Estudo das enzimas, nomenclatura, classificação, mecanismos de ação e inibição enzimática.

1. Messias Miranda Junior
Enzimas
Messias.miranda@yahoo.com.br
Unidade Itapetininga - SP

2. 1.Replicação;
2.Catálise de reações químicas com eficiência e seletividade
CONDIÇÕES FUNDAMENTAIS DA VIDA:

3. Participam das vias bioquímicas
• Enzimas realizam o controle preciso do metabolismo
celular
• O metabolismo energético
é um dos principais
temas de estudo
da bioquímica
• Permitem resposta
e adaptação a um
meio em mudança

4. O que são as enzimas?
• Proteínas notáveis, altamente especializadas
– Alto grau de especificidade com substratos
• Poder catalítico extraordinário
• Aceleram reações químicas
– Em condições suaves de temperatura e pH
• São o centro e o objeto de estudo principal da
bioquímica
– Atuando de forma organizada catalisam centenas de
reações que degradam as moléculas dos nutrientes e
conservam suas energias
• Doenças ocorrem quando elas não funcionam bem
• Como os cientistas descobriram as enzimas?

5. LOUIS PASTEUR
 1835: Berzelius, conceito de catálise
 1885: fermentação do acúcar por lêvedos,
gerando álcool
 1896: Edward Buchner consegue fermentar o açúcar num
extrato de lêvedo sem vida!
 Fermentos, portanto, catalisavam reações químicas (açúcar a
álcool) – biocatalisadores
Louis Pasteur
1822-1895
Um pouco de história...

6. EMIL FISCHER
 Sacarase
 Quebra da sacarose em glicose e frutose
 Produziu diversos análogos de sacarose para
testar se a enzima funcionava
 Determinadas mutações tornavam os análogos
resistentes à sacarase
 Modelo de ação enzimática
chave-e-fechadura
Hermann Emil Fischer
1852 - 1919

8.  Kunitz e Northrop
 Eletroforese e centrifugação: enzimas
estão na fração protéica!
 Mesmo em quantidades proteícas
indetectáveis pelos métodos, as
enzimas continuavam tendo atividades
 Como as milhares de reações catalíticas
eram possíveis a uma proteína?
John Howard Northrop
1891-1987

9. Finalmente, Sanger
 1952
 Publica a primeira estrutura primária
de uma proteína: a Insulina, com 51
aminoácidos
 O trabalho mostrava também que a
estrutura das proteínas poderia ser
descrita pela sua sequência de aminoácidos, do N ao C
terminal
 A sequência, entretanto, não ajudava a prever a
função da proteína (antes da bioinformática)
Frederick Sanger
13 August 1918

10. CONCLUSÃO: HISTÓRIA DA BIOQUÍMICA
 As enzimas realizam reações catalíticas e transformam moléculas
umas nas outras
 Os organismos biológicos são ricos em enzimas e as enzimas
funcionam também fora dos organismos biológicos →
biotecnologia!
 As enzimas são proteínas formadas por polímeros de
aminoácidos
 A multiplicidade de função se dá pela interação tridimensional
formada (modelo chave-fechadura) por interações
não-covalentes a partir de uma série de
aminoácidos ligados covalentemente
(ligação peptídica)

11. Toda enzima é proteína?!
• Não!, há alguns RNAs que
funcionam enquanto enzimas
também
• Componente químico adicional
necessário para a função
– Cofator: íons inorgânicos
– Coenzima: moléculas orgânicas
complexas
– Se liga muito firmemente: grupo
prostético
• Enzima completa: holoenzima
– Parte protéica: apoenzima ou
apoproteína

12. Cobre
Ferro
Potássio
Magnésio
Manganês
Molbdênio
Níquel
Selênio
Zinco

13. Apoenzima Holoenzima
As enzimas quando ligadas
às coenzimas, são
chamadas de holoenzimas
Grupo prostético
(coenzima ou íon)

14. Nomenclatura das enzimas
• Normalmente se adiciona o sufixo ase ao nome do
substrato ou à atividade realizada
– Urease – hidrolisa a uréia
– DNA-polimerase – polimeriza DNA
– Pepsina – pepsis vem do grego (digestão)
– Lipase
– Protease

15. • Sistema de classificação
enzimático – EC number (Enzyme Commission)
– Quatro números: 2.7.1.1
• 1. Classe
• 2. Sub-classe dentro da classe
• 3. grupos químicos específicos que participam da reação.
• 4. a molécula que está recebendo o grupo funcional

19. • EXEMPLO: ATP: glicose-fosfotransferase EC 2.7.1.1
• 2 → Classe = Transferase
• 7 → Subclasse = fosfotransferase
• 1 → fosfotransferase que tem um grupo hidroxila como aceptor
• 1 → glicose como aceptor

20. 1. Oxido-redutases
São todas as enzimas que catalisam reações de oxidação-redução. O
substrato oxidado é um hidrogênio ou doador de elétron.
Lactato desidrogenase

21. 2. Transferases
São enzimas que catalisam a transferência de grupos entre duas
moléculas.
Alanina amino transferase

22. 3. Hidrolases
Catalisam a reação de hidrólise de várias ligações covalentes. O nome,
em geral, é dado pelo “substrato” + o sufixo “ase”.
Peptidases

23. 4. Liases
Liases são enzimas que catalisam a clivagem de ligações C-C, C-O, C-N,.

24. 5. Isomerases
Catalisam a modificação de uma única molécula, sem participação de
outra.

25. 6. Ligases
Catalisam reações de síntese de uma nova molécula a partir da
ligação entre duas moléculas, com a concomitante hidrólise de
ATP ou outro composto trifosfatado.

26. Moléculas catalisadoras que aumentam a velocidade das reações,
sem sofrerem alterações no processo global;
Na faixa de 106 a 1012 ordens de magnitude.
Praticamente todas as reações que caracterizam
o metabolismo celular são catalisadas por
enzimas.

27. Reação enzimática

28. Equilíbrio químico
• As enzimas realizam, muitas
vezes, as reações nos dois
sentidos
• A concentração de substratos e
produtos é o que define a
velocidade das reações
• Poder catalítico das enzimas vem
da energia livre liberada na
formação de ligações fracas
quando da interação enzima-
substrato
– Interações fracas entre ES são
otimizadas no estado de transição

29. Reação enzimática
• Reação se dá em fases:
• Enzima aumenta a velocidade das reações
• Os catalisadores aumentam a velocidade das
reações por que diminuem a energia de ativação

30. Bastonase como modelo enzimático
Estabiliza o
substrato

31. Cinética enzimática
• A concentração do substrato [S] influi
na velocidade das reações catalisadas
por enzimas
• Velocidade máxima é abstraída para
concentrações excessivas de
Substrato
• Constante de Michaelis-Menten
– kM = [S] correspondente a ½
Vmax;
V0

32. A velocidade da reação é diretamente proporcional à
concentração da enzima

33. Equação de Michaelis-Menten

34. Reações com dois substratos
• Enzimas podem formar os chamados complexos ternários ou
realizar as reações uma-depois-da-outra

35. • Velocidade das reações químicas depende também da faixa
de pH
– Maior velocidade está normalmente associada ao pH do ambiente
onde a enzima atua

36. Efeito do pH na atividade enzimática
H+
H+
A. pH ótimo
B. pH inferior ao
ótimo (maior [H+])

37. • Velocidade das reações químicas depende também da faixa
de temperatura
– Maior velocidade está normalmente associada temperatura do
ambiente onde a enzima atua
Exceto: organismos termófilos

38. Inibição enzimática reversível
(inibição competitiva)

39. Inibição enzimática reversível
(inibição competitiva)
1/Vmax
-1/Km

40. Inibição enzimática reversível
(inibição não competitiva/incompetitiva)

41. Inibição enzimática reversível
(inibição não competitiva/incompetitiva)
1/Vmax
-1/Km

42. Inibição enzimática reversível
(inibição mista)

43. Inibidor enzimático irreversível
Ligam-se a enzima, alterando estrutura do sítio ativo, inativando a
enzima
Sítio ativo
inativado

44. A função fisiológica da inibição enzimática

45. Enzimas alostéricas
Enzimas regulatórias