Bioquímica: enzimas

Enzimas

“As enzimas têm uma extraordinária força catalítica; Têm alto grau de especificidade por seus substratos, aceleram reações químicas específicas sem a formação de produtos; Funcionam em soluções aquosas diluídas, em condições muito suaves de temperatura e pH. São as unidades funcionais do metabolismo celular (sem enzimas, não existe vida), atuando em seqüências organizadas.”

Enzimas Regulatórias à Podem perceber vários sinais metabólicos e modificar sua velocidade catalítica em concordância com tais sinais.

Doenças humanas e desordens genéticas hereditárias são resultantes da deficiência ou mesmo ausência completa de enzimas nos tecidos.

Ex: Fenilcetonúria e Leucinose.

As enzimas podem continuar funcionando, mesmo depois de removida da estrutura de células vivas. Atualmente, perto de 200 enzimas diferentes foram identificadas, e cada uma delas catalisa uma reação diferente. Algumas enzimas possuem apenas aminoácidos (atuam sozinhas) na sua composição e exercem atividade catalítica; Outras necessitam de um cofator que pode ser íon orgânico, ou uma molécula orgânica complexa (metal orgânico), chamada coenzima.

Holoenzimas à Enzimas + Coenzimas e/ou íon metálico

Apoenzimas / Apoproteína à Enzima (parte aminoacídica)

As enzimas são catalisadoras verdadeiras; Aumentam a velocidade de reações químicas específicas (seletivas), que sem elas ocorreria muito lentamente.

Sítio Ativo à É uma cavidade ou fenda, na estrutura molecular da enzima.

Substrato à É a molécula que se liga ao sítio ativo e sofre a ação da enzima.

Lembretes:

# Cada enzima têm um substrato específico

# Só transforma o substrato em um único produto

# Não precisam de alta temperatura para funcionarem

# São recicladas – Uma só enzima pode trabalhar milhões de vezes

# Uma após a outra – O produto da primeira é substrato pra segunda-feira

# Hormônios são sinais metabólicos

# Proteolíticas – Quebram proteínas (mamão e abacaxi)

# Únicas moléculas que são retiradas das células e continuam funcionando

# São catalisadores biológicos

# Enzimas são muito maiores que o substrato

Coenzima à Molécula orgânica complexa, geralmente derivada de vitaminas.

Cofator à Íon orgânico

Grupo Prostético à Cofator ou Coenzima – Ligado de forma firme ou permanente

# Vitamina atua como agente antioxidante.

Energia de ativação:

Pode ser representada por uma curva em forma de sino.

É a quantidade de energia “inicial” que um dado substrato necessita para ser transformado em produto. Quanto maior for a energia de ativação de uma reação, mais lenta ela será.

A adição de uma “enzima” ao substrato diminui a energia de ativação do mesmo, fazendo com que a reação ocorra mais rápido.

OBS:

# Quanto maior o número de moléculas de substrato no estado de transição, maior será a velocidade da reação.

# Existem dois caminhos para aumentar a reação:

1) Aumento de temperatura (não possível nas células)

2) Adição de um catalisador

Cinética Enzimática: Segundo Michaelis – Menter à Fora da célula

Refere-se ao comportamento das enzimas na presença de seu substrato, para uma quantidade de enzimas fixa.

Em concentrações de substrato muito baixa, a velocidade da reação é muito baixa; mas aumentará com o aumento da concentração do substrato até atingir o ponto de velocidade máxima, onde a partir daí, o aumento da velocidade é desprezível, e a enzima estará “saturada” com seu substrato e não poderá funcionar mais rápido.

Nas condições intracelulares as enzimas geralmente não estão saturadas com seus substratos e, portanto não estão funcionando na maior velocidade possível.

A regulação na velocidade de uma enzima pela célula pode ser feita também pela variação na concentração intracelular do substrato.

Vo à Velocidade Inicial

Vo = V. Max. X [S] V. Max. à Velocidade máxima

Km + [S] Km à Constante de Michaelis – Menter para um dado substrato

Teoria da Chave e Fechadura: Entendida de modo errado!

Não é necessário somente que o substrato caiba na enzima; Além de caber, é necessário que ele forme ligações fracas. Se não houver a formação das ligações, não houve o encaixe perfeito.

Especificidade: A especificidade de uma enzima pelo seu substrato é determinada pela formação de inúmeras interações fracas (pontes de H; atrações iônicas; interações hidrofóbicas) entre o sítio ativo da enzima e seu substrato específico.

A energia de ligação é a força impulsionadora dominante em vários mecanismos; Ela pode ser a contribuição para a catálise.

Valor de Km (especificidade) de algumas enzimas:

ENZIMA SUBSTRATO Km(mm)

Catalase H2O2 25

Hexoquinase ATP 0,4

Hexoquinase Glicose 0,05

Hexoquinase Frutose 1,5

OBS: Quanto menor o valor de Km, maior a especificidade; Então: a Hexoquinase prefere e vai ligar-se primeiro a glicose, por ter menor valor de Km. Conseqüentemente vai formar mais interações fracas.

Enzimas que catalisam reações com dois substratos:

Reação de troca simples: Substrato A e B, ligam-se a enzima E, formando o complexo EAB, que reagem para formar o produto C + D.

A + B à C + D

Os dois substratos se ligam ao sítio ativo da enzima formando um complexo terciário (sítio ativo largo, cabendo os dois substratos).

Reação de troca dupla ou pingue-pongue: Apenas um substrato está ligado ao sítio ativo da enzima em qualquer instante considerado (sítio ativo estreito, cabendo um substrato por vez).

Inibição enzimática por agentes químicos:

A maioria das enzimas pode ser inibida por reagentes químicos. Algumas drogas empregadas na medicina têm a função de inibir enzimas em células doentes. Inibidores estão entre os principais agentes farmacêuticos conhecidos. Existem dois tipos de inibidores:

Inibição Irreversível: Combina-se com o grupo funcional que é importante para a atividade catalítica da enzima; ou a destroem.

Ex: Inibidores Suicidas – São poucos reativos (ativos apenas no sítio ativo das enzimas); São muito efetivos e têm poucos efeitos colaterais. (São as drogas mais caras nos dias de hoje por não causarem incômodos colaterais; Agem direto nas enzimas doentes).

Inibição Reversível:

a) Competitiva à “Competição de substrato com substrato, e inibidor de substrato!”

O inibidor compete com o substrato pela ligação no sítio ativo, e não pode ser transformado pela enzima (estrutura tridimensional parecida com a do substrato); Pode ser revertida com o aumento da concentração do substrato.

Ex: Metanol no fígado de pessoas intoxicadas é transformado em formaldeído (que é muito lesivo para tecidos e causa cegueira) pela enzima álcool desidrogenase. O álcool compete com o metanol pela enzima, desta forma é aplicado álcool em junção endovenosa para diminuir a formação de formaldeído e o metanol é excretado na urina sem maiores danos.

b) Incompetitiva à O inibidor só vai se ligar, se o substrato ligar-se ao sítio ativo

c) Não Competitiva à Liga-se independentemente do substrato ligar-se ou não.

Inibição Alostérica: O inibidor liga-se à enzima, mas em local diferente do sítio ativo alterando a conformação da enzima; Não atende ao comportamento cinético.

Enzimas Alostéricas: Em alguns sistemas multienzimáticos, umas das primeiras enzimas, a enzima regulatória, é inibida pelo produto final do sistema multienzimático, sempre que este produto aumenta acima da concentração usual, indicando que ele está sendo produzido em excesso para as necessidades da célula. Este tipo de regulação é chamada de inibição retroativa (feed back). Essas enzimas são geralmente oligoméricas, com sítios ativos regulatórios e catalíticos distintos, e apresentam cinética sigmóide de velocidade e não obedecem a cinética de Michaelis-Mentem.