enzimas: cinética, inibição e regulação. 1.autorreplicação; 2.catálise de reações...

EnzimasEnzimas: Cinética, : Cinética, inibição e regulaçãoinibição e regulação

1.Autorreplicação;

2.Catálise de reações químicas com eficiência e seletividade

CONDIÇÕES FUNDAMENTAIS DA VIDA:

EnzimasEnzimas• Moléculas catalisadoras que aumentam a velocidade

das reações, sem sofrerem alterações no processo global;

• Na faixa de 5 a 17 ordens de magnitude.

Praticamente todas as reações que caracterizam o

metabolismo celular são catalisadas por enzimas.

EnzimasEnzimas

http://www.youtube.com/watch?v=s4jEZ9Os6QM

RESÍDUOS DE AAS COM GRUPOS DE

CADEIAS LATERAIS QUE SE LIGA AO

SUBSTRATO

CATALISA A TRANSFORMAÇÃO

BIOQUÍMICA

EnzimasEnzimas

•OS CATALISADORES AUMENTAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES POR DIMINUÍREM AS ENERGIAS DE ATIVAÇÃO (interação covalente e fracas entre enzima e substrato);

•NA EVOLUÇÃO, AS ENZIMAS DESENVOLVERAM-SE PARA DIMINUIR SELETIVAMENTE AS ENERGIAS DE ATIVAÇÃO DAS REAÇÕES NECESSÁRIAS PARA A SOBREVIVÊNCIA CELULAR

Estado de transição

EnzimasEnzimasRibozima

Molécula de RNA com atividade catalítica

NomenclaturaNomenclaturaSUFIXO ASE

UREASE_ CATÁLISE DA UREIA

DNA POLIMERASE_ POLIMERIZAÇÃO DNA

PEPSINA_ DO GREGO PEPIS (DIGESTÃO)ACORDO INTERNACIONAL EM BIOQUÍMICA

Classificação das Classificação das EnzimasEnzimas

Classificação das Classificação das EnzimasEnzimas

IsozimasIsozimasIsozimas - enzimas que catalisam a mesma reação mas apresentam estruturas diferentes (primária e/ou quaternária).

Podem ser :- constituem diferentes enzimas produzidas por diferentes genes;

Desidrogenase lática

PROPRIEDADES DAS ENZIMASPROPRIEDADES DAS ENZIMAS

• SÍTIO ATIVO

•Sítio de ligação do substrato;

•Sítio catalítico.

1.Cadeias laterais de AAs (fenda ou

bolso_3D)

2.Eficiência catalítica

3.Especificidade

• Um ou mais íons inorgânicos ou molécula orgânica ou metalorgânica complexa (coenzima).

COFATOR

PROPRIEDADES DAS ENZIMASPROPRIEDADES DAS ENZIMAS

Cofator (inorgânico)

Algumas enzimas requerem a presença de íons metálicos para que a reação catalítica ocorra

(Mg, Zn, Fe, Ca, Cu, Mn).

Anidrase carbônica é uma enzima que tem um papel importante no transporte do CO2 e no controle

do pH do sangue.

Zinco

PROPRIEDADES DAS ENZIMASPROPRIEDADES DAS ENZIMAS

Coenzima_ carreadores transitórios de grupos funcionais específicos. A maioria deles é derivada das vitaminas (deve estar na dieta em pequenas quantidades).

Apoenzima Holoenzima

As enzimas quando ligadas covalentemente ou não-covalentemente

às coenzimas, são chamadas de holoenzimas

Grupo prostético

(coenzima)

Coenzima

PROPRIEDADES DAS ENZIMASPROPRIEDADES DAS ENZIMAS

Regulação

Localização específica

Modelos enzimáticosModelos enzimáticosEspecificidade enzimática

1. Chave-fechadura

Não é o ideal, estabiliza o substrato.

• Especificidade enzimática

2. Encaixe induzido

Interações ótimas só ocorrem no estado de

transição.

Modelos enzimáticosModelos enzimáticos

Especificidade enzimática

Modelos enzimáticosModelos enzimáticos

FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃOFATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO

CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO

Unidade de enzima (U) - quantidade de enzima que catalisa a transformação de 1 µmol de substrato por min

[ES]

SÍTIOS DE LIGAÇÃO OCUPADOS

FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃOFATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO

Temperatura e estabilidade molecular

A temperatura ótima para a maioria das enzimas humanas está entre 35 e 40ºC. Acima de 40ºC, as enzimas desnaturam.

Bactérias termófilas apresentam temperaturas ótimas acima de 70ºC.

Efeito do pH

Cadeias laterais ionizáveis ou não ionizáveis

FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃOFATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO

Atividade enzimáticaAtividade enzimáticaÉ obtida pela determinação da velocidade da reação catalisada pela enzima sob condições definidas.

Cinética enzimáticaCinética enzimáticaEquação de Michaelis-Menten

É baseado nos seguintes pressupostos:

• E, S e ES estão em equilíbrio;

•a conversão de ES em E + P é uma etapa irreversível e limitante da velocidade.

•Velocidade inicial é calculada quando a enzima é misturada ao substrato, sendo nesse momento o produto muito pequeno.

reversível

Km= K2 + K3/K1

A velocidade da reação é diretamente proporcional à concentração da enzima

Constante de Michaelis-Menten (Km)

Afinidade da enzima e do seu substrato específico

Qual correlação entre Km e

Vmáx?

Km=Vmáx/2

Km=[S]

Experimentalmente (grandes qtdes de substrato)

Cinética enzimáticaCinética enzimáticaGráfico de Lineweaver-Burk

A inversão de Vo e [S] possibilta a determinação de Vmax e Km

Inibição enzimáticaInibição enzimáticaInibidores enzimáticos são substâncias que

interferem na atividade das enzimas, bloqueando o processo catalítico.

Inibidores irreversíveis

Inibidores reversíveis

Inibidores fisiológicos

Fármacos

Substâncias tóxicas

Inibição enzimáticaInibição enzimáticaInibidores Irrevesíveis

Gases tóxicos derivados de Ácidos fluor-fosfórico

(HPO2F2, H2PO3F)

organofosforados

carbamatos

Sítio ativo da colinesterase

Inibidores Irrevesíveis

Inibição enzimáticaInibição enzimáticaInibição Competitiva

E + S + I ⇄ ES + EI1. Os inibidores competitivos são geralmente substâncias análogas à do substrato;

2. A enzima pode complexar ou o substrato ou o inibidor mas não ambos simultaneamente;

3. Ocorre aumento do Km (Km aparente), sem modificação da Vmáx;

4. A ação dos inibidores competitivos é abolida a concentrações elevadas do substrato.

5.Reversão (aumento do substrato).

Inibidores reversíveis

Inibição enzimáticaInibição enzimáticaInibição Não-competitiva E + S + I ⇄ ES + EI + EIS

1. O inibidor se liga à enzima num local diferente do sítio ativo;

2. A enzima pode combinar-se simultaneamente com o substrato e o inibidor;

3. Ocorre diminuição aparente do Vmáx (menos enzimas);

4. O inibidor afeta a configuração mais apropriada à catálise.

Ex: metais pesados

Regulação enzimáticaRegulação enzimáticaControle alostérico

Regulação enzimáticaRegulação enzimáticaModificação covalente

quinase e fosfatase

A modificação covalente pode ser ocorrer pela adição de diferentes radicais, pelos processos denominados fosforilação, glicosilação, galactosilação, metilação, entre outros.

Aplicações clínicasAplicações clínicasImunoensaio

• ELISA (Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay)

Aplicações Aplicações clínicasclínicas

Busca por atividade de isozimas

Aplicações clínicasAplicações clínicasBusca por atividade de isozimas

Aplicações clínicasAplicações clínicasBiossensores enzimáticos

glicose oxidase