Notas de Aula - Enzimas 2022

1 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 2 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 ENZIMAS - Introdução ● Definição ● Proteínas ● exceção: grupo de RNA catalítico ● Catalisadores ● Características ● Alto poder catalítico ● Alta especificidade ● Funcionam em solução aquosa ● Atividade em temperatura e pH fisiológicos ● Mais eficientes que vários catalisadores não biológicos 3 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 As enzimas : São catalisadores biológicos extremamente eficientes. Aceleram em média 109 a 1012 vezes a velocidade da reação, transformando de 100 a 1000 moléculas de substrato em produto por minuto de reação. Atuam em concentrações muito baixas; Atuam em condições suaves de temperatura e pH; Possuem todas as características das proteínas; Podem ter sua atividade regulada; Estão quase sempre dentro da célula, e compartimentalizadas. 4 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Introdução ● Importância ● Aceleram reações ● Coordenam cadeias de reações ● Respondem a estímulos locais e à distância ● Estudo de patologias genéticas ● Acompanhamento de doenças e tratamentos ● Diagnóstico de doenças ● Processamento de alimentos 5 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Introdução Holoenzima Proteína Apoenzima ou Apoproteína Cofator Pode ser: • íon inorgânico • molécula orgânica Se covalente Coenzima Grupo Prostético 6 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Classificação 7 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS 1. Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. São as Desidrogenases e as Oxidases 2. Transferases : Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Como exemplo temos as Quinases e as Transaminases 3. Hidrolases : Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: As peptidades 4. Liases è Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. As Dehidratases e as Descarboxilases são bons exemplos 5. Isomerases è Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. As Epimerases são exemplos. 6. Ligases è Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, sempre às custas de energia (ATP). São as Sintetases. 8 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Mecanismos de ação ● Conceitos ● Velocidade de reação ● Equilíbrio ● Substrato ● Sítio ativo ● Estado inicial ● Energia livre (G) ● Variação de energia livre padrão (ΔG0) ● ΔG0 em pH 7,0 (ΔG0’ ) ● Estado de transição ● Energia de ativação (ΔG*) G 9 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Mecanismos de ação ● Reações catalisadas por enzimas ● Sem interferência no equilíbrio ● Atingem o equilíbrio mais rápido ● Redução da energia de ativação ● Intermediários ● Passo limitante G 10 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Mecanismos de ação ● Poder catalítico e especificidade ● Interações entre grupo funcional e substrato ● Energia para baixar energia de ativação: deriva de interações fracas ● Complexo enzima-substrato ● Energia de ligação ● Complementaridade ● Modelo inicial: chave e fechadura ● Sítio ativo x estado de transição ● Modelo da quebra do bastão 11 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Especificidade Substrato \ Enzima: o Sítio Ativo: SÍTIO DE LIGAÇÃO DO SUBSTRATO O sítio de ligação do substrato de uma enzima é dado por um arranjo tridimensional especial dos aminoácidos de uma determinada região da molécula, geralmente complementar à molécula do substrato, e ideal espacial e eletricamente para a ligação do mesmo. Alguns modelos procuram explicar a especificidade substrato/enzima: Modelo Chave/Fechadura : Prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura. Modelo do Ajuste Induzido : Prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, nas sim moldável à molécula do substrato; a enzima se ajustaria à molécula do substrato na sua presença. Evidências experimentais sugerem um terceiro modelo que combina o ajuste induzido a uma "torção" da molécula do substrato, que o "ativaria" e o prepararia para a sua transformação em produto. 12 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 São 04 os mecanismos principais através dos quais as enzimas aceleram uma reação, aumentando a formação de moléculas de substrato em "Ts": Catálise Ácido-Base : Ocorre com a participação de AA com cadeias laterais ionizáveis, capazes de doar ou liberar prótons durante a catálise. A histidina, a cisteína, a tirosina e os AA ácidos são importantes aminoácidos nestes processos. Torção de Substrato : Já citada anteriormente, depende da torção do substrato induzida pela ligação do mesmo com o sítio de ligação da enzima, alcançando o estado de transição e estimulando sua conversão em produto. Catálise Covalente : Resulta do ataque nucleofílico ou eletrofílico de um radical do sítio catalítico sobre o substrato, ligando-o covalentemente à enzima e induzindo a sua transformação em produto. Envolve com freqüência a participação de coenzimas. Efeito de Diminuição da Entropia : As enzimas ajudam no posicionamento e na definição da estequiometria correta da reação, facilitando os mecanismos anteriores. 13 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Cinética enzimática ● Definição ● Estudo das velocidades de uma reação e suas mudanças em resposta a alterações em valores experimentais ● Efeito da concentração do substrato 14 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Cinética enzimática ● Equação de Michaelis-Menten ● Duplo recíproco y = a x + b 15 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Inibição ● Substratos múltiplos ● Caminhos diferentes ● Intermediários ternários ● Inibição ● Reversível ● competitiva ● S e I ligam-se ao mesmo sítio 16 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Inibição ● Inibição ● Reversível ● não-competitiva ● I liga-se a outro sítio sem independente da ligação de S ● Diminui a concentr. de enzima ativa 17 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Inibição ● Inibição ● Reversível ● incompetitiva ● I liga-se a outro sítio somente no complexo ES ● formas mistas em substratos múltiplos 18 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Inibição ● Inibição ● Irreversível ● inibidores suicidas ● inicia reação ● converte-se e liga-se à enzima ● inativadores baseados no mecanismo ● Inativo até estar no sítio ativo 19 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Inibição 20 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Inibição 21 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Enzimas Regulatórias ● Definição ● Controlam a etapa limitante em uma cadeia de reações ● Atividade aumentada ou diminuída em função de sinais ● Classificação ● Alostéricas ● Reguladas por modificações covalentes reversíveis 22 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Enzimas Alostéricas ● Características ● Moduladores não-covalentes ● Feedback ● Exceções a várias regras ● Sítio alostérico (pode coincidir com o sítio catalítico) ● Não seguem a cinética proposta por Michaelis-Menten ● Classificação ● Homotrópicas ● o substrato é o modulador (efetor) ● Heterotrópicas ● o modulador não é o substrato 23 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Enzimas Alostéricas ● Características ● Curva de saturação sigmoidal ● Múltiplas sub-unidades ● Interações cooperativas ● homotrópicas 24 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Enzimas Alostéricas ● Modelos de cinética ● Simetria ● enzima inteira ativa ou inativa ● cada molécula de S ligada aumenta a probabilidade de transição para a forma ativa 25 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Enzimas Alostéricas ● Modelos de cinética ● Sequencial ● cada sub-unidade (su) : ativa ou inativa ● Ligação de S: aumenta a probabilidade de transição da su para a forma ativa ● Ativação de uma su aumenta a probabilidade de transição da su vizinha para a forma ativa 26 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Enzimas Regulatórias ● Moduladas por modificação covalente ● Grupos são ligados (ou removidos) às enzimas ● Ligações catalisadas por outras enzimas ● Clivagens proteolíticas CH2 O P CH2 O P CH2 OH CH2 OH Fosforilase a (ativa) Fosforilase b (inativa) Fosforilase fosfatase Fosforilase quinase 27 WF Bioquímica Vegetal Broetto/ UNESP - 2022 Resumo ● Definição ● Classificação ● Mecanismo de ação ● Velocidade x Equilíbrio ● Especificidade ● Estado de transição ● Cinética ● Michaelis Menten ● Duplo recíproco ● Substratos múltiplos ● Inibidores ● Enzimas regulatórias