Enzimas

Enzimas

1. O que são?

   • Proteínas especializadas

2. Propriedades

   • Específicas para seus substratos
   • Centrais em processos biológicos>Regulação
   • Atuam em sequência organizada
   • A atividade catalítica depende da integridade da conformação nativa da proteína
   • Muitas enzimas requerem cofatores: inorgânicos ou orgânicos>Coenzimas
   • Agem como catalisadoras: aumentam a velocidade das reações químicas

3. Fornecem

   • Controle de velocidade
   • Especificidade
   • Regulação para as reações no corpo

4. Reação catalisada por enzima

   • Etapa 1
     • 1) ligação de substrato: E + S <->ES
   • Etapa 2
     • 2) conversão do substrato ligado em produto ligado: ES<->EP
   • Etapa 3
     • 3) liberação do produto: EP<->E + P
   • OBS: embora as enzimas possam ser modificadas durante esta reação, elas retornam ao seu estado original no final

5. Isoenzimas

   • Catalisam a mesma reação que as enzimas, mas diferem na sua estrutura primária e/ou na composição de suas subunidades
   • Agem em tecidos diferentes, porém no mesmo substrato
   • Níveis de algumas enzimas tecido-específicas e isozimas são medidos no soro para estabelecer diagnósticos

6. Sítio Ativo

   • Para catalisar uma reação química, a enzima forma um complexo enzima-substrato no seu sítio catalítico ativo
   • O sítio ativo em geral é uma fenda ou fissura na enzima formada por 1 ou + regiões de cadeia polipeptídica
   • Dentro do sítio ativo, co-fatores e grupos funcionais da cadeia polipeptídica participam na transformação das moléculas ligadas do substrato em produto

7. Ligação de Substrato

   • Modelo Chave e Fechadura
     • O sítio de ligação do substrato contém resíduos de aas arranjados em uma superfície tridimensional complementar que “reconhece” o substrato e o liga por:
       • múltiplas interações hidrofóbicas
       • interações eletrostáticas
       • pontes de hidrogênio
   • Modelo "Encaixe Induzido"
     • À medida que o substrato se liga, as enzimas sofrem uma alteração conformacional (“encaixe induzido”) que reposiciona as cadeias dos aas no sítio ativo e aumenta o nº das ligações de interação
     • Função da alteração conformacional induzida do substrato, o encaixe induzido, em geral, é para repor grupos funcionais no sítio ativo de uma maneira que:
       • Promova a reação
       • Melhore o sítio de ligação de um co-substrato
       • Ative uma subunidade adjacente por meio de cooperatividade

8. O complexo de estado transitório

   • Para que uma reação ocorra, os substratos necessitam ser ativados
   • Se os níveis de Energia de um substrato são colocados em um gráfico à medida que o substrato é progressivamente convertido em produto, a curva mostrará um nível máximo de Energia que é maior do que o substrato ou do produto
   • Esse alto nível de Energia ocorre no estado transitório
   • A diferença de E entre o substrato e o complexo de estado transitório é chamada de energia de transição
   • As enzimas aumentam a velocidade da reação, diminuem a E de ativação

9. Grupos Funcionais

   • Grupos Funcionais na Catálise
     • tamanho
     • forma
     • propriedades certas
     • Os co-fatores são compostos não-protéicos que participam no processo catalítico
       • Coenzimas
       • Íons metálicos (Fe2+, Mg2+ ou Zn2+)
       • Coenzimas metálicas (similares ao Fe2+ - heme na hemoglobina)
   • Grupos funcionais nas cadeias laterais dos aas
     • Quase todos os aas polares participam diretamente na catálise de 1 ou + enzimas

10. Coenzimas

    • Complexos de moléculas orgânicas não-protéicas que participam na catálise fornecendo grupos funcionais, muito semelhantes às cadeias laterais dos aas
    • Nos humanos, em geral (mas não sempre) elas são sintetizadas a partir de vitaminas
    • A tiamina pirofosfato (TPP) é sintetizada em células humanas a partir de tiamina pela adição do pirofosfato
    • A Coenzima A (CoA ou CoASH) é sintetizada a partir da vitamina pantotenato
    • A biotina, o qual não contém um grupo fosfato, é covalentemente ligada a uma lisina em enzimas chamadas carboxilases, funciona apenas em reações de carboxilação
    • O piridoxal-fosfato (PLP) é sintetizado a partir da vitamina piridoxina, a qual é tb chamada de vitamina B6
    • A nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) (sintetizada a partir da vitamina niacina) e a flavina adenina dinucleotídeo (FAD) são coenzimas que estão envolvidas em reações de oxirredução e têm papéis únicos na geração de ATP a partir da oxidação de substratos (combustíveis)
    • Os íons metal, os quais têm carga positiva, contribuem para o processo catalítico agindo como eletrófilos (grupos que atraem e-)
      • Auxiliam na ligação do substrato, ou estabilizam ânions formados na reação
      • Podem aceitar ou doar elétrons em reações de oxirredução

11. Ph e temperatura ótimos

    • Se a atividade das enzimas é colocada em um gráfico como uma função do pH da reação, um aumento na velocidade da reação em geral é observado à medida que o pH vai de um nível muito ácido para o espectro fisiológico
    • Uma diminuição da velocidade da reação ocorre à medida que o pH vai do espectro fisiológico para um espectro muito básico
    • A maioria das enzimas humanas funciona otimamente em 1 T° de aproximadamente 37C
    • Um aumento na T° de 0C a 37C aumenta a velocidade da reação por aumentar a E vibracional dos substratos

12. Inibidores

    • Compostos que diminuem a velocidade de uma reação enzimática
    • Os mecanismos de inibição se baseiam em mimetizar ou participar em uma etapa da reação catalítica
    • A efetividade de muitos fármacos e toxinas depende de sua habilidade de inibir 1 enzima
    • Covalentes
      • formam ligações covalentes ou ligações extremamente fortes com grupos funcionais no sítio catalítico ativo
      • São ativados por suas interações com outros resíduos de aas e, portanto, é muito + provável que sejam alvo de fármacos e toxinas do que resíduos de aas fora do sítio ativo.
    • Análogos e compostos do estado transitório que se assemelham a estágios intermediários da reação
      • Análogos do estado transitório são inibidores extremamente potentes e específicos de enzimas, pois eles se ligam com muita mais força à enzima do que os substratos ou produtos
      • A literatura médica frequentemente se refere a tais compostos como análogos de substrato, embora eles se liguem mais fortemente que os substratos