Cat Ca ab a olismo Anab a ol o ismo

Transcrição

1 A acção das enzimas

2 Metabolismo celular É o conjunto de reacções químicas que ocorrem numa célula. Catabolismo moléculas complexas são convertidas em moléculas mais simples, com libertação de energia. Anabolismo síntese de moléculas complexas a partir de moléculas simples, com gasto de energia. As reacções de catabolismo e anabolismo relacionam-se de tal modo que a energia libertada pelas primeiras é utilizada nas segundas.

3 Energia de activação Corresponde à energia que é necessária fornecer ao sistema para se iniciar uma reacção química. A ocorrência de uma reacção química implica a ruptura de ligações químicas nas moléculas dos reagentes e a formação de novas ligações químicas que dão origem aos produtos da reacção.

4 Enzimas - Catalisadores biológicos As reacções químicas que ocorrem nas células envolvem moléculas muito estáveis e cuja energia de activação é elevada. Não pode ser o calor a fornecer a energia de activação, uma vez que causaria a desnaturação das proteínas e a morte celular.

5 Biocatalisadores/catalisadores químicos Diminuem a energia de activação e, consequentemente, aumentam a velocidade das reacções químicas; Não são destruídos nas reacções químicas que catalisam; Não alteram o equilíbrio químico das reacções em que participam.

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7 Vias metabólicas A sequência de enzimas que funcionam em cooperação num conjunto de reacções constitui uma cadeia enzimática. O conjunto ordenado de reacções que ocorrem com intervenção de uma cadeia enzimática é uma via metabólica.

8 Propriedades das enzimas Enzima do grego zýme fermento 1878: o termo enzima é introduzido por Kühne 1883: Duclaux propôs acrescentar o sufixo ase ao termo que designava a substância sobre a qual a enzima actuava (substrato).

9 Que características apresentam as enzimas? Exercício 2 pág. 206

10 Especificidade enzimática A complementaridade entre o substrato e o centro activo da enzima está na origem da especificidade de acção enzimática. Especificidade absoluta a enzima actua apenas sobre um determinado substrato. Especificidade relativa a enzima actua sobre um conjunto de substratos química e estruturalmente relacionados.

11 Estrutura das enzimas Enzimas: proteínas com conformação tridimensional que possuem uma região através da qual se estabelece a ligação ao substrato o centro activo. Substrato: molécula sobre a qual a enzima actua. Centro activo: corresponde, geralmente, a uma reentrância na molécula da enzima onde se localizam determinados aminoácidos (entre 3 e 12).

12 A ligação do substrato ao centro activo da enzima forma o complexo enzima-substrato. As ligações que se estabelecem no complexo enzima-substrato são fracas, mas suficientes para desencadear a conversão do substrato em produtos. Os produtos deixam o centro activo e a enzima fica livre para catalisar a transformação de outro substrato.

13 As enzimas, a nível celular, intervêm quer em reacções de anabolismo, quer em reacções de catabolismo: Reacções de anabolismo (síntese) Reacções de catabolismo (análise)

14 Cofactores Certas enzimas estão associadas a elementos não proteicos essenciais à sua actividade os cofactores. Nestes casos, a região proteica da enzima designa-se apoenzima e a associação entre a apoenzima e o cofactor designa-se holoenzima.

15 Os cofactores podem ser Iões metálicos, como o magnésio (Mg 2+ ) ou o ferro (Fe 2+ ); Moléculas orgânicas designadas coenzimas, como certas vitaminas do complexo B.

16 Embora as enzimas difiram em alguns aspectos estruturais e funcionais, os centros activos apresentam algumas características comuns: Ocupam uma pequena parte do volume total da enzima; Correspondem, geralmente, a uma fenda ou cavidade existente na estrutura da molécula proteica; A especificidade da ligação ao substrato depende do arranjo dos átomos no centro activo; O número de centros activos de uma enzima é variável. Por exemplo, quando intervêm cofactores há centros activos adicionais.

17 Que interacções se podem estabelecer entre os intervenientes de uma reacção enzimática? Exercício 4 pág. 209

18 Mecanismo de acção enzimática Nas reacções químicas catalisadas por enzimas verifica-se, ao longo do tempo: diminuição da concentração do substrato; diminuição, seguida de estabilização, da concentração de enzima livre; aumento, seguido de estabilização, da concentração de [ES]; aumento da concentração de produto.

19 Modelo da chave-fechadura Modelo do encaixe induzido

20 Inibição da actividade enzimática Inibidores: substâncias capazes de provocar uma diminuição da actividade das enzimas, Podem apresentar diferentes mecanismos de actuação. Irreversível; Reversível.

21 Inibição irreversível O inibidor combina-se permanentemente com a enzima, através de ligações covalentes, tornando-a inactiva ou provocando a sua destruição. Muitos venenos são inibidores enzimáticos irreversíveis, como é o caso dos DDT, do mercúrio, do cianeto, etc.

22 Inibição reversível O inibidor combina-se temporariamente com a enzima, através de ligações fracas; Quando se dissocia, a enzima permanece funcional e capaz de transformar o substrato; Pode ser: competitiva ou não competitiva.

23 Inibição competitiva Uma molécula estruturalmente semelhante ao substrato, mas resistente à acção da enzima, liga-se ao centro activo da mesma, impedindo a ligação do verdadeiro substrato. O inibidor e o substrato COMPETEM pelo centro activo da enzima.

24 Inibição não competitiva Também se designa por inibição alostérica. Ligação do inibidor a um local que não corresponde ao centro activo (centro alostérico), alterando a estrutura globular da enzima e, como tal, alterando a forma do seu centro activo. Assim, a enzima deixa de ser activa. O inibidor e o substrato NÃO COMPETEM pelo centro activo, ligam-se em locais diferentes.

25 Na célula existem inibidores naturais que regulam o metabolismo celular. Exemplo: repressor do operão lac Pode ligar-se ao operador ou à lactose. Quando se liga a um fica alterado e impossibilitado de se ligar ao outro. Quando existe lactose liga-se a ela, não se podendo ligar ao operador; quando não existe lactose, liga-se ao operador. Também uma via metabólica se pode auto-regular atendendo a que o produto de uma reacção enzimática pode controlar a actividade de outra enzima, funcionando assim como inibidor.

26 Factores que influenciam a actividade enzimática Temperatura ph Concentração de substrato Concentração de enzima Inibidores

27 Como varia a actividade das enzimas com diferentes factores do meio? Actividade 5 da pág. 213

28 Temperatura A elevadas temperaturas a enzima sofre desnaturação, com consequente perda permanente de actividade biológica; Ao contrário das temperaturas elevadas, as baixas temperaturas causam a inactivação das enzimas, mas não as destroem; A actividade é retomada em valores de temperatura mais elevados; A maioria das enzimas humanas tem uma temperatura óptima de actuação de 37 o C.

29 ph As enzimas têm um ph óptimo de actuação, acima e abaixo do qual a sua actividade diminui e acaba por cessar; O ph do meio influencia a conformação do centro activo da enzima e, consequentemente, a sua interacção com o substrato.

30 Concentração de substrato Ao aumento da concentração de substrato corresponde o aumento da actividade enzimática, desde que haja enzima disponível. Estando todos os centros activos ocupados atinge-se um ponto de saturação pelo que a actividade enzimática estabiliza, uma vez que a taxa de formação de novas ligações ao substrato é igual à taxa de separação dos produtos.

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32 Concentração da enzima Aumentando a concentração da enzima, aumenta a velocidade da reacção desde que haja substrato disponível.

33 Inibidores A presença de inibidores diminui a actividade enzimática. Os efeitos dependem do tipo de inibição: Inibição irreversível ao aumento da concentração de inibidor corresponde a diminuição da actividade enzimática, dado que os centros activos da enzima vão ficando progressivamente bloqueados. Inibição reversível competitiva o aumento da concentração de substrato permite aumentar a actividade enzimática, dado que cada vez mais centros activos passam a ser ocupados pelo substrato. Inibição reversível não competitiva a actividade enzimática diminui com o aumento da concentração do inibidor. O aumento da concentração do substrato não tem qualquer efeito.

34 Classificação e nomenclatura das enzimas 1883 Duclaux (nome do substrato + sufixo ase) 1961 Comissão para as Enzimas da União Internacional de Bioquímica (seis classes) Ver quadro pág. 215