Bioquimica Geral - Aminoacidos Peptideos e Proteinas

BIOQUÍMICA GERAL BIOQUÍMICA GERAL JOÃO LUIZ COELHO RIBAS Autoria Objetivos do capítulo Conhecer as estruturas químicas dos aminoácidos e suas características Identifi car a formação de macromoléculas a partir dos aminoácidos e sua importância Entender as propriedades estruturais e funções bioquímicas das moléculas estudadas AMINOÁCIDOS Introdução Características estruturais Classifi cação Propriedades PROTEÍNAS Introdução Características e classifi cação Estrutura tridimensional Propriedades PEPTÍDEOS Introdução Ligações peptídicas Nomenclatura Propriedades CÉLULAS Dimensões celulares Células procarióticas Células eucarióticas Parasitas das células CÉLULAS Dimensões celulares Células procarióticas Células eucarióticas Parasitas das células FUNÇÕES BIOLÓGICAS SEPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE PROTEÍNAS Proteínas transportadoras Proteínas estruturais e de armazenamento Proteínas contráteis de defesa e reguladoras Métodos de obtenção purifi cação e caracterização de proteínas TÓPICOS DE ESTUDO BIOQUÍMICA GERAL 41 O cabelo é um exemplo de um conjunto de proteínas que consequentemente estão ali devido a ligações peptídicas de aminoácidos e faz parte de um conjunto relativamente complexo do organismo humano Você já chegou a pensar que quando você alisa seu cabelo você está na verdade alterando uma confi guração bioquímica E que independente de seu alisamento a ondulação permanente faz parte da engenharia bioquímica A questão então é como e por que isso ocorre Neste capítulo vamos descobrir Contextualizando o cenário BIOQUÍMICA GERAL 42 Aminoácidos peptídeos e proteínas 2 As proteínas são as macromoléculas mais abundantes nas células vivas Elas ocorrem em todas as células e em toda a parte delas As proteínas também ocorrem em grande variedade milhares e diferentes tipos desde peptídeos de tamanhos relativamente pequenos até enor mes polímeros com pesos moleculares na faixa de milhões que podem ser encontrados em uma única célula Além disso as proteínas também exibem uma grande diversidade de fun ções biológicas que são os produtos fi nais mais importantes das vias de informação As suas subunidades monoméricas relativamente simples fornecem a chave para a estrutu ra de milhares de proteínas diferentes Todas as proteínas são constituídas com a combinação dos mesmos 20 aminoácidos ligados covalentemente em sequências lineares características Aminoácidos 21 Os aminoácidos são as unidades estrutu rais que formam os peptídeos e as proteínas ou seja as proteínas são polímeros resultan tes da desidratação de aminoácidos e cada resíduo de aminoácido ligase ao seu vizinho por um tipo específi co de ligação covalente Você pode fazer a seguinte analogia da mes ma forma que tijolos são utilizados para cons truir a parede de uma casa os aminoácidos são utilizados na construção de proteínas O primeiro aminoácido descoberto nas proteínas foi a asparagina em 1806 O último dos 20 a treonina somente foi identifi cada em 1938 Todos os aminoácidos têm nomes triviais ou comuns em alguns casos esses nomes foram retirados da fonte de onde eles foram isolados pela primeira vez Por exemplo a asparagina foi encontrada no aspargo o ácido glutâmico no glúten do trigo a tirosina dos queijos do grego thyros queijo e a glicina em virtude de seu sabor adocicado do grego glykos doce Introdução 211 Alguns aminoácidos apresentam funções importantes como neurotransmissores glicina e glutamato precursores de neurotransmissores triptofano e tirosina ou transportadores de amônia no sangue glutamato glutamina e alanina Todos os aminoácidos apresentam BIOQUÍMICA GERAL 43 uma estrutura geral comum e conhecer suas propriedades químicas nos permite compreen der as propriedades e as características de uma proteína Características estruturais 212 Na natureza todas as proteínas são sintetizadas a partir da combinação de apenas 20 tipos de aminoácidos Todos eles são formados por um carbono central chamado de carbono alfa α ao qual estão ligados quatro substituintes o grupamento amino de característica básica o grupamento carboxila de característica ácida a cadeia lateral ou grupamento R variá vel que diferencia um aminoácido de outro e o hidrogênio O Diagrama 1 mostra a estrutura geral dos aminoácidos Diagrama 1 Estrutura geral dos aminoácidos Átomo de hidrogênio H Grupo amino C C Grupo carboxila O Cadeia R H2N OH Os aminoácidos podem ser categorizados de duas formas a a partir de uma abreviação de três letras que formam uma sigla do nome do aminoáci do em inglês b ou por meio de símbolos de uma única letra Observe a Tabela 1 pois nela você pode ver o nome a abreviação e o símbolo dos 20 aminoácidos BIOQUÍMICA GERAL 44 Nome Abreviação Símbolo Glicina Gly G Triptofano Trp W Alanina Ala A Prolina Pro P Valina Val V Leucina Leu L Isoleucina Ile I Metionina Met M Fenilanina Phe F Tirosina Tyr Y Serina Ser S Treonina Thr T Cisteína Cys C Aspargina Asn N Glutamina Gln Q Lisina Lys K Histidina His H Arginina Arg R Aspartato Asp D Glutamato Glu E Tabela 1 Identificação de aminoácidos Os aminoácidos também podem ser identificados Fig 1 por meio de algumas propriedades químicas como a estereoisomeria Na natureza os compostos químicos que contêm quatro ligantes diferentes no mesmo carbono apresentam uma propriedade química muito especial chamada de quiralidade Esse carbono é chamado de quiral ou assimétrico pois existem dois arranjos espaciais possíveis dos quatro grupamentos ao seu redor Esses arranjos são chama dos de estereoisômeros e são diferenciados de acordo com o tipo de desvio de luz polarizada dextrógiro desvia a luz para a direita e levógiro desvia a luz para a esquerda Assim os aminoácidos que contêm quatro ligantes diferentes ao redor do carbono α pos suem um centro quiral e portanto estereoisomeria Por exemplo existe a leucina que des via a luz polarizada para a direita e a leucina que faz o mesmo processo para a esquerda A única exceção é a glicina que não possui quatro ligantes diferentes ao redor do carbono α pois seu grupamento R é o hidrogênio BIOQUÍMICA GERAL 45 Figura 1 Identificação estrutural dos aminoácidos Valina Val H3N H3C CH3 C H CH COO Leucina Leu H3N H3C CH3 C H CH CH COO Triptofano Trp H3N H N HC C H CH2 C COO Prolina Pro C H2 H2C H2N CH2 C H COO Isoleucina Ile CH3 H3N C H H C CH CH3 COO Metionina Met CH2 CH2 H3N C H S CH3 COO Fenilalanima Fen H3N C H CH2 COO Alanina Ala H3N C H CH3 COO H3N C C H H CH3 COO OH Treonina Tre H3N C H H COO Glicina Gli Asparogina Asn O H3N C C CH2 H2N H COO Glutamina Gln O H3N C C CH2 CH2 H2N H COO Serina Ser OH H3N C H H C H COO Cisteína Cis H3N C CH2 SH H COO CH2 CH2 H3N C H COO COO Ácido glutâmico Glu CH2 H3N C H COO COO Ácido aspártico Asp Tirosina Tir H3N C H CH2 CH COO Histidina His H3N H H N N C C H CH2 C CH COO Lisina Lis H3N C CH2 CH2 CH2 CH2 NH3 H COO Arginina Arg CH2 CH2 C N NH2 NH2 CH2 H3N C H COO BIOQUÍMICA GERAL 46 Outra forma de identifi car os aminoácidos foi desenvolvida em 1891 por Emil Fischer e fi cou conhecida como Sistema D e L ou confi guração de Fischer Nessa nomenclatura a es trutura dos aminoácidos é comparada à confi guração da molécula do gliceraldeído As formas D e L reconhecem a confi guração absoluta dos grupamentos ao redor do carbono quiral Nesse formato o grupamento carboxila é colocado na mesma posição do grupamento al deído do gliceraldeído A cadeia lateral fi ca sempre abaixo e as duas posições que faltam es querda e direita são ocupadas pelos outros dois ligantes o grupamento amino e o hidrogênio Quando o grupamento amino está à direita semelhante à posição da hidroxila do gliceraldeí do esse aminoácido é do tipo D entretanto quando está à esquerda o aminoácido é L É im portante ressaltar que os aminoácidos encontrados na natureza são predominantemente do tipo L Na Fig 2 podemos observar a confi guração de Fischer do aminoácido alanina Figura 2 Confi guração de Fischer do aminoácido alanina comparativamente a do gliceraldeído L Alanina H3N C H CH3 COO L Gliceraldeído HO 2C H 3CH2OH 1CHO D Gliceraldeído HO C H CH2OH CHO D Alanina H C NH3 CH3 COO Classifi cação 213 A compreensão sobre as propriedades químicas dos diferentes aminoácidos é essencial para podermos entender o papel bioquímico dos aminoácidos isoladamente ou quando estão ligados entre si formando proteínas Os aminoácidos podem ser classifi cados de acordo com sua polaridade que pode ser entendida como a tendência do aminoácido para interagir com a água O primeiro grupo é o dos aminoácidos que contêm grupamentos R ou cadeia lateral apolares e alifáticos Eles normalmente estão na porção interna das proteínas sem contato BIOQUÍMICA GERAL 47 direto com a água A prolina é o único ami noácido de cadeia fechada conferindo rigidez nas regiões da proteína em que está presen te Também pertence a essa classe a metio nina um aminoácido que possui enxofre em sua cadeia lateral A metionina não é capaz de fazer a ligação dissulfeto mas consegue transferir seu grupamento metil para outros compostos A glicina é o aminoácido com menor grau de impedimento estérico pois apre senta apenas um hidrogênio como grupamento R ESCLARECIMENTO O impedimento estérico ocorre quando átomos se encontram próximos uns dos outros no espaço Essa proximidade pode gerar uma tensão importante fator para explicar a estrutura espacial de diversas moléculas O impedimento estérico ocorre quando átomos se encontram próximos uns dos O impedimento estérico ocorre quando átomos se encontram próximos uns dos O impedimento estérico ocorre quando átomos se encontram próximos uns dos outros no espaço Essa proximidade pode gerar uma tensão importante fator O impedimento estérico ocorre quando átomos se encontram próximos uns dos O impedimento estérico ocorre quando átomos se encontram próximos uns dos O impedimento estérico ocorre quando átomos se encontram próximos uns dos O impedimento estérico ocorre quando átomos se encontram próximos uns dos O impedimento estérico ocorre quando átomos se encontram próximos uns dos outros no espaço Essa proximidade pode gerar uma tensão importante fator O impedimento estérico ocorre quando átomos se encontram próximos uns dos outros no espaço Essa proximidade pode gerar uma tensão importante fator outros no espaço Essa proximidade pode gerar uma tensão importante fator outros no espaço Essa proximidade pode gerar uma tensão importante fator outros no espaço Essa proximidade pode gerar uma tensão importante fator outros no espaço Essa proximidade pode gerar uma tensão importante fator outros no espaço Essa proximidade pode gerar uma tensão importante fator Os aminoácidos polares e não carregados possuem maior solubilidade em água pois apre sentam grupamentos polares como a hidroxila serina e treonina a sulfi drila cisteína e a amida asparagina e glutamina que fazem interações do tipo pontes de hidrogênio com a água A presença do grupamento sulfi drila na cisteína possibilita sua ligação com outra cisteí na formando uma ligação dissulfeto e um novo aminoácido a cistina Os aminoácidos que contêm um anel aromático no seu grupamento R formam outra classe Devido à presença desse anel essas estruturas são relativamente apolares e possuem baixa solubilidade em água São eles a fenilalanina a tirosina e o triptofano O aminoácido fenilalanina presente no leite materno e outros alimentos é convertido em tirosina pela enzima fenilalaninahidroxilase ou em fenilpiruvato metabólito Na doen ça chamada fenilcetonúria ocorre defi ciência da enzima fenilalaninahidroxilase levando ao acúmulo de fenilpiruvato nas células cerebrais do bebê que leva a sérios problemas de re tardamento mental se a ingestão de fenilalanina não for controlada adequadamente para os valores necessários uma vez que é um aminoácido essencial que precisa ser obtido da dieta Entre os aminoácidos que possuem carga nas cadeias laterais temos os aminoácidos com grupamentos R carregados positivamente e aminoácidos com grupos R carregados negati vamente A presença de carga nessas estruturas confere polaridade e solubilidade em água Lisina arginina e histidina apresentam carga positiva em suas cadeias laterais e característica BIOQUÍMICA GERAL 48 básica Já glutamato e aspartato têm carga negativa e característica ácida Confira na Fig 3 como se classificam os aminoácidos conforme seu grupamento R Figura 3 Classificação de aminoácidos de acordo com seu grupamento R Grupos R apolares alifáticos H3N C H H COO Glicina Alanina H3N C H CH3 COO Prolina C H2 H2C H2N CH2 C H COO Valina H3N H3C CH3 C H CH COO Leucina H3N H3C CH3 C H CH CH COO Isoleucina CH3 H3N C H H C CH CH3 COO Metionina CH2 CH2 H3N C H S CH3 COO Grupos R aromáticos Fenilalanima H3N C H CH2 COO Tirosina H3N C H CH2 CH COO Triptofano H3N H N HC C H CH2 C COO Grupos R carregados positivamente Lisina H3N C CH2 CH2 CH2 CH2 NH3 H COO Arginina CH2 CH2 C N NH2 NH2 CH2 H3N C H COO Histidina H3N H H N N C C H CH2 C CH COO Grupos R carregados negativamente Aspartato O H3N C C CH2 H2N H COO CH2 CH2 H3N C H COO COO Ácido glutâmico Serina OH H3N C H H C H COO H3N C C H H CH3 COO OH Treonina Cisteína H3N C CH2 SH H COO Asparogina O H3N C C CH2 H2N H COO Glutamina O H3N C C CH2 CH2 H2N H COO Grupos R polares não carregados Outra importante classificação de aminoácidos diz respeito a sua necessidade na dieta As sim existem os aminoácidos essenciais os não essenciais e os condicionalmente essenciais Os primeiros são obtidos exclusivamente pela alimentação pois não possuímos as vias de síntese dessas estruturas Já os não essenciais são sintetizados pelo nosso organismo Os con dicionalmente essenciais são aqueles produzidos mas não em quantidade suficiente em de terminados períodos da vida como no crescimento na gestação e na amamentação Por isso devem ser suplementados por meio da dieta BIOQUÍMICA GERAL 49 Propriedades 214 Apesar de todos os aminoácidos terem uma estrutura geral comum eles apresentam pro priedades químicas diferentes de acordo com o tipo de cadeia lateral presente Entre as pro priedades mais importantes destacase o comportamento do aminoácido em relação à água ou polaridade podendo ser hidrofóbico e apolar insolúvel em água ou hidrofílico e polar solúvel em água PAUSA PARA REFLETIR Você sabe o que acontece com os aminoácidos quando são colocados em água A forma ionizada ou zwitteriônica apresenta uma propriedade química muito importante seu duplo comportamento ácidobásico É o que chamamos na química de anfótero ou anfó lito dependendo do meio no qual o aminoácido está inserido ele poderá se comportar como um ácido doador de próton H ou como uma base receptor de próton H Quando o zwitterion é adicionado em um meio básico ocorre a liberação do H do grupa mento NH3 que se transforma em NH2 A espécie doadora de íon H em solução aquosa é classifi cada como um ácido o que signifi ca que os aminoácidos podem agir como ácidos Todavia quando colocamos a forma iônica dos aminoácidos em um meio ácido ocorre uma alteração em relação ao comportamento anterior o grupamento COO recebe o íon H do Figura 4 Curva de titulação da glicina meio e tornase COOH Nessas condições o aminoácido age como uma base pois aceitou o próton Portanto podemos concluir que os aminoácidos podem agir como ácidos quan do inseridos em um meio básico e como base quando inseridos em um ambiente ácido Mas qual a importância dessa informação O duplo caráter é extremamente útil para en tender a estrutura das proteínas e sua função como a catálise enzimática por exemplo Para entendermos melhor as proprieda des ácidobásicas dos aminoácidos vamos estudar a curva de titulação da glicina mos trada na Fig 4 CH2 CH2 CH2 NH3 NH3 NH2 COOH COO COO pK1 pK2 13 pH 7 0 0 05 OH equivalentes Glicina pK1 234 pK2 960 pI 597 15 1 2 BIOQUÍMICA GERAL 50 A glicina apresenta dois grupos que podem ser desprotonados ou seja o grupo COOH e o grupo NH3 Observe que no início da titulação em pH ácido ambos os grupos carboxila e amino estão protonados COOH e NH3 Ao se adicionar base OH e consequentemente aumentar o pH do meio o grupo COOH co meça a se dissociar ou seja doa H ao meio Isso acontece na primeira região de tampona mento mostrada em rosa e quando metade do aminoácido já cedeu seus prótons e a ou tra metade ainda não temos o ponto médio da titulação do grupo COOH da glicina e esse ponto é chamado de pKa nesse caso pK1 pri meiro grupamento da glicina que pode ser desprotonado Observe na Fig 4 que o va lor de pK1 é 234 e a primeira região de tam ponamento em rosa vai de 134 a 334 Isso quer dizer que no valor do pK1 o pH é mantido em 234 na faixa de pH que vai de 134 a 334 Ao continuar adicionando base OH e aumentando o pH do meio acima de 334 ultra passamos a primeira região de tamponamento e o grupo COOH perdeu todos os prótons e se tornou COO e iniciamos a desprotonação do grupo amino NH3 mostrada na segunda região de tamponamento em rosa Assim como para o COOH temos também o ponto médio da titulação de NH3 ou seja o pK2 com um valor de 960 e a região de tampona mento rosa variando de 860 a 1060 indicando que no valor do pK2 o pH é mantido em 960 na faixa de pH que vai de 860 a 1060 E se continuarmos adicionando base também ultrapassaremos a segunda região de tamponamento pH acima de 1060 e a totalidade do grupo amino estará desprotonada NH2 Para entender melhor a soma de cargas observe a dissociação da glicina mostrada pelas três estruturas químicas que aparecem no decorrer da titulação na parte superior da Fig 4 Ve rifique que a primeira estrutura tem o grupo COOH e o grupo NH3 ou seja tem carga 1 Após passar o pK1 temos o grupo COO e o grupo NH3 ou seja carga zero E por último ultrapas sando o pK2 temos o grupo COO e o grupo NH2 totalizando a carga 1 No ponto isoelétrico portanto todo o aminoácido está na forma da estrutura representada entre o pK1 e o pK2 ou seja com o grupo carboxila carregado negativamente e o grupo amino carregado positivamen te resultando na carga zero BIOQUÍMICA GERAL 51 A glicina é um aminoácido que apresenta apenas dois grupos que podem ser despro tonados Mas temos aminoácidos que apresentam três grupos ionizáveis Por exemplo o ácido glutâmico ou glutamato apresenta o grupo αCOOH carboxila ligada ao carbono alfa RCOOH carboxila ligada ao grupamento R e αNH3 amino ligado ao carbono alfa Nesse caso como os grupos ácidos predominam na molécula o pI é a média aritmética dos pK dos 2 grupos carboxilas Outro exemplo é a histidina um aminoácido que apresenta o grupo αCOOH carboxila ligada ao carbono alfa αNH3 amino ligado ao carbono alfa e imidazol amino lateral com carga positiva e como há predomínio de grupos amino o pI será a média dos pK dos dois grupos amino ESCLARECIMENTO A histidina é o único aminoácido que atua como tampão em pH fi siológico mesmo depois de ligada às proteínas pois seu pKR 6 A histidina é o único aminoácido que atua como tampão em pH fi siológico mesmo A histidina é o único aminoácido que atua como tampão em pH fi siológico mesmo A histidina é o único aminoácido que atua como tampão em pH fi siológico mesmo A histidina é o único aminoácido que atua como tampão em pH fi siológico mesmo A histidina é o único aminoácido que atua como tampão em pH fi siológico mesmo A histidina é o único aminoácido que atua como tampão em pH fi siológico mesmo A histidina é o único aminoácido que atua como tampão em pH fi siológico mesmo A histidina é o único aminoácido que atua como tampão em pH fi siológico mesmo A histidina é o único aminoácido que atua como tampão em pH fi siológico mesmo O ponto isoelétrico é importante para separação de proteínas por meio de uma técnica denominada eletroforese onde aminoácidos com carga negativa no pH do meio migram para o polo positivo e aminoácidos com carga positiva migram para o polo negativo Peptídeos 22 Os peptídeos são conjuntos de aminoácidos ligados entre si Os peptídeos variam no tama nho e a característica comum é a união dos aminoácidos por meio de uma ligação específi ca chamada ligação peptídica Introdução 221 Quando temos poucos aminoácidos ligados chamamos essa estrutura de oligopeptídeo oligo poucos e muitos aminoácidos ligados recebem o nome de polipeptídeo poli mui tos O termo polipeptídeo muitas vezes é considerado um sinônimo de proteínas mas na bioquímica dizemos que os polipeptídeos têm massas molares de até 10 kDa Acima disso chamamos de proteínas É importante saber que o tamanho de uma proteína não está correla cionado a sua atividade biológica temos oligopeptídeos como a ocitocina que é formada por 09 aminoácidos com importante atividade biológica Existem diferentes maneiras de classifi car as proteínas por exemplo de acordo com sua BIOQUÍMICA GERAL 52 composição ou com o número de cadeias polipeptídicas presentes Quanto à composição po demos ter dois tipos de proteínas as simples formadas apenas por aminoácidos e as conju gadas cuja estrutura é constituída além de aminoácidos por grupos não peptídicos As pro teínas conjugadas podem conter grupamentos de diferentes características químicas como lipídios açúcares ou metais Esse grupamento não constituído de aminoácidos é chamado de grupo prostético que é essencial para a atividade biológica da proteína Proteínas Grupo prostético Metaloproteínas Metais Fe Cu Mg Glicoproteínas Açúcares Lipoproteínas Lipídios Tabela 2 Proteínas conjugadas e seus grupos prostéticos DICA A outra forma de classifi cação de proteínas diz respeito ao número de cadeias polipeptídicas presentes Quando a proteína tem apenas uma cadeia é chamada de monomérica e quando apresenta mais de uma é chamada de oligomérica A outra forma de classifi cação de proteínas diz respeito ao número de cadeias polipeptídicas presentes Quando a proteína tem apenas uma cadeia é chamada A outra forma de classifi cação de proteínas diz respeito ao número de cadeias A outra forma de classifi cação de proteínas diz respeito ao número de cadeias A outra forma de classifi cação de proteínas diz respeito ao número de cadeias polipeptídicas presentes Quando a proteína tem apenas uma cadeia é chamada polipeptídicas presentes Quando a proteína tem apenas uma cadeia é chamada de monomérica e quando apresenta mais de uma é chamada de oligomérica Ligações peptídicas 222 A ligação que une dois aminoácidos é chamada ligação peptídica Essa ligação é covalente do tipo amida e extremamente estável Apesar de termos diferentes tipos de aminoácidos a reação de formação da ligação covalente será sempre feita da mes ma forma a hidroxila da carboxila do pri meiro aminoácido reage com o hidrogênio do grupamento amino do segundo aminoá cido Nessa reação sempre será produzida uma molécula de água A Fig 5 mostra como essa reação ocorre Figura 5 Formação da ligação peptídica Amino Acid H2N C H C R1 O OH Amino Acid H2N C H C R2 O OH Acid C O OH Amino Amino Acid H2N C C N H H C R1 R2 H O BIOQUÍMICA GERAL 53 Após a formação da ligação peptídica os aminoácidos são chamados de peptídeos e sempre haverá um grupamento carboxila livre em um dos aminoácidos envolvidos e um grupamento amino livre no outro aminoácido Os peptídeos fi siologicamente importantes variam muito de tamanho desde moléculas com dois ou três aminoácidos até macromoléculas com milhares de aminoácidos O número de aminoácidos envolvidos nas ligações peptídicas é justamente o critério utilizado para classifi car e nomear as estruturas Nomenclatura 223 Os peptídeos pequenos são nomeados seguindo a sequência de seus aminoácidos consti tuintes a partir da extremidade aminoterminal Os fi nais INA ATO ANO e ICO são substituídos por IL exceto para a extremidade carboxilaterminal Temos na Fig 6 um pentapeptídeo formado por 5 aminoácidos e 4 ligações peptídicas destacadas em cinza Observe que o nome é dado a partir do aminoácido da extremidade aminoterminal sendo ele então denominado seril glicil tirosil alanil leucina aminoácidos seri naglicinatirosinaalaninaleucina ligados Propriedades 224 Muitos peptídeos apresentam importantes funções no organismo Alguns exemplos incluem Glutationa é um tripeptídeo responsável por destruição de substâncias oxidantes Figura 6 Pentapeptídeo formado por 5 aminoácidos e 4 ligações peptídicas H3N C CH2OH CH2 CH3 CH1 CH3 CH2 CH OH C H H H H H H H H H C C O O O H O C C C C C COO N N N N Extremidade Aminoterminal Extremidade Carboxiterminal BIOQUÍMICA GERAL 54 Vasopressina ou hormônio antidiurético é um peptídeo formado por 9 aminoácidos e contém uma ligação dissulfeto SS envolvido com o equilíbrio dos líquidos corporais Oxitocina é um peptídeo com 9 aminoácidos e ligação dissulfeto Induz a contração no parto e está envolvido na liberação do leite materno Glucágon é um polipeptídeo com 29 aminoácidos sendo um hormônio que atua na ma nutenção dos níveis de glicose no sangue Insulina é um polipeptídeo de 51 aminoácidos formado por duas cadeias ligadas por ponte dissulfeto SS a cadeia A com 21 aminoácidos e a cadeia B constituída por 30 ami noácidos É um hormônio que sinaliza elevação de glicose no sangue Também é importante sabermos que pequenas modifi cações estruturais nos peptídeos podem levar a compostos com diferentes propriedades O exemplo mais conhecido é o do aspartame Tratase de um adoçante 200 vezes mais doce que a sacarose açúcar comum e sua estrutura é formada de LaspartilLfenilalanina ou seja os dois aminoácidos são L Caso a Lfenilalanina seja substituída pela Dfenilalanina resulta em um composto amargo Proteínas 23 As proteínas são as moléculas mais abundantes nas células vivas e estão presentes em todos os organismos da natureza A palavra proteína é derivada do grego protos e signifi ca primeiro primitivo o mais importante Essa classe de biomoléculas é responsável pela maior diversidade de funções nos organismos vivos e corresponde ao produto fi nal da expressão do nosso código genético Introdução 231 As proteínas também são constituintes básicos das estruturas celulares como o co lágeno e promovem o armazenamento de energia em alguns organismos como a ovoal bumina principal proteína presente na clara do ovo Além disso proteínas especializadas denominadas enzimas podem catalisar rea ções bioquímicas As proteínas são macromo léculas complexas e organizadas cujas unida des estruturais são aminoácidos BIOQUÍMICA GERAL 55 Características e classifi cação 232 As proteínas importantes na parte física e dinâmica das células sendo polímeros de ami noácidos são constituídas principalmente por C carbono H hidrogênio O oxigênio e N ni trogênio além de muitas vezes apresentarem S enxofre Fósforo zinco ferro e outros metais podem estar presentes como elementos adicionais As proteínas podem ter milhares de unida des de aminoácidos Embora os termos proteína e polipeptídeo possam ser algumas vezes intercambiáveis as moléculas denominadas como proteínas geralmente tem o peso molecular acima de 10000 Daltons ou apresentar pelo menos 100 aminoácidos As proteínas podem ser classifi cadas quanto ao número de cadeias quanto à função bioló gica quanto à composição e quanto às características físicas Quanto ao número de cadeias se as proteínas apresentarem apenas uma cadeia são de nominadas monômeros Se apresentarem duas ou mais cadeias são oligômeros ou proteínas multissubunidades A hemoglobina é um exemplo de proteína multissubunidade formada por 4 cadeias 2 cadeias α e 2 cadeias β Quanto à função biológica as proteínas podem ser do tipo enzimas transportadoras nu trientes e de armazenamento estruturais contráteis e de motilidade de defesa e reguladoras que serão detalhadas adiante Quanto à composição as proteínas podem ser simples formadas apenas por aminoácidos ex albuminas globulinas histonas glutelinas etc ou conjugadas onde além dos aminoáci dos apresentam componentes não proteicos que podem ser orgânicos ou inorgânicos Esses são denominados grupos prostéticos de fundamental importância na função das proteínas que os contêm Vejamos alguns exemplos na Tabela 3 Classe Grupo prostético Exemplo Glicoproteínas Carboidrato γglobulina Lipoproteínas Lipídio β1lipoproteína Fosfoproteínas Fósforo Caseína P Ca Hemeproteínas Heme Hemoglobina mioglobina Flavoproteínas Nucleotídeos de fl avina Succinatodesidrogenase Metaloproteínas Metal Álcooldesidrogenase Nucleoproteínas Ácido nucléico Nucleína Tabela 3 Grupos prostéticos BIOQUÍMICA GERAL 56 Quanto às características físicas as proteínas podem ser do tipo globulares que são so lúveis em água com aspecto globoso e que apresentam função dinâmica dentro das células como é o caso de enzimas muitos hormônios e anticorpos ou fi brosas que são insolúveis em água ou soluções salinas diluídas e formam longas fi bras como o colágeno elastina e queratina Estrutura tridimensional 233 A conformação de uma proteína é a relação espacial entre todos os átomos presentes nes sa estrutura Uma proteína na teoria pode apresentar milhares de conformações tridimensio nais diferentes mas na prática encontramos apenas uma predominante que está intrinseca mente relacionada a sua função À medida que a proteína é sintetizada pelos ribossomos a cadeia polipeptídica assume estruturas conformacionais mais complexas a partir do enovelamento da cadeia de aminoá cidos A estabilidade dessas estruturas mais complexas é mantida principalmente por intera ções fracas do tipo pontes de hidrogênio e Van der Walls A sequência de aminoácidos ligados entre si é a estrutura primária da proteína As intera ções entre os aminoácidos mais próximos formarão a estrutura secundária e o arranjo espa cial originará a estrutura terciária A união entre duas ou mais estruturas terciárias formará a estrutura quaternária Estrutura primária A estrutura primária é defi nida como a sequência de aminoácidos de uma proteína Tratase da estrutura mais simples e importante pois o que defi ne a proteína A ordem dos aminoácidos em uma cadeia polipeptídica determinará o tipo de interação que ocor rerá entre os aminoácidos próximos e con sequentemente a estrutura tridimensional fi nal da proteína Portanto qualquer mu dança na ordem dos aminoácidos de uma proteína altera todas as demais estruturas A estrutura assumida por uma proteína após sua síntese é condição essencial para que ela exerça sua função corretamente Dessa forma quando a estrutura primária de uma proteína é alterada dependendo da alteração conformacional resultante sua função também sofrerá uma modifi cação BIOQUÍMICA GERAL 57 Estrutura secundária A estrutura secundária é formada pela interação entre aminoácidos que estão próximos na cadeia polipeptídica sendo mantida basicamente devido a impedimento estérico ligações de hidrogênio e interações eletrostáticas interações entre cargas em que a carga positiva re pele a positiva e atrai a negativa e viceversa As estruturas secundárias são a αhélice a conformação β e as dobras β Na primeira as ligações forçam a proteína a assumir uma for ma helicoidal como uma corda enrolada em torno de um tubo imaginário Cada volta da hélice contém aproximadamente 36 aminoá cidos e 054 nm A principal força de estabili zação da α hélice é a ligação de hidrogênio Na conformação β a cadeia polipeptídica se estende em uma estrutura em ziguezague dispos ta lado a lado folha β Nesse tipo de estrutura os resíduos de aminoácidos se organizam em ziguezague quando vistos lateralmente as cadeias laterais são observadas em direções opos tas Assim como na estrutura em αhélice sua estabilidade devese principalmente à presença de ligações de hidrogênio As dobras β são voltas formadas de 4 aminoácidos sendo comum a prolina e a glicina que servem para inverter a direção da cadeia polipeptídica Uma mesma proteína pode adquirir diferentes tipos de estrutura secundária em distintas regiões da cadeia polipeptídica A interação entre essas estruturas no espaço determinará o próximo nível estrutural proteico ou seja a estrutura terciária Estrutura terciária e quaternária A estrutura terciária de uma proteína é obtida pela interação entre aminoácidos que es tão mais distantes em relação a sua posição na cadeia polipeptídica tratase da conformação espacial da proteína sua estrutura tridimensional Sua estabilização é obtida por meio de inte rações intermoleculares como interações eletrostáticas ligações de hidrogênio e hidrofóbicas e covalentes como as pontes dissulfeto Existem dois tipos básicos de estrutura terciária as proteínas com estrutura fibrosa de baixa solubilidade em água e as com estrutura globular altamente solúveis em água Nas pro teínas fibrosas as cadeias proteicas estão organizadas na forma de filamentos ao passo que nas globulares as cadeias se dobram adquirindo forma esférica O tipo de estrutura terciária apresentada pela proteína está intimamente relacionado a sua função celular As proteínas com estrutura terciária do tipo fibrosa geralmente estão envolvidas em funções de suporte força e proteção celular Já as globulares estão associadas às demais funções proteicas como BIOQUÍMICA GERAL 58 regulação catálise etc Mas como fi cam as estruturas das proteínas que contêm mais de uma cadeia polipeptídica ou seja as oligoméricas Vamos usar como exemplo a proteína hemoglo bina formada por quatro cadeias polipeptídicas diferentes α1 α2 β1 β2 sendo cada uma delas sintetizada separadamente Após a síntese cada cadeia isoladamente assume suas es truturas secundárias e terciárias mas a proteína só será funcional quando houver a união de todas as cadeias A união das estruturas terciárias de todas as cadeias polipeptídicas forma a estrutura quaternária Sendo assim apenas as proteínas oligoméricas que contêm mais de uma cadeia polipeptídica apresentam estrutura quaternária que é mantida geralmente por ligações intermoleculares mantendo as diferentes cadeias unidas em uma única estrutura Propriedades 234 Vimos que as proteínas se organizam em estrutura primária secundária terciária e quater nária e têm diferentes graus de complexidade A estrutura fi nal adquirida pelas proteínas é denominada estrutura nativa e é essencial para sua atividade biológica PAUSA PARA REFLETIR Agora imagine que uma pessoa tem um quadro de elevação da temperatura corporal ou febre Como a febre poderia prejudicar a atividade das proteínas especialmente das enzimas Alterações no pH tipo de solvente e adição de metais pesados ou detergentes são exem plos de situações que podem causar a perda das estruturas tridimensionais de uma proteína É importante ressaltar que na desnaturação não ocorre perda da estrutura primária sequên cia de aminoácidos mas somente da conformação espacial e o efeito mais visível é a perda da solubilidade e precipitação das moléculas Caso ocorra perda da estrutura primária ocorre uma degradação proteica Em alguns casos quando as condições desnaturantes são mais brandas a proteína pode reassumir sua conformação tridimensional quando o agente desnaturante é removido Entretanto condições prolongadas ou intensas geram uma desnaturação irreversível Funções biológicas separação e caracterização de proteínas 24 Embora tenha havido experimentos durante todo o século XX demonstrando a rela ção estrutura função alguns estudos mostraram vários exemplos de proteína que desem BIOQUÍMICA GERAL 59 Proteínas transportadoras 241 As proteínas transportadoras transportam íons e moléculas no sangue ou através das membranas Como exemplo temos a hemoglobina e a mioglobina que transportam gases respiratórios e as lipoproteínas que transportam ácidos graxos no sangue Proteínas contráteis de defesa e reguladoras 243 As proteínas contráteis e de motilidade estão relacionadas aos nossos movimentos como a actina e miosina presentes nos músculos As proteínas de defesa auxiliam na prote ção do organismo como as imunoglobulinas e fi brinogênio As moléculas de natureza pro teica podem relacionarse à regulação da atividade fi siológica como a insulina glucágon e o hormônio do crescimento GH Proteínas estruturais e de armazenamento 242 As proteínas estruturais formam as estruturas do organismo como por exemplo as unhas e cabelos formados pela queratina os ossos e cartilagens constituídos por colágeno e a pele formada por colágeno e elastina Já as proteínas de armazenamento servem como reserva energética Como exemplo te mos a ovoalbumina no ovo a caseína no leite a zeína no milho e a gliadina no trigo penhavam funções biológicas porém não eram capazes de manter uma conformação tridimensional estável em condições fi sioló gicas A maioria desses casos foi ignorada ou se manteve inexpressiva diante do su cesso dos experimentos que demonstra vam de maneira elegante a relação entre estrutura e função No entanto à medida que fomos evoluin do tecnologicamente na separação e carac terização proteica essas proteínas tiveram sua estrutura elucidada assim como de fato qual era o seu papel no organismo vivo BIOQUÍMICA GERAL 60 Com base nas propriedades das proteínas elas podem ser separadas e purifi cadas a par tir de um dado material biológico Inicialmente se produz o rompimento das células libe rando um extrato bruto contendo uma mistura de proteínas Esse extrato é fracionado com base em propriedades como tamanho ou carga das proteínas Para isso podese aproveitar de propriedades como solubilidade em soluções de diferentes pHs ou temperaturas ou con centração de sais salting out precipitação seletiva de certas proteínas com a adição de altas concentrações de sal como sulfato de amônio Após obtenção de frações de proteínas elas são submetidas a diferentes processos de separação como diálise cromatografi a em coluna HPLC ou Cromatografi a de alta efi ciência e eletroforese Para analisar a estrutura primária das proteínas promovese a sua hidrólise ou quebra e a composição de aminoácidos As proteínas podem ser caracterizadas por meio de es pectrometria de massas sequenciamento de peptídeos curtos difração de raiosX modelo molecular e ressonância magnética nuclear estrutura tridimensional Métodos de obtenção purifi cação e caracterização de proteínas 244 Proposta de Atividade Agora é a hora de pôr em prática tudo o que você aprendeu nesse capítulo Elabore um qua dro comparativo destacando as principais diferenças de constituição estrutura e função das proteínas mais frequentemente encontradas nos alimentos que você ingere diariamente Ao produzir seu quadro comparativo considere as leituras básicas e complementares realizadas Recapitulando Os aminoácidos comumente formados como produto da hidrólise das proteínas contêm um grupamento αcarboxílico um grupamento αamino e um grupo R característico substituído no átomo do carbono α A relação da estrutura química dos aminoácidos o classifi ca com base em sua polaridade do seu grupamento R Os aminoácidos podem ser unidos covalentemente por ligações peptídicas para formar peptídeos e proteínas As proteínas simples produzem apenas aminoácidos após serem submetidas à hidrólise já as proteínas conjugadas contêm além de aminoácidos algum outro componente como um íon metálico ou um grupo prostético orgânico Uma questão interessante ocorre quando colocamos aminoácidos em água Nesse mo mento ocorre a ionização dos grupos carboxila e amino presentes no aminoácido formando BIOQUÍMICA GERAL 61 um íon dipolar A carboxila COOH de característica ácida doa seu íon H próton e adquire uma carga negativa COO O grupamento amino NH2 por sua vez recebe o H próton do meio ácido ganha uma carga positiva e passa a ser NH3 Portanto temos duas formas possíveis para os aminoácidos a não iônica e a iônica ou zwitterion que significa híbrido Nesse contexto também podemos verificar que relativo às proteínas elas podem possuir quatro níveis de estrutura que podem ser geralmente reconhecidos A estrutura primária referese à sequência de aminoácidos e à localização da ligação dissulfeto A estrutura se cundária consiste na ligação espacial dos aminoácidos adjacentes em extensões localizadas A estrutura terciária é a conformação tridimensional de toda uma cadeia polipeptídica A estrutura quaternária envolve a localização espacial de múltiplas cadeias polipeptídicas as sociadas de maneira estável Diferentes funções das proteínas são resultantes de diferenças na composição de aminoácidos e em sua sequência Um exemplo de aplicação direta dessa estrutura são as proteínas do cabelo Nesse caso do cabelo o calor úmido rompe as ligações de hidrogênio e causa o desenovelamento das estruturas αhelicoidais das cadeias polipeptídicas Após o cabelo ser lavado e resfriado as cadeias polipeptídicas revertem a sua conformação αhelicoidal Cabe também ressaltar que as proteínas quando expostas a alterações de temperatura pode haver perda da estabilidade das estruturas tridimensionais da proteína e por conse quência perda de sua função Essa alteração tridimensional é chamada de desnaturação e o agente causador é a elevação da temperatura como pode ocorrer com a febre que pode prejudicar a atividade proteica do organismo em especial as enzimas As proteínas são purificadas em função das diversas propriedades nas quais podem dife rir entre si E podem ser seletivamente precipitadas pela adição de certos sais Uma ampla quantidade de métodos cromatográficos utiliza as diferenças de tamanho as propriedades de ligação carga entre as principais características para identificação separação e purifica ção A eletroforese pode separar as proteínas de acordo com sua massa e carga Todos os procedimentos de purificação necessitam de métodos para quantificar as proteínas de inte resse em especial na presença de outras BIOQUÍMICA GERAL 62 Referências bibliográficas CAMPBELL M K Bioquímica 3 ed Porto Alegre Artmed 2000 CAMPBELL M K FARRELL S O Bioquímica Combo 5 ed São Paulo Thomson Cengage Learning 2007 DEVLIN T M Manual de Bioquímica com correlações clínicas 7 ed São Paulo Blucher 2011 DONN S M SINHA S K Neonatal Respiratory Care 2 ed Philadelphia Mosby Elsevier 2006 HALL J E Guyton Hall Tratado de Fisiologia Médica 12 ed Rio de Janeiro Elsevier 2011 HARVEY R A FERRIER D R Bioquímica ilustrada 5 ed Porto Alegre ArtMed 2012 HENEINE I F Biofísica Básica 2 ed São Paulo Atheneu 2010 KOEPPEN B M STANTON B A Berne Levy Fisiologia 6 ed Rio de Janeiro Elsevier 2009 MURRAY R K et al Bioquímica ilustrada de Harper 29 ed Porto Alegre AMGH Artmed 2013 NELSON D L COX M M Princípios de Bioquímica de Lehninger 6 ed Porto Alegre Artmed 2014 RODWELL V W et al Bioquímica ilustrada de Harper 30 ed Porto Alegre AMGH 2017 SADAVA D et al Vida a ciência da biologia V 1 Célula e hereditariedade 8 ed Porto Alegre Artmed 2009 SILVERTHORN D U Fisiologia humana uma abordagem integrada 5 ed Porto Alegre Artmed 2010 SMITH C MARKS A D LIEBERMAN M Bioquímica Médica Básica de Marks uma aborda gem clínica 2 ed Porto Alegre Artmed 2007 TOY E C et al Casos clínicos em bioquímica 3 ed Porto Alegre AMGH 2016 VOET D VOET J G Bioquímica 4 ed Porto Alegre ArtMed 2013 VOET D VOET J G PRATT C W Fundamentos de Bioquímica a vida em nível molecular 2 ed Porto Alegre Artmed 2008 BIOQUÍMICA GERAL 63 Objetivos do capítulo Conhecer a natureza química e características dos catalisadores das reações dos sistemas biológicos Assimilar os princípios fundamentais da catálise enzimática Compreender a importância bioquímica das enzimas TÓPICOS DE ESTUDO VISÃO GERAL Defi nição de enzimas Propriedades gerais Mecanismos da catálise enzimática Classifi cação e nomenclatura CINÉTICA ENZIMÁTICA Introdução Fatores que afetam a velocidade das reações enzimáticas Cinética de MichaelisMenten Inibidores REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA Introdução Regulação alostérica Regulação por modifi cação covalente Ativação por clivagem proteolítica BIOQUÍMICA GERAL 64 As enzimas estão presentes no dia a dia de todos nós Ao cortar a cebola nossos olhos fi cam irritados porque produzem rompimento celular que permite a liberação de alii nase Essa enzima além de entrar em contato com aminoácidos presentes na cebola e auxiliar na propagação do odor produz ácido sulfúrico o que contribui para danifi car a membrana conjuntiva Em resposta como defesa nosso organismo produz as lágrimas levando a pessoa ao choro De forma semelhante com origem em uma reação enzimá tica ao imergirmos a carne ou mesmo deixála em contato com enzimas proteolíticas sejam elas industriais ou derivadas de plantas tais como a papaína a bromelina e a fi cina temos como resultado a degradação parcial dos componentes da carne modifi cando assim sua estrutura o que identifi camos como aumento da maciez Com base nesses exemplos e nas manifestações do nosso organismo fi ca evidente a intensiva ação e importância das enzimas Em quais outros momentos e situações podemos nos depa rar com reações enzimáticas e de que forma elas são viabilizadas Contextualizando o cenário BIOQUÍMICA GERAL 65 Enzimas 3 Nosso corpo é mantido vivo por uma série de reações químicas em cadeia que chamamos de vias metabólicas nas quais o produto de uma reação serve posteriormente como reagen te Todas as fases de uma via metabólica são mediadas por enzimas Enzimas são moléculas orgânicas de natureza proteica e agem nas reações químicas das células como catalisadoras ou seja aceleram a velocidade dos processos sem alterálos Ge ralmente elas são os catalisadores mais efi cazes devido a sua alta especifi cidade Sua estru tura quaternária é quem determina sua função ou seja a qual substrato ela se acoplará para acelerar determinada reação Visão geral 31 Normalmente nosso organismo se depa ra com um sistema orgânico lento e pouco espontâneo que depende exclusivamente do trabalho das chamadas enzimas para que possa ter um funcionamento metabólico me lhor de maneira mais regular e específi ca Dizemos que essas enzimas funcionam como catalisadores celulares pois facilitam a ocor rência de certas reações internas de nosso corpo dando melhor agilidade quando de certa forma as coisas costumam acontecer de forma mais devagar Se não fossem as enzimas diversas reações do nosso metabolismo aconteceriam de maneira exageradamente lenta o que prejudicaria e muito o nosso sistema Elas agilizam as reações químicas das células aumentando a velocidade com que estas traba lham Consequentemente a atuação das células se torna mais efi caz fazendo com que haja um melhor desempenho Cada enzima é única para uma determinada reação Para seu funcionamento efi caz deve ter sua estrutura tridimensional conservada terciária e quaternária Uma enzima possui uma região específi ca de ligação ao substrato chamada de sítio ativo a conformação desta região forma um encaixe perfeito e único entre determinada enzima e um substrato normalmente por meio de ligações covalentes transitórias Ao terminar a reação ela se solta do substrato e continua perfeita em sua forma para novas atividades BIOQUÍMICA GERAL 66 Como toda proteína a enzima pode se desnaturar em algumas condições como em altas temperaturas variação extrema de pH Nessas situações perde sua função Também como as proteínas elas precisam de temperatura e pH ideal para serem ativas nas reações Defi nição de enzimas 311 Exceto por algumas ribozimas ou RNAs catalíticos todas as enzimas são proteínas Elas apre sentam atividade catalítica ou seja aumentam a velocidade das reações químicas em milhões de vezes sob condições suaves pH temperatura e pressão adequadas mesmo quando em pequena quantidade no meio e não são desgastadas durante o processo Tendo em vista que pertencem à classe proteica todos os conceitos vistos no estudo das pro teínas são aplicáveis às enzimas Propriedades gerais 312 As enzimas são catalisadores biológicos al tamente efi cientes permitindo que as reações apresentem velocidade muito mais rápida do que seria sem a sua presença Para atuar ne cessitam de condições de reação mais bran das de pH e temperatura quando comparadas com catalisadores químicos Como resultado da catálise a estrutura da enzima não se alte ra e ela pode ser reutilizada nas reações Além disso para que atuem de forma harmônica apresentam capacidade de regulação Geralmente há uma enzima específi ca para cada substrato e reação ou seja há um encaixe perfeito do substrato S com a enzima E Sendo assim os substratos são os alvos da ação das enzimas e se ligarão a uma determinada região chamada de sítio ativo ou sítio catalítico formando o complexo enzimasubstrato ES levando à ocorrência da reação enzimática e à formação do complexo enzimaproduto EP seguida da liberação da enzima intacta E e do produto formado P conforme esquema a seguir E S ES EP E P Portanto o substrato sofre a ação enzimática Entretanto é necessário entender de que forma a enzima reconhece seu substrato Isso ocorre de duas formas por afi nidade química e por complementaridade A ligação do substrato ao sítio ativo só acontecerá se BIOQUÍMICA GERAL 67 1 o substrato tiver afinidade química com os grupamentos R dos aminoácidos que estão ali de modo a permitir interações intermoleculares para acomodação em uma orientação específica e 2 sua conformação for complementar a determinadas características do sítio ativo A Fig 1 representa a forma de ligação de um substrato a sua enzima específica Vale esclare cer que h círculo marcado em marrom representa grupos hidrofóbicos e as linhas tracejadas correspondem a pontes de hidrogênio Observe que o substrato se encaixa no sítio ativo da enzi ma de forma complementar e com afinidade química ou seja os grupos hidrofóbicos presentes no substrato interagem com aqueles presentes no sítio ativo da enzima além disso pontes de hidrogênio são formadas entre átomos de H e O presentes na enzima e no substrato Figura 1 Complexo enzimasubstrato Fonte VOET VOET PRATT 2014 Adaptado Algumas enzimas assim como as proteínas também podem conter um grupamento não pep tídico ligado à sua cadeia polipeptídica que é essencial para a atividade enzimática Esse grupo é chamado de cofator e pode ser de dois tipos íons inorgânicos que são íons metálicos que recebem e doam elétrons Cu2 Fe2 Mg2 ou moléculas orgânicas também chamadas de coen zimas que têm origem a partir de vitaminas e agem como transportadoras de grupos funcionais FAD NAD biotina TPP coenzima A Quando a ligação do cofator com a enzima é muito estável como uma ligação covalente rece be o nome de grupo prostético A parte proteica é denominada de apoenzima ou apoproteína e a enzima acrescida de seu cofator é chamada de holoenzima Substrato N H O h h Enzima N H O O O H h h h h h BIOQUÍMICA GERAL 68 Mecanismos da catálise enzimática 313 Vimos que as enzimas são catalisadores biológicos Mas de que forma conseguem aumentar a velocidade das reações enzimáticas Para entender melhor o papel das enzimas precisaremos perceber de que maneira ocorre uma reação química do ponto de vista energético O gráfi co que analisa a distribuição de energia durante uma reação química é chamado de diagrama de coordenada de reação e está demons trado na Fig 2 Lembrese que ΔG é equivale à energia de ativação Figura 2 Diagrama de coordenada de reação Fonte VOET VOET PRATT 2014 Adaptado As enzimas aceleram a velocidade das reações porque são capazes de reduzir a energia de ativação nelas E o que é energia de ativação Tratase da quantidade de energia em Joules necessária para converter 1 mol do substrato até o estado de transição X O estado de transição é o ponto de maior energia do sistema no qual ainda não ocorreu a formação do produto ou seja é um estado intermediário uma barreira de energia que os substratos precisam ultrapassar para serem convertidos em produtos Quanto maior a ener gia de ativação mais lenta será a reação Coordenada da reação Não catalizada A B a redução em ΔG pela catálise X Catalisada ΔG cat PQ A B PQ BIOQUÍMICA GERAL 69 CURIOSIDADE A determinação da atividade de algumas enzimas no sangue representa uma im portante ferramenta que auxilia no diagnóstico de diversas patologias Essa área é chamada de Enzimologia Clínica A determinação da atividade de algumas enzimas no sangue representa uma im A determinação da atividade de algumas enzimas no sangue representa uma im A determinação da atividade de algumas enzimas no sangue representa uma im portante ferramenta que auxilia no diagnóstico de diversas patologias Essa área é A determinação da atividade de algumas enzimas no sangue representa uma im portante ferramenta que auxilia no diagnóstico de diversas patologias Essa área é A determinação da atividade de algumas enzimas no sangue representa uma im portante ferramenta que auxilia no diagnóstico de diversas patologias Essa área é A determinação da atividade de algumas enzimas no sangue representa uma im A determinação da atividade de algumas enzimas no sangue representa uma im Mas como as enzimas reduzem a energia de ativação Qual é a fonte da energia necessária para este processo A resposta está na interação da enzima com seu substrato quando a enzima se liga ao substrato muitas interações são formadas com os grupos funcionais pre sentes entre elas estão as interações cova lentes e as não covalentes A cada interação é liberada certa quantidade de energia e o somatório é chamado de energia de ligação que é a principal responsável pela redução da energia de ativação Outra consideração importante a ser fei ta diz respeito à complementaridade entre enzima e substrato A complementaridade é abordada em termos do modelo chavefe chadura em que o sítio ativo seria rígido e complementar ao substrato ocorrendo um encaixe perfeito ou ainda pelo ajuste induzido onde o substrato ao se ligar ao sítio ativo induziria um ajuste que permite o encaixe perfeito Atualmente a hipótese mais aceita é a proposta por Linus Pauling e Jenks segundo a qual a complementaridade ocorre somente no estado de transição da reação e não seria uma complementaridade preexistente do tipo chavefechadura NELSON COX 2014 Entretanto existem algumas reações em que a enzima reduz a energia de ativação por um mecanismo diferente da energia de ligação Essa redução ocorre por meio de interações do tipo covalente com grupos químicos específi cos na enzima Esses tipos são chamados de catá lises ácidobásica covalente e por íons metálicos PAUSA PARA REFLETIR Para entendermos melhor a catálise enzimática é necessário conhecer o conceito de isoenzi mas ou isoformas enzimáticas Sendo assim qual é a diferença entre elas BIOQUÍMICA GERAL 70 O aumento da atividade de determinadas enzimas no sangue é um indicativo de lesão e ou proliferação celular visto que a maioria das enzimas é predominantemente encontrada no citoplasma celular Elas são extremamente úteis na detecção e na localização de lesão tecidual e no monitoramento do tratamento e de progresso da doença Entretanto na prática encontramos a signifi cativa desvantagem de que o aumento na ativi dade de uma enzima pode refl etir desordens relacionadas a vários tecidos Portanto na maio ria das vezes são ensaios não específi cos Um aumento na atividade da enzima fosfatase alca lina pode signifi car um distúrbio ósseo ou no trato biliar tendo em vista que os osteoblastos e as células do trato biliar são importantes produtores dessa enzima Na prática costumase contornar essa desvantagem com análise da atividade de várias enzimas e exames comple mentares capazes de axiliar o diagnóstico além da avaliação clínica do paciente Classifi cação e nomenclatura 314 A identifi cação de uma enzima é feita adicionandose o sufi xo ase ao nome do substrato da reação que ela catalisa ou da reação de que participa Por exemplo a amilase catalisa a degra dação do amido a sacarase catalisa a hidrólise da sacarose as isomerases catalisam a forma ção de isômeros e DNA polimerase catalisa a polimerização de DNA Sistematicamente as enzimas são dividi das em seis classes de acordo com o tipo de reações que catalisam 1 Oxidorredutases são enzimas que ca talisam reações de oxidação e redução que envolvem transferência de elétrons e seja ganho ou perda destes 2H 2e ou H H Coenzimas são os transportadores de e Ex FAD FADH2 NAD NADH H ESCLARECIMENTO Em uma reação de oxidaçãoredução um dos reagentes sofre oxidação concomi tantemente com a redução de outro reagente Aquele que se oxida é o agente redu tor e aquele que se reduz é o agente oxidante Em uma reação de oxidaçãoredução um dos reagentes sofre oxidação concomi Em uma reação de oxidaçãoredução um dos reagentes sofre oxidação concomi Em uma reação de oxidaçãoredução um dos reagentes sofre oxidação concomi tantemente com a redução de outro reagente Aquele que se oxida é o agente redu Em uma reação de oxidaçãoredução um dos reagentes sofre oxidação concomi Em uma reação de oxidaçãoredução um dos reagentes sofre oxidação concomi Em uma reação de oxidaçãoredução um dos reagentes sofre oxidação concomi tantemente com a redução de outro reagente Aquele que se oxida é o agente redu Em uma reação de oxidaçãoredução um dos reagentes sofre oxidação concomi tantemente com a redução de outro reagente Aquele que se oxida é o agente redu tantemente com a redução de outro reagente Aquele que se oxida é o agente redu tantemente com a redução de outro reagente Aquele que se oxida é o agente redu tantemente com a redução de outro reagente Aquele que se oxida é o agente redu BIOQUÍMICA GERAL 71 A redução ocorre no sentido X XH2 ou X XH H respectivamente envolvendo ganho de dois elétrons 2H e H respectivamente A oxidação ocorre no sentido contrário das reações ilustradas envolvendo a perda de dois elétrons álcoolNADoxirredutase ou álcool desidrogenase Ex CH3CH2OH NAD CH3COH NADH H etanol acetaldeído Observe que ocorreu a oxidação do etanol em acetaldeído perdeu elétrons na forma de H íon hidreto com concomitante redução de NAD ganhou os elétrons O etanol é o agente redutor e o NAD é o agente oxidante As oxidorredutases são subclassificadas em desidrogenases monoxigenases dioxigenases e peroxidases 2 Transferases participam de reações de transferência de grupos entre dois substratos Ex DGlicose ATP Mg2 ATP ADP DGlicose6fosfato ADP hexoquinase ou DGlcATPfosfotransferase Observe que houve transferência de um grupo fosfato do ATP adenosina trifosfato para a glicose resultando em glicose fosforilada e ADP adenosina difosfato Temos como subclassificação das transferases as quinases as fosforilases e as aminotrans ferases ou transaminases 3 Hidrolases são responsáveis pela catálise de reações de hidrólise com rompimento de ligações por transferência de grupos de água Ex DGlicose6fosfato H2O DGlicose Fosfato inorgânico fosfatase ou DGlc6fosfatohidrolase Observe que ocorreu o rompimento da ligação do fosfato com a glicose com a incorporação de água na reação liberando a glicose e o fosfato inorgânico Pi As hidrolases são subclassificadas em peptidases glicosidases lípases e fosfatases 4 Liases catalisam reações de formação ou desaparecimento de ligações duplas desidratase Ex HOOCCHCHCOOH HOOCCHCHCOOH H2O OH H As liases são subclassificadas em descarboxilases aldolases e desidratases 5 Isomerases transformam um isômero em outro por meio de rearranjos intramoleculares BIOQUÍMICA GERAL 72 Diidroxiacetonafosfato Dgliceraldeído3fosfato triosefosfatoisomerase Ex CH2OH CH2OP CO CO H CH2OP HCOH Verifi que a presença do grupo cetona na diidroxiacetonafosfato e que o seu isômero for mado Dgliceraldeído3fosfato tem o grupo aldeído sem mudança na fórmula química ape nas na estrutural Além das isomerases podem ser incluídas nesta classifi cação as epimerases as mutases e as racemases 6 Ligases formam ligações entre dois substratos com consumo de energia como o ATP Podem ser carboxilases ou sintetases Ex A B ATP sintetase C ADP PAUSA PARA REFLETIR Por que é importante destacar que as enzimas são fundamentais para que qualquer reação bioquímica ocorra Cinética enzimática 32 A cinética enzimática estuda a velocidade das reações enzimáticas e a maneira como essa velocidade é alterada por diferentes fatores entre os quais se destacam concentração de enzima e de substrato temperatura pH tempo e presença de inibidores enzimáticos Na se quência abordaremos esses fatores e sua infl uência na cinética enzimática Introdução 321 Primeiramente antes de iniciarmos o estudo da cinética enzimática precisamos saber a defi nição de velocidade de reação Tratase da quantidade de produto formado com o tempo ou de reagente que está sendo consumido A atividade enzimática é dada em U quantidade de enzima que forma 1 μmolmin de produto v tempo moll min BIOQUÍMICA GERAL 73 Fatores que afetam a velocidade das reações enzimáticas 322 Como mencionado anteriormente diversos fatores são capazes de infl uir na velocidade das reações enzimáticas vejaos a seguir Concentração de enzima E A velocidade de uma reação enzimática é diretamente proporcional à concentração de en zimas no meio reacional na presença de excesso de substrato ou seja a velocidade aumenta proporcionalmente com o aumento da concentração de enzima e viceversa conforme mostra o Gráfi co 1 Isso é válido apenas se não houver limitação de substrato no meio reacional ou seja se a concentração de substrato estiver em excesso pH e temperatura T As enzimas têm a velocidade alterada em resposta às variações do pH e da temperatura Cada enzima possui uma faixa de pH na qual catalisará a reação em uma velocidade máxi ma Quando essa variável é alterada a velocidade da reação também muda Alterações no pH do meio em que a enzima está inserida podem causar transformações no estado de ionização das cadeias laterais dos aminoácidos envolvidos com a catálise enzimática e consequente mente comprometer a efi ciência da catálise O valor de pH em que a enzima apresenta sua velocidade máxima é chamado de pH ótimo Observe o Gráfi co 2 que representa a atividade de duas enzimas pepsina e glicose6fos fatase Perceba que a velocidade máxima da reação da pepsina ocorre em pH ácido enquanto E mM V0 mmols Gráfi co 1 Efeito da concentração de enzima sobre a velocidade da reação BIOQUÍMICA GERAL 74 a velocidade máxima da glicose6fosfatase ocorre em pH básico Veja também que alterações de pH resultam em modifi cações da velocidade da reação Isso ocorre porque se a enzima estiver em uma solução em que o pH sofra uma diminuição ou um aumento drástico a ioni zação dos aminoácidos é alterada Por consequência o formato tridimensional da proteína é perdido ocasionando desnaturação Fonte NELSON COX 2014 Adaptado Outro fator que precisa ser levado em consideração é a temperatura A elevação da tempe ratura de uma reação aumentará a energia cinética das moléculas de substrato e de enzimas envolvidas Com esse aumento de energia ocorre uma facilitação da reação e por consequên cia a velocidade da reação também é aumentada Entretanto isso só ocorrerá até determi nado estágio pois a partir de certa temperatura o aumento da energia cinética promove a perda da estrutura nativa da enzima e ela sofre desnaturação Com isso a enzima perde sua atividade biológica e portanto a velocidade da reação é reduzida ESCLARECIMENTO O valor de temperatura em que a enzima catalisará a reação com velocidade máxi ma é chamado de temperatura ótima O perfi l de alteração da velocidade enzimáti ca em relação a mudanças na temperatura é semelhante ao observado com o pH O valor de temperatura em que a enzima catalisará a reação com velocidade máxi O valor de temperatura em que a enzima catalisará a reação com velocidade máxi O valor de temperatura em que a enzima catalisará a reação com velocidade máxi ma é chamado de temperatura ótima O perfi l de alteração da velocidade enzimáti ma é chamado de temperatura ótima O perfi l de alteração da velocidade enzimáti ca em relação a mudanças na temperatura é semelhante ao observado com o pH O valor de temperatura em que a enzima catalisará a reação com velocidade máxi O valor de temperatura em que a enzima catalisará a reação com velocidade máxi O valor de temperatura em que a enzima catalisará a reação com velocidade máxi ma é chamado de temperatura ótima O perfi l de alteração da velocidade enzimáti O valor de temperatura em que a enzima catalisará a reação com velocidade máxi ma é chamado de temperatura ótima O perfi l de alteração da velocidade enzimáti ma é chamado de temperatura ótima O perfi l de alteração da velocidade enzimáti ma é chamado de temperatura ótima O perfi l de alteração da velocidade enzimáti ma é chamado de temperatura ótima O perfi l de alteração da velocidade enzimáti Pepsina Glicose6fosfatase pH 2 4 6 8 10 Gráfi co 2 Alteração da velocidade em relação ao pH BIOQUÍMICA GERAL 75 Tempo de incubação t Inicialmente a velocidade da reação aumenta com o tempo mas a partir de certo tempo ela para de aumentar atingindo um limiar Isso pode acontecer porque o substrato já foi con sumido porque a enzima perde a atividade ou até mesmo pelo fato dos produtos formados poderem inibir a enzima e impedir sua atividade Concentração de substrato S Entre todos os fatores que interferem na velocidade de uma reação enzimática a concentra ção de substrato é a que fornece mais informações sobre o mecanismo enzimático Com o aumento na concentração de substrato a velocidade da reação cresce até o mo mento em que não se altera mais mesmo com concentrações crescentes de substrato Esse comportamento é explicado pela concentração limitada de enzima uma vez que toda enzima disponível está ligada ao substrato na forma de complexo enzimasubstrato ES atingindo o estado estacionário ou seja a velocidade máxima da reação Vmáx Nesse ponto a enzima atingiu seu ponto de saturação pelo substrato O Gráfico 3 apresenta o efeito da concentração de substrato sobre a velocidade de reação sendo que S é a concentração de substrato V0 é a velocidade inicial da reação tempos curtos de reação Vmáx é a velocidade máxima a metade da velocidade máxima é representada por Vmáx2 e Km é a concentração de substrato capaz de fazer a enzima atingir metade de sua ve locidade máxima Esses parâmetros e a sua relação com a velocidade reacional são estudados na Cinética de MichaelisMenten Fonte VOET VOET PRATT 2014 Adaptado 2M 3M 4M 5M V0 Vmáx 0 0 kM Vmáx 2 Gráfico 3 Efeito da concentração de substrato sobre a velocidade de uma reação enzimática BIOQUÍMICA GERAL 76 Cinética de MichaelisMenten 323 A relação entre as variáveis que citamos no efeito da concentração de substrato é dada por meio de uma equação matemática obtida por MichaelisMenten válida para enzimas com um único substrato denominada Equação de MichaelisMenten e apresentada a seguir Inibidores 324 Inibidores enzimáticos são moléculas que não são substratos e têm a capacidade de reduzir a velocidade ou inibir completamente a atividade de uma enzima v0 vmáx s km s Sendo que V0 velocidade inicial da reação a uma dada S Vmáx velocidade da reação na concentração de saturação da enzima pelo substrato Velo cidade máxima S concentração de substrato Km constante de MichaelisMenten Todas as enzimas que apresentam uma relação hiperbólica de sua velocidade em relação à concentração de substrato seguem a cinética de MichaelisMenten Portanto para essas enzimas a Km é igual à concentração de substrato S necessária para atingir metade da velocidade máxima da reação 12 Vmáx De maneira geral para enzimas com um único substrato a Km é uma medida de afi nidade da enzima pelo seu substrato quanto menor for Km maior será a afi nidade pelo substrato e a enzima se liga ao substrato mesmo em baixas concentrações deste Caso contrário quanto maior for Km menor será a afi nidade pelo substrato e a enzima se liga ao substrato se este estiver em altas concentrações no meio Outro parâmetro importante de ser avaliado é o kcat ou número de renovação Tratase de uma medida da quantidade de moléculas de substrato convertidas em produto por unidade de tempo por uma molécula de enzima Por exemplo o kcat da enzima acetilcolinesterase para o substrato acetilcolina é de 14000 s1 Isso signifi ca que uma molécula da enzima acetilcoli nesterase é capaz de converter 14000 moléculas de acetilcolina em produto por segundo A relação entre o Km e o kcat de uma enzima representa um importante parâmetro de efi ciência enzimática BIOQUÍMICA GERAL 77 Conhecer o mecanismo de ação de um inibidor permite também conhecer os mecanismos pelos quais as enzimas atuam EXEMPLO A indústria farmacêutica faz constantes pesquisas em busca de fármacos que pos sam ser utilizados como inibidores enzimáticos Um exemplo é o antihipertensivo captopril Esse fármaco atua como inibidor seletivo da enzima conversora de an giotensinogênio ECA A indústria farmacêutica faz constantes pesquisas em busca de fármacos que pos sam ser utilizados como inibidores enzimáticos Um exemplo é o antihipertensivo sam ser utilizados como inibidores enzimáticos Um exemplo é o antihipertensivo captopril Esse fármaco atua como inibidor seletivo da enzima conversora de an A indústria farmacêutica faz constantes pesquisas em busca de fármacos que pos sam ser utilizados como inibidores enzimáticos Um exemplo é o antihipertensivo sam ser utilizados como inibidores enzimáticos Um exemplo é o antihipertensivo captopril Esse fármaco atua como inibidor seletivo da enzima conversora de an A indústria farmacêutica faz constantes pesquisas em busca de fármacos que pos sam ser utilizados como inibidores enzimáticos Um exemplo é o antihipertensivo sam ser utilizados como inibidores enzimáticos Um exemplo é o antihipertensivo A indústria farmacêutica faz constantes pesquisas em busca de fármacos que pos sam ser utilizados como inibidores enzimáticos Um exemplo é o antihipertensivo sam ser utilizados como inibidores enzimáticos Um exemplo é o antihipertensivo captopril Esse fármaco atua como inibidor seletivo da enzima conversora de an Há dois tipos de inibição a inibição enzimática reversível e a inibição enzimática irreversível Os inibidores reversíveis se ligam às enzimas por forças de atração de forma não covalente Podem ser do tipo competitivo incompetitivo anticompetitivo ou não competitivo misto Na Fig 3 observase a representação de cada um deles Figura 3 Tipos de inibição reversível Fonte NELSON COX 2014 Adaptado A letra a da Fig 3 representa a inibição competitiva Veja que o substrato S e o inibidor I são estruturalmente semelhantes e capazes de se ligar ao sítio ativo enzimático Por isso existe competição Caso o substrato se ligue ao sítio ativo o complexo enzimasubstrato será formado e a reação seguirá em direção à formação de um produto Por outro lado se o inibi dor enzimático se ligar ao sítio ativo será formado o complexo enzimainibidor EI e a reação bioquímica será inibida impedindo a formação do produto S S I I a E EI E E S KI Inibição S S S S I I I I c E EI ES E E S S KI KI Inibição b Inibição S S S I E ES E E S KI I BIOQUÍMICA GERAL 78 Agora observe a letra b da mesma fi gura Percebeu alguma diferença na conformação da enzima Veja que ela possui dois sítios para ligação por isso na inibição incompetitiva o inibi dor se liga em uma região diferente do sítioativo Esse tipo de inibidor só é capaz de se ligar ao complexo enzimasubstrato ES e formar o complexo enzimasubstratoinibidor ESI Quando o complexo ESI é formado a reação enzimática não prossegue e não haverá formação de produto Já na inibição mista representada pela letra c na fi gura o inibidor pode ligarse diretamen te à enzima EI ou ao complexo enzimasubstrato ESI Os inibidores irreversíveis por sua vez são aqueles capazes de se ligar por meio de interações covalentes ou muito estáveis a regiões específi cas das enzimas e inativálas irreversivelmente São compostos de origem não orgânica como o chumbo e o mercúrio por exemplo Para a ati vidade catalítica ser recuperada é preciso ocorrer a síntese de uma nova molécula de enzima Regulação da atividade enzimática 33 A coordenação dos processos metabólicos do organismo humano está diretamente relacio nada à atividade catalítica das enzimas Para que a regulação ocorra de acordo com as necessi dades celulares dois processos podem ocorrer o controle da quantidade de enzima disponível e o controle da atividade das enzimas A quantidade de enzima disponível é regulada por meio da expressão genética dessa enzima podendo levar horas ou até dias Já o controle da ativi dade de uma enzima pode acontecer por meio dos moduladores ou efetores enzimáticos por modifi cação covalente e por clivagem proteolítica Introdução 331 Basicamente existem dois tipos de mecanismos de regulação da atividade enzimática No primeiro deles há o controle da disponibilidade de enzimas esse controle é feito sobre as velocidades de síntese e de degradação de enzimas que indicam sua concentração na célula No outro tipo de regulação existe o controle da atividade enzimática que pode ser feito por mudanças na estrutura enzimática e é capaz de gerar alterações na velocidade catalítica Os cofatores são imprescindíveis para muitas enzimas exercerem suas atividades podendo ser íons metálicos ou coenzimas As coenzimas podem estar ligadas à molécula enzimática ou serem moléculas livres que só se juntam à enzima no momento da catálise Elas podem atuar com aceptores de átomos ou grupos funcionais retirados de um substrato em uma reação e como doadoras destes mesmos grupos em outra reação BIOQUÍMICA GERAL 79 Uma enzima alostérica pode ser do tipo heterotrópica onde o modulador é um composto diferente do substrato Quando a concentração do produto se eleva muito por exemplo ele inibe a enzima Esse processo é conhecido por inibição por retroalimentação Se o modulador é o substrato a enzima alostérica é homotrópica As enzimas alostéricas não seguem a cinética de MichaelisMenten apresentam uma curva sigmóide em forma de S e não hiperbólica Por fi m ressaltase que são responsáveis pelo ajuste fi no de uma cadeia de reações e são co muns nas vias metabólicas do nosso organismo Figura 4 Modulação alóstérica Fonte NELSON COX 2014 Adaptado Regulação alostérica 332 Geralmente as enzimas que sofrem regulação de sua atividade regulatórias contêm mais de uma subunidade e o sítio catalítico está em uma subunidade diferente do sítio regulatório Quando o modulador ou efetor se liga ao sítio regulatório ocorrem alterações conformacio nais no sítioativo que podem converter a enzima em uma forma mais ou menos ativa Se for um modulador positivo a ligação converterá a enzima em sua forma mais ativa e se for negativo a enzima fi cará na forma menos ativa Essas enzimas cuja atividade é alterada por moduladores são chamadas de enzimas alostéricas A Fig 4 representa esse processo de modulação Perceba que o modulador positivo M se liga ao sítio regulatório enzimático alterando a conformação da enzima e permitindo a ligação ao substrato de forma que fi que ativa C C C R Enzima mais ativa Enzima menos ativa Complexo enzimasubstrato ativo R M S S M R M M Modulador positivo S Substrato M S BIOQUÍMICA GERAL 80 Regulação por modifi cação covalente 333 Nas alterações induzidas por ligações covalentes grupamentos químicos são adicio nados ou removidos em aminoácidos específicos da enzima de forma reversível Entre os grupos mais comuns estão fosforila metila uridinila acetila sulfato etc Normal mente a adição e a remoção dos grupos são catalisadas por enzimas diferentes Na Fig 5 você pode conferir o processo de regulação de uma enzima por meio do grupo fosforila que ocorre da seguinte forma o grupamento fosforila é adicionado de forma específica a um resíduo serina da enzima A fonte doadora desse grupamen to fosforila é uma molécula de ATP e essa transferência é catalisada por uma enzima cinase quinase Na forma fosforilada a enzima exemplificada pode exercer o papel metabólico na célula Quando a função da enzima na forma fosforilada se encerra ela deve retornar ao estado inicial sem o grupamento fosforila Para sua remoção é neces sária a participação de uma terceira enzima com atividade de fosfatase Dessa forma a fosforilaçãodesfosforilação de uma enzima é essencial para que sua atividade seja regulada de acordo com as necessidades da célula A ativação da cinase ou da fosfatase é regulada pelos hormônios Figura 5 Regulação de uma enzima por meio de um grupo fosforila Fonte MURRAY et al 2013 Adaptado Nas vias metabólicas as enzimas regulatórias são fundamentais para a regulação da formação de produto nas quantidades necessárias pela célula Essa regulação é essencial para a manu tenção da homeostase celular O PO3 2 O En Se ATP Pi H2O ADP Mg2 Mg2 CINASE FOSFATASE En Se BIOQUÍMICA GERAL 81 Ativação por clivagem proteolítica 334 Algumas enzimas são sintetizadas em uma forma inativa e para sua ativação é neces sária uma proteólise ou seja uma clivagem da enzima Nesses casos o precursor enzimático inativo é chamado de zimogênio e após a cliva gem é transformado em enzima ativa A enzima ativa não pode retornar ao estado inati vo sendo um processo irreversível Para inativar sua ação uma proteína inibitória se liga no sítio ativo da enzima ativa Esse é o mecanismo de regulação de certas proteases presentes no estômago ou no pâncreas Por exemplo a tripsina 239 aminoácidos é inicialmente sintetizada como o precursor inativo tripsinogênio 245 aminoácidos onde há clivagem proteolítica por uma enteropeptidase com perda dos aminoácidos 1 a 6 Isso leva a mudanças na conforma ção da enzima expondo o sítio ativo e permitindo a ligação de seu substrato Outro exemplo é a fibrina proteína presente nos coágulos sanguíneos Seu precursor inativo é o fibrinogênio que é clivado pela trombina A trombina por sua vez é ativa da pela clivagem proteolítica de seu precursor inativo protrombina ativada sempre que houver necessidade Proposta de atividade Agora é a hora de pôr em prática tudo o que você aprendeu neste capítulo Elabore um caso que contemple e destaque as principais ideias abordadas ao longo do capítulo Ao produzir seu caso considere as leituras básicas e complementares realizadas Recapitulando As enzimas estão presentes em todas as etapas de nosso dia a dia seja em nosso organis mo ou no ambiente que nos cerca Observamos neste capítulo que as enzimas são proteínas que têm função de acelerar a velocidade das reações do nosso metabolismo Elas são fundamentais para que qualquer rea ção bioquímica ocorra pois podem regular e integrar as rotas metabólicas contribuindo para a máxima efi ciência das reações celulares As isoenzimas ou isoformas enzimáticas são enzimas que catalisam a mesma reação mas em tecidos ou organelas diferentes Estruturalmente são muito semelhantes mas diferem em relação à sequência de alguns aminoácidos BIOQUÍMICA GERAL 82 Entre as principais características das enzimas está a especificidade para com seu substrato que se liga no sítio ativo de forma complementar e única permitindo a formação dos produ tos Vários fatores influenciam a velocidade da reação ou seja a cinética enzimática Entre eles estão a concentração de enzima o pH a temperatura o tempo reacional e a concentração de substrato O estudo do efeito da concentração de substrato sobre a velocidade reacional pode ser feito por meio de uma equação matemática obtida por MichaelisMenten Vimos que a presença de inibidores enzimáticos também afeta as reações enzimáticas Es ses inibidores podem ser reversíveis se ligando às enzimas de forma não covalente e podem ser dos tipos competitivo incompetitivo ou não competitivo Já os inibidores irreversíveis que se ligam às enzimas de forma covalente inativam elas definitivamente Por fim verificamos que as enzimas são suscetíveis à regulação de suas atividades de acor do com as necessidades metabólicas sendo que esse processo é essencial para a homeostasia do nosso organismo BIOQUÍMICA GERAL 83 Referências bibliográficas CAMPBELL M K Bioquímica 3 ed Porto Alegre Artmed 2000 CAMPBELL M K FARRELL S O Bioquímica combo 5 ed São Paulo Thomson Cengage Learning 2007 DEVLIN T M Manual de bioquímica com correlações clínicas 7 ed São Paulo Blucher 2011 DONN S M SINHA S K Neonatal respiratory care 2 ed Philadelphia Mosby Elsevier 2006 HALL J E Guyton Hall tratado de fisiologia médica 12 ed Rio de Janeiro Elsevier 2011 HARVEY R A FERRIER D R Bioquímica ilustrada 5 ed Porto Alegre ArtMed 2012 HENEINE I F Biofísica básica 2 ed São Paulo Atheneu 2010 KOEPPEN B M STANTON B A Berne Levy fisiologia 6 ed Rio de Janeiro Elsevier 2009 MURRAY R K et al Bioquímica ilustrada de Harper 29 ed Porto Alegre AMGH Artmed 2013 NELSON D L COX M M Princípios de bioquímica de Lehninger 6 ed Porto Alegre Artmed 2014 RODWELL V W et al Bioquímica ilustrada de Harper 30 ed Porto Alegre AMGH 2017 SADAVA D et al Vida a ciência da biologia 8 ed Porto Alegre Artmed 2009 v 1 Célula e hereditariedade SILVERTHORN D U Fisiologia humana uma abordagem integrada 5 ed Porto Alegre Artmed 2010 SMITH C MARKS A D LIEBERMAN M Bioquímica médica básica de Marks uma aborda gem clínica 2 ed Porto Alegre Artmed 2007 TOY E C et al Casos clínicos em bioquímica 3 ed Porto Alegre AMGH 2016 VOET D VOET J G Bioquímica 4 ed Porto Alegre ArtMed 2013 VOET D VOET J G PRATT C W Fundamentos de Bioquímica a vida em nível molecular 2 ed Porto Alegre Artmed 2008 BIOQUÍMICA GERAL 84