União de Ensino Superior de Campina Grande Faculdade de Campina Grande FAC-CG Curso de Fisioterapia Enzimas e Coenzimas Prof. Dra. Narlize Silva Lira Cavalcante Março /2015
Enzimas Praticamente todas as reações no organismos são mediadas por enzimas; As enzimas são proteínas catalizadoras que aumentam a velocidade das reações, sem sofrerem alterações no processo global; Sendo assim, as enzimas comandam, todos os eventos metabólicos. (HARVEY, 2012)
Enzimas Sem as enzimas, as reações que ocorrem no nosso organismo seriam extremamente lentas. (HARVEY, 2012)
Nomenclatura das Enzimas Cada enzima recebe dois nomes: 1. O Primeiro é o nome curto e recomendado, conviniente para uso corriqueiro; 2. O Segundo é o nome mais completo e sitemático, utilizado quando a enzima precisa ser identificada sem ambiguidades. (HARVEY, 2012)
Nomenclatura das Enzimas A. Nome Recomendado: Frequentemente utilizados com o sufixo -ase adicionado ao nome do substrato da reação. Exemplo: Lactato-desidrogenase B. Nome Sistemático: As enzimas são divididas em classes principais, cada uma com numerosos subgrupos. Exemplo: Lactato:NAD + -Oxidorredutase (HARVEY, 2012)
Nomenclatura das Enzimas A International Union of Biochemistry and Molecular Biology Seis Grandes Grupos Tipo de Reação que Catalisam
Nomenclatura das Enzimas E.C. (Enzyme Commission of the IUBMB) 4 Dígitos 1. Classe 3. Grupos Químicos específicos que participam da reação. 2. Sub-Classe dentro da classe 4. A enzima propriamente dita
Nomenclatura das Enzimas Exemplo: Quimiotripsina: E.C. 3.4.21.1
Classificação das Enzimas CLASSES DAS ENZIMAS Oxidorredutases Transferases Hidrolases Liases Isomerases Ligases
Classificação das Enzimas Oxidorredutases Catalisam reações de oxido-redução; O substrato oxidado é um hidrogênio ou doador de elétron; Exemplo: Lactato - desidrogenase Lactato Piruvato
Classificação das Enzimas Transferases Catalisam a transferência de grupos entre duas moléculas; Exemplo: Alanina - aminotransterase
Classificação das Enzimas Hidrolases Catalisam a reação de hidrólise de várias ligações covalentes; Exemplo: Catalização de ligações peptídicas
Classificação das Enzimas Liases São enzimas que catalisam a clivagem de ligações C-C, C-O, C-N, entre outras através de hidrólise ou oxidação; Exemplo: Piruvato descarboxilase Piruvato Acetaldedeído
Classificação das Enzimas Isomerases Catalisam a modificação de uma única molécula, sem participação de outra; Produzem um rearranjo na estrutura; Exemplo: Alanina racemase L-Alanina D-Alanina
Classificação das Enzimas Ligases Catalisam reações de síntese de uma nova molécula a partir da ligação entre duas moléculas; Gastam energia gastam ATP; Exemplo: Glutamato-ammonia ligase ou glutamina sintetase.
Classificação das Enzimas
Características Gerais das Enzimas Aceleram o Catabolismo Grandes Moléculas Pequenas Moléculas Aceleram o Anabolismo Pequenas Moléculas Grandes Moléculas
Propriedades das Enzimas As enzimas são catalizadores proteicos que aumentam a velocidade de uma reação química, e não são consumidas durante a reação que catalisam; A. Sítios Ativos: As moléculas enzimáticas contêm uma região específica, onde o substrato liga-se à enzima, formando um complexo enzimasubstrato (ES);
Propriedades das Enzimas A. Sítios Ativos: Acredita-se que a ligação cause uma alteração conformacional na enzima (encaixe induzido) que permite a catálise; O complexo ES é convertido no complexo enzima-produto (EP), que posteriormente se dissocia em enzima e produto.
Propriedades das Enzimas B. Eficiência Catalítica: As reações catalisadas por enzimas são, em sua maioria, altamente eficientes, ocorrendo de 10 3 até 10 8 vezes mais rapidamente que as reações não catalisadas; C. Especificidade: As enzimas são altamente específicas, interagindo com um ou alguns poucos substratos e catalisando apenas um tipo de reação química;
Propriedades das Enzimas D. Holoenzimas: Algumas enzimas precisam de outras moléculas além da proteína para sua atividade enzimática; E. Regulação: A atividade enzimática pode ser regulada, isto é, as enzimas podem ser ativadas ou inibidas, a fim de que a velocidade de formação do produto responda às necessidades da célula;
Propriedades das Enzimas F. Localização Dentro da Célula: Muitas enzimas estão localizadas em organelas específicas dentro da célula. Essa compartimentalização serve para isolar o substrato ou o produto da reação de outras reações competitivas.
Reações Enzimáticas Alterações de Energia que Ocorrem Durante a Reação: As reações químicas têm uma barreira de energia separando os reagentes dos produtos; Essa barreira, denominada energia livre de ativação, é a diferença entre a energia dos reagentes e aquela de um intermediário de alta energia, que ocorre durante a formação do produto. A T* B
Reações Enzimáticas Energia de Ativação É a quantidade de energia necessária para iniciar a reação; Devido à grande energia livre de ativação, as velocidades das reações químicas não catalisadas são frequentemente lentas.
Reações Enzimáticas Velocidade da Reação Para as moléculas reagirem, devem conter energia suficiente para superar a barreira de energia do estado de transição; Quanto menor a energia livre de ativação, mais moléculas têm energia suficiente para superar o estado de transição e, assim, mais rápida é a velocidade da reação.
Fatores que Influenciam a Atividade Enzimática Temperatura A velocidade da reação aumenta com a temperatura, até um pico de velocidade ser atingido; Uma elevação maior da temperatura resulta em redução da velocidade de reação como resultado da desnaturação da enzima, induzida pela temperatura.
Fatores que Influenciam a Atividade Enzimática Temperatura A temperatura ótima para a maioria das enzimas humanas está entre 35 e 40 C; As enzimas humanas começam a desnaturar em temperaturas acima de 40 C.
Fatores que Influenciam a Atividade Enzimática Concentração do Substrato A velocidade de uma reação catalisada por uma enzima aumenta com a concentração do substrato, até uma velocidade máxima (V máx ) ser atingida; Velocidade máxima (V máx ): É o número de moléculas de substrato convertidas em produto por unidade de tempo.
Fatores que Influenciam a Atividade Enzimática ph A velocidade da reação depende de um ph ótimo; O ph ótimo varia para diferentes enzimas; ph extremos podem levar a desnaturação da enzima.
Holoenzimas São enzimas conjugadas; A unidade é formada por Apoenzima (porção proteica) + Coenzima (porção não proteica ou radical prostético);
Apoenzima Parte proteica da enzima; Isolada = Inativa (Incapaz de catalisar as reações químicas para as quais é específica);
Coenzima (Cofator ou Íon) São molécula orgânica pequenas, não proteica, frequentemente derivadas de vitaminas; Necessária ao funcionamento da enzima; Várias enzimas humanas são proteínas conjugadas, tendo como cofatores íons metálicos;
Coenzima (Cofator ou Íon) Cofator Íons Metálicos
Holoenzima
Cinética de Michaelis-Menten Base para a Cinética Enzimática; Ajudam a explicar como as enzimas trabalham Prever o comportamento das enzimas. (LEHNINGER, 2011)
Cinética de Michaelis-Menten (LEHNINGER, 2011)
Cinética de Michaelis-Menten Glicoquinase Hexoquinase (LEHNINGER, 2011)
Sítio Ativo Catalítico Região na superfície da enzima onde ocorre a catálise; O substrato liga-se ao sítio ativo por ligações fracas não covalentes. Modelos Propostos para Especificidade Enzimática: Chave-Fechadura Encaixe induzido (LEHNINGER, 2011)
Modelos Propostos Chave - Fechadura: Modelo proposto por Fisher (1890); Interação direta. (LEHNINGER, 2011)
Modelos Propostos Encaixe Induzido: Os sítios ativos ainda não estão completamente formados Alteração conformacional. (LEHNINGER, 2011)
Inibição Enzimática Substâncias que reduzem a atividade enzimática; Ex: Fármacos, conservantes de alimentos e venenos. Inibição Competitiva Inibição Não competitiva Inibição Incompetitiva Inibição Irreversível (LEHNINGER, 2011)
Inibição Enzimática Inibição Competitiva: Os inibidores competitivos competem com o substrato pelo centro ativo da enzima; Estas moléculas apresentam configuração semelhante ao substrato e por isso são capazes de se ligarem, ao centro ativo da enzima ; Produzem um complexo enzima-inibidor que é semelhante ao complexo enzima-substrato. (LEHNINGER, 2011)
Inibição Enzimática Inibição Competitiva: Succinato Desidrogenase Succinato Desidrogenase Succinato Fumarato Malonato (LEHNINGER, 2011)
Inibição Enzimática Mecanismo da Inibição Competitiva: (LEHNINGER, 2011)
Inibição Enzimática Inibição Não - Competitiva: Os inibidores não-competitivos não tem semelhança estrutural com o substrato da reação que inibem; A sua inibição se dá pela sua ligação a radicais que não pertencem ao grupo ativo Esta ligação vai alterar a estrutura da enzima e inviabilizar a sua catálise. (LEHNINGER, 2011)
Inibição Enzimática Mecanismo da Inibição Não - Competitiva: Os metais pesados, Hg 2+ e Pb 2+, são exemplos de inibidores, que se ligam aos grupos sulfidrílicos e modulam a conformação da enzima; (LEHNINGER, 2011)
Inibição Enzimática Inibição Incompetitiva: O inibidor se liga somente ao complexo ES; O inibidor não se combina com a enzima livre ; A inibição não é revertida pelo aumento da concentração do substrato. (LEHNINGER, 2011)
Inibição Enzimática Inibição Irreversível: Envolve modificação covalente e permanente do grupo funcional necessário para a catálise; Exemplo: Pesticidas (Inibem a acetilcolinesterase) (LEHNINGER, 2011)
Fármacos que Atuam como Inibidores Enzimáticos Antivirais, antitumorais e antibacterianos; Exemplos: A. Sulfas (A sulfanilamida compete com o ácido p-aminobenzóico necessário para o crescimento bacteriano); B. Omeprazol (Liga-se covalentemente a grupos sulfidrila da cisteína) ; C. 6-Mercapopurina (Compete com a adenina e guanina e é efetiva no tratamento de leucemias infantis). (LEHNINGER, 2011)
Regulação Alostérica As enzimas reguladas por moduladores ligados a sítio(s) adicional(is) e que sofrem mudanças conformacionais não-covalentes são denominadas alostéricas; Efetor Alostérico Positivo: Aumenta a afinidade da enzima pelo substrato e, assim, eleva a velocidade da reação. Efetor Alostérico Negativo: Reduz a afinidade da enzima pelo substrato e, assim, diminui a velocidade da reação. (LEHNINGER, 2011)
Zimogênio ou Pró-Enzima Precusor enzimático inativo; Requer uma alteração de conformação ou uma reação de hidrólise que revele o seu sítio ativo. Zimogênio Pró-colágeno Pró-caspases Pró-insulina Pró-elastase Enzima ativa Colágeno Caspases Insulina Elastase (LEHNINGER, 2011)
União de Ensino Superior de Campina Grande Faculdade de Campina Grande FAC-CG Curso de Fisioterapia Enzimas e Coenzimas Prof. Dra. Narlize Silva Lira Cavalcante narlize@gmail.com