Função proteica envolve a ligação reversível com outras moléculas O ligante se liga na proteína e um sítio específico, chamado SÍTIO DE LIGAÇÃO.

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1 Estrutura Função 1. Função proteica envolve a ligação reversível com outras moléculas. A molécula que se liga reversivelmente à proteina LIGANTE 2. O ligante se liga na proteína e um sítio específico, chamado SÍTIO DE LIGAÇÃO. Sítio de ligação: complementar ao ligante em tamanho, forma, carga, hidrofilicidade/hidrofobicidade, específico 3. A adaptação estrutural resultante da ligação da proteína ao ligante Adaptação Induzida ou Encaixe Induzido. 4. No caso da ENZIMA, Ligante = Substrato Sítio de ligação = Sítio Ativo, Sítio Catalítico Enzimas 1

2 Introdução 1. Duas condições fundamentais para a vida : (1) capacidade de se autoreplicar (2) capacidade de catalisar reações químicas eficiente e seletivamente Ex. : Açúcar pode ser estocado por anos, mas no organismo ele libera energia química em segundos catálise Energia C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O kj of energy Enzimas ENZIMAS - Proteínas altamente especializadas que possuem as seguintes propriedades: Eficiência catalítica extraordinária Alto grau de especificidade Podem ser reguladas 2

3 Eficiência Catalítica Eficiência catalítica: enzimas são catalizadores capazes de aumentar enormemente a velocidade de reações químicas específicas sem serem consumidos no processo. Sítio Ativo: Região específica, em forma de fenda ou bolso, onde cadeias laterais de aminoácidos criam um ambiente tridimensional complementar ao substrato. SÍTIO ATIVO Especificidade SUBSTRATO (ligante) Quimotripsina 3

4 Regulação A concentração e a atividade da enzima podem ser reguladas. Regulação da expressão gênica - ph, temperatura -Interação com moduladores/reguladores -Interação com inibidores Isso permite que a célula ajuste o metabolismo de acordo com as necessidades. Classificação São classificadas de acordo com o tipo de reação que catalisam 4

5 Algumas enzimas precisam de outras moléculas além da proteína para sua atividade enzimática. Grupos Prostéticos Cofatores e Coenzimas Cofatores : compostos inorgânicos 5

6 Cofatores e Coenzimas Cofatores : compostos orgânicos Enzimas: Como funcionam? 6

7 Enzimas diminuem a energia de ativação A função termodinâmica denominada de energia livre (G) é importante para compreender como as enzimas trabalham. Parâmetros termodinâmicos que deve-se considerar: 1) A variação de energia livre ( G) entre produtos e reagentes. G: indica a espontaneidade da reação 2) A energia necessária (energia de ativação) para iniciar a conversão dos reagentes em produtos. Determina a velocidade da reação Energia Livre de Ativação 7

8 Estabilização do estado de transição O Sítio Ativo funciona como um molde molecular flexível, que se liga ao substrato em uma estrutura geométrica similar ao estado de transição Glicose Sítio de Ligação do Substrato SÍTIO ATIVO A ligação do substrato ao sítio ativo induz alterações na conformação da proteína, amoldando sua estrutura e a do substrato de modo a favorecer a catálise. Cinética Enzimática 8

9 Cinética Enzimática Estuda o mecanismo de reações catalisadas enzimaticamente através do estudo da velocidade da reação enzimática e como ela se altera em função de mudanças nos parâmetros experimentais Cinética Enzimática Fatores que afetam a velocidade da reação enzimática: Temperatura ph Concentração do Substrato 9

10 1913: Teoria geral da ação das enzimas (Michaelis&Menten) 1913: Teoria geral da ação das enzimas (Michaelis&Menten) 1 2 E + S ES E + P 1. Inicialmente a enzima (E) se combina reversivelmente com o substrato (S) para formar o complexo ES, um passo relativamente rápido; 2. A seguir, o complexo ES se rompe liberando o produto (P) e regenerando a enzima livre (E) - uma etapa lenta. ETAPA LIMITANTE DA REAÇÃO! 10

11 Equação de Michaelis-Menten 1 2 E + S ES E + P As seguintes considerações são feitas ao derivar-se a equação de Michaelis & Menten: 1. A [S] é muito maior do que a [E] 2. [ES] não varia com o tempo, isto é a velocidade de formação de ES é igual ao da degradação ( Estado Estacionário ). 3. Velocidade inicial: As velocidades iniciais (V 0 ) são utilizadas na análise de reações enzimáticas. A Velocidade é medida assim que o substrato é adicionado. Equação de Michaelis-Menten Onde: V o : velocidade no tempo inicial quando a [S] >>> [E] V max : V máximo [S]: concentração do substrato K m : constante de Michaelis 11

12 Efeito da [S] sobre a Velocidade da Reação (Vo) E + S ES E + P [S] >>Km: Enzima está saturada com S (todas as enzimas econtram-se complexadas com o substrato). A velocidade independe da [S] [S] << Km: Grande quantidade de enzimas livres. A velocidade é proporcional à [S]. Gráfico dos Duplos-Recíprocos (Equação de Lineweaver- Burk) Transformação da equação de Michaelis e Mentem 12

13 K m K M = [S] quando v o = 1/2 Vmax. Em geral, quanto menor o K M, mais forte é ligação do substrato pela enzima. K M é usado como uma medida da afinidade da enzima pelo substrato 13

14 Inibição da Atividade Enzimática 1. Importância Farmacêutica do estudo da inibição enzimática Inibidores enzimáticos são agentes moleculares que interferem na catálise, diminuindo a velocidade da reação esse é o mecanismo de ação da grande maioria de agentes farmacêuticos. Ex. : Aspirina Inibidor da síntese de Prostaglandinas Antiinflamatório 2. Classificação: 1) Inibição Reversível: Inibição Competitiva Inibição Não-Competitiva Inibição Inconpetitiva Inibição Mista 2) Inibição Irreversível Inibição Competitiva Inibidor compete (reversívelmente) com o substrato pelo sítio ativo 14

15 Inibição Competitiva Cinética na presença de [I] crescentes [I] 5[I] 10 [I] 1. Vmax não se altera 2. Km aumenta Inibição Competitiva Exemplos: Intoxicação por Metanol Desidrogenase alcoolica converte metanol em formaldeído (tóxico!) que pode resultar em cegueira. Tratamento: ETANOL O etanol compete com o metanol pelo sítio ativo da enzima Exemplos: Fármacos que reduzem o colesterol - Lovastatina compete com a HMG-CoA pelo sítio ativo da HMG-CoA Redutase 15

16 Inibição Não-Competitiva Inibidor e substrato ligam-se a sítios diferentes! Inibição Não-Competitiva 1. Vmax diminui 2. Km não se altera 16

17 Inibição IRREVERSÍVEL Inibidores irreversíveis LIGAM-SE COVALENTEMENTE à enzima São úteis como ferramentas no estudo de mecanismo de reação, principalmente para a identificação de aminoácidos importantes para a catálise no sítio ativo. Quimotripsina Ligação covalente (Diisopropylfluorophosphate) 17