Enzimas. As enzimas são proteínas com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA que tem ação catalítica.

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Olívia Guterres Desconhecida
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1 Enzimas As enzimas são proteínas com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA que tem ação catalítica. Diferem dos catalisadores comuns em vários aspectos Velocidades de reações catalisadas por enzimas são cerca de 10 6 a maiores que as reações não catalisadas e são várias ordens de grandeza maiores que reações catalisadas quimicamente

2 Condições mais brandas de temperatura, pressão e ph qause neutro Maiorespecificidade Capacidade de regulação

3 Nomenclatura Adiciona-se o sufixo ase ao nome do substrato ou a uma expressão que descreva a ação catalítica urease : catalisa a hidrólise da uréia álcool desidrogenase: catalisa a oxidação de álcoois em seus aldeídos

4 Classificação Sistemática: International Union of Biochemistry and Molecular Biology- classificação de acordo com a natureza da reação.

5 Nome sistemático Carboxipeptidase A (hidrolisa resíduo C-terminal de um Polipeptídeo) Nome sistemático: Peptidil-L-aminoácido-hidrolase Número de classificação: EC (classe, sub-classe, sub-subclasse e o número de série arbitrariamente dentro da susubclasse

6 Especificidade dos Substratos A ligação enzima-substrato depende de forças não covalentes O sítio de ligação consiste de um entalhe ou sulco complementar ao substrato

8 Modelo chave-fechadura Pontes de hidrogênio Grupos hidrofóbicos

9 As enzimas são estereoespecíficas As enzimas por sua quiralidade inerente (L-aa) Formam síteos assimétricos São altamente específicas para a ligação de substratos quirais

10 Algumas enzimas são muito promíscuas na variedade de substratos e especificidade geométrica Exemplo: quimiotripsina Hidrólise de ligações peptídicas Hidrólise de ligações éster

11 Enzimas Algumas enzimas funcionam apenas com a parte protéica, outras dependem de uma outra molécula Cofator um ou mais íons inorgânicos Fe 2+, Mg 2+, Mn 2+, Zn 2+ Coenzima complexo orgânico ou molécula orgânica.

12 Grupo Prostético = coenzima ou metal que tem ligação forte ou covalente com a proteína Holoenzima = proteína + coenzima ou metal Apoenzima = parte protéica dessa enzima

15 Pelagra- diarréia, dermatite, demência

16 As coenzimas são quimicamente modificadas nas reações enzimáticas e precisam ser regeneradas Álcool desidrogenase

18 E + S ES EP E + P

19 Energia de Ativação Diferença entre a energia do estado fundamental e a energia do estado de transição. Quando maior a energia de ativação mais lenta é a reação.

28 Mecanismos Catalíticos 1- catálise ácido-básica 2- catálise covalente 3- catálise por íons metálicos 4- catálise eletrostática 5- efeitos de proximidade e orientação 6- ligação preferencial do complexo do estado de transição

29 Tautomerização ceto-enólica é lenta devido à alta energia de ativação do estado de transição carbânion Não-catalisada Catálise ácida geral Catálise básica geral

30 Estrutura em raio X da RNase S pancreática bovina: hidrolisa RNA Tem 2 resíduos de His catalisadores ácido e básicos gerais essenciais para a catálise (His12 e His119)

31 His12 (pk 5,4) base geral retira um próton do 2 -OH Promovendo ataque nucleofílico ao átomo de fósforo. His119 ( pk 6,4) ácido geral, promove a protonação do grupo de saída

33 Catálise covalente: formação transitória de um intermediário covalente. Descarboxilação do acetoacetato Catalisada por aminas primárias

34 Catálise por íons metálicos Ligam-se ao substrato para orientá-lo Mediam reações de óxido-redução Estabilização eletrostática Em muitas reações catalisadas por íons metálicos, o íon atua da mesma maneira que um próton para neutralizar carga negativa, só que com mais eficiência por estarem presentes Em altas concentrações em ph neutro e podem ter cargas maiores que +1.

35 Exemplo: anidrase carbônica A carga do íon metálico faz com que as H 2 O ligada sejam ácidas que H 2 O livre e portanto o OH - funciona como nucleófilo. CO 2 + H 2 O HCO 3- + H + Zn 2+ está coordenado a 3 cadeias laterais de His e uma molécula de H 2 0. A H 2 O está polarizada Pelo Zn +2 e ioniza-se para catálise básica.

36 O resultante grupo OH - ligado ao Zn 2+ ataca nucleofílicamente o CO 2 ligado de modo enzimático na sua proximidade formando o HCO 3 - O sítio ativo é regenerado pela entrada de outra molécula de água

37 Catálise Eletrostática A ligação E-S exclui água do sítio ativo. O sítio ativo fica com características de solvente orgânico com interações eletrostáticas mais fortes. Os pks das cadeias laterais podem variar muito devido à proximidade de grupos carregados parece estabilizar os estados de transição

38 Catálise por proximidade e orientação Reação bimolecular do imidazol com o p-nitrofenilacetato A reação intramolecular é 24 x mais rápida

39 Pela ligação E-S as enzimas facilitam a reação por: 1- colocam os substratos em contato 2-orientação 3-suspendem movimentos relativos de translação e de rotação.

40 Catálise por ligação preferencial ao estado de transição Os aumentos das velocidades de reações catalisadas por enzimas são maiores do que poderia ser explicado por esses mecanismos Uma enzima pode ligar-se ao estado de transição com afinidade maior que a de reagentes e produtos. As enzimas tensionariam os substratos em direção ao estado de transição

41 A velocidade desta reação é 350 x maior quado R=CH 3 O reagente é tensionado por repulsão estérica entre os CH 3

42 Exemplo de mecanismos de catálise

43 Serina-proteases Enzimas proteolíticas que tem um resíduo de Ser particularmente reativo no seu mecanismo catalítico. As Ser-proteases incluem enzimas digestivas e proteínas mais especializadas que participam da coagulação, em processos de inflamação entre outros.

44 Quimiotripsina: catalisa hidrólise de ligações peptídicas Os grupos da quimiotripsina importantes para a catálise foram identificados por estudos de modificação química. Um teste para a presença de Ser no sítio ativo é a reação com diisopropilfosfofluoridrato (DIPF).

45 DIPF reage apenas com a Ser 195 da quimiotripsina

46 Outro resíduo catalítico descoberto foi a His 57, por marcação por afinidade. Nessa técnica um análogo do substrato liga-se ao sítio ativo formando uma ligação covalente estável

47 Reação do TPCK com a His 57 da quimiotripsina

48 1- Ataque nucleofílico da Ser do sítio ativo no átomo de Carbono da carbonila a ser clivada formando um Intermediário tetraédrico

49 2-Decomposição do intermediário pela doação do próton do N3 da His57 (catálise ácida-geral), O grupo de saída R NH 2 é liberado da enzima e substituído por H 2 O

50 O intermediário acil-enzima é deacilado. Nesse processo a água é o nucleófilo

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