zn 2+ ) -Piruvato quinase (K +, Mg 2+ ) -ATPase (Na +, Mg 2+ ) -Urease (Ni 2+ )

57 * Papel do Mg na atividade da hexoquinase: o Mg fica coordenado com o ATP, enfraquecendo a ligação fosfato terminal do ATP, facilitando a transferência do fosfato à glicose.

58 *Funções do Zn na anidrase carbônica: o Zn ligado à enzima gera um próton e uma hidroxila a partir da água, que são então adicionados ao CO 2.

59 Zn 2+ no mecanismo de reação da carboxipeptidase A. Zn 2+ ligado a enzima gera uma hidroxila nucleofílica a partir de água ligada, que ataca a carbonila da ligação peptídica, como indicado pelaseta.glu270ajudaporpuxaroprótondaágualigadaaozinco.(redesenhadodelipscomb, W.N.RobertA.WelchFound.Conf.Chem.Res.15:140,1971)

60 As coenzimas são geralmente derivadas de alguma vitamina hidrossolúvel:

61 * Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD + )

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