ENZIMAS
Energia livre e energia de activação
Reacção enzima-substracto
Apoenzimas e coenzimas
Conformação dos enzimas
Cinetica enzimatica
Activadores e inibidores
Especificidade dos enzimas
Classificação dos enzimas
INFORMAÇÃO GERAL
Directorios
Textos
Capitulo 1
ENERGIA LIVRE E ENERGIA DE ACTIVAÇÃO
Textos
Conceito de enzima
O enzima permite a realização
duma reacção, ficando inalterado no fim desta
Energia livre
Conceito
Suponhamos a reacção:
A +
B --------------- C + D
P1
P2
A reacção indicada no sentido da seta só será possível se P1
for maior que P2
- A
variação de energia F ( energia
livre) será:
F = P1-P2
Reacções exergonicas e endergonicas
Quando uma reacção corresponde a uma diminuição da energia
livre (reacção exergonica) , a sua
realização é espontânea
Quando corresponde a um aumento (reacção endergonica) necessitam de um fornecimento exterior de
energia
Os processos endergonicos
estão acoplados a processos exergonicos
Estas transferências fazem-se sem
empregar calor o que representa uma grande economia do organismo, pois o calor
é a forma mais degradada de energia
Animações:
Energia de activação
Para que uma
reacção se produza é preciso que haja choques entre moléculas e que estes choques
sejam eficazes
Estes choques só serão eficazes se
as moléculas que os sofrerem estiverem
num estado reaccional particular, o estado
activado
A energia da colisão deverá ser
maior que a energia de ligação que une os atomos
A passagem do estado normal ao
activado necessita de uma certa quantidade de energia, a energia de activação
cortesia de Micael Gregory
Podemos definir
energia de activação como a quantidade mínima de energia para produzir uma
reacção quimica
O seu valor poderá ser
consideravelmente reduzido na presença de enzimas
cortesia de Micael Gregory
Animações
Capitulo 2
REACÇÃO
ENZIMA-SUBSTRACTO
Conceito
A maior parte das reacções quimicas não se realizam
espontaneamente – são aceleradas por catalise
Catalise é a
aceleração de numa reacção química por uma substancia que no fim da reacção
surge inalterada e na mesma concentração
Os catalisadores das reacções bioquimicas são os enzimas
Características
São proteínas com pesos
moleculares de 10.000 a 2.000.000
Não causam as reacções, mas aceleram a sua actividade
Não são consumidos nem produzidos no de decorrer da reacção
São específicos
Fases da acção enzimática
A acção enzimática pode dividir-se em três fases :
- Estado
inicial
- Estado
activo
- Estado
final
Estado inicial
As moléculas que reagem chegam a uma zona privilegiada da
superficie do enzima, o
centro activo
Estado activo
As moléculas são fixadas nesta
zona, criando-se as condições óptimas para reagirem
Estado final
Libertação do produto final
Reacção enzima-substracto
Sítios
Para realizar a sua acção, o
enzima tem bolsas ou reentrâncias na sua superfície
Sitio catalítico ou centro activo
É onde se realizam as reacções
Sitio de ligação
Mantem o substracto na sua
posição correcta
O substracto mantem-se por ligações fracas não covalentes
Animações
Etapes de uma reacção enzimática
- Complexo
enzima-substracto(ES) – devido a fixação do substracto no centro activo
- Complexo enzima-produtos de reacção(EF - Formação dos produtos de reacção
Por vezes alguns aminoácidos do enzima tem funções
especificas de ligação, orientação e activação
Características de uma reacção enzimática
- Os
enzimas nunca tornam realizável uma reacção termodinamicamente impossível
- Os
enzimas aumentam a velocidade da reacção
- Os
enzimas encontram-se intactos no fim da reacção
- Quando
a reacção é reversível os enzimas aceleram do mesmo modo as duas reacções,
respeitando as leis da termodinamica
Animações
Capitulo 3
Apoenzimas e coenzimas
Textos
Apoenzimas
A maior parte dos enzimas são
heteroproteinas
A sua parte proteica designa-se por apoenzima e não proteica
como coenzima
Ao conjunto apoenzima-coenzima denomina-se holoenzima
Coenzimas
Tipos de coenzimas
- Grupos prosteticos ligados fortemente aos coenzimas
- Cosubstractos
ou coenzimas propriamente ditos, ligados fracamente ao apoenzima
coenzymes in group
transfer reactions
|
coenzyme
|
abbreviation
|
entity
transfered
|
nicotine adenine dinucelotide
|
electron
(hydrogen atom)
|
|
nicotine adenine dinucelotide phosphate
|
NADP
-Partly composed of niacin
|
electron
(hydrogen atom)
|
flavine adenine dinucelotide
|
electron (hydrogen atom)
|
|
coenzyme A
|
CoA
|
Acyl groups
 |
coenzymeQ
|
electrons (hydrogen atom)
|
|
thiamine pyrophosphate
|
thiamine (vit. B1)
|
aldehydes
|
pyridoxal phosphate
|
pyridoxine (vit B6)
|
amino groups
|
biotin
|
Biotin
|
carbon dioxide
|
carbamide coenzymes
|
vit. B12
|
alkyl groups
|
Cofactor
|
enzyme
or protein
|
Zn++
|
carbonic anhydrase
|
Zn++
|
alcohol dehydrogenase
|
Fe+++ or Fe++
|
cytochromes, hemoglobin
|
Fe+++ or Fe++
|
ferredoxin
|
Cu++ or Cu+
|
cytochrome oxidase
|
K+ and Mg++
|
pyruvate phosphokinase
|
Propriedades dos coenzimas
Não são de natureza proteica
Têm um peso molecular pouco elevado
Entram na reacção catalisada pelo enzima – reagem molécula a
molécula com o substracto
São termoestaveis ao
contrario dos apoenzimas que são termolabeis
Não são responsáveis pela especificidade – o apoenzima escolhe
o substracto, o coenzima intervem na reacção
No fim da reacção encontram-se inalterados
A maior parte não é sintetizada pelo organismo – são
vitaminas
Propriedades dos grupos prosteticos
Estão solidamente ligados ao
apoenzima por ligações covalentes
Entra na reacção sem se libertar do apoenzima – trabalha
sempre ligado ao mesmo apoenzima
Propriedades dos cosubstractos
Estão fracamente ligados ao
apoenzima
No estado final o cosubstracto encontrar-.se ligado a outro
apoenzima – no decorrer da reacção separou-se e foi regenerado por outro apoenzima
Capitulo 4
CONFORMAÇÃO DOS ENZIMAS
Sitio activo
Textos
Nem todos os aminoácidos do
apoenzima têm a mesma importancia na actividade enzimática
A parte da estrutura do apoenzima
que entra em contacto com o substracto chama-se sitio activo
Classificação dos aminoácidos do apoenzima
Distinguem-se
por importância funcional crescente
Aminoácidos não colaboradores
O seu papel é desconhecido.
Podem ser removidos sem diminuir a actividade do enzima
Aminoácidos colaboradores
Servem de suporte aos aminoacidos funcionais.
Se forem removidos, a actividade enzimática mantem-se mas o enzima torna-se
muito frágil
Aminoácidos auxiliares
Asseguram a mobilidade das zonas próximas do centro activo.
Asseguram a flexibilidade da molécula
Aminoacidos de contacto
São os componentes do sitio activo
Combinação do enzima com o substracto
Para que o substracto esteja
conveniente disposto no sitio activo são necessárias três cadeias laterais que
assegurem ligação, orientação no espaço e activação.
No caso da quimotripsina o
imidazol da histidina assegura a ligação, o hidroxilo da serina a orientação e
a triptofana a orientação.
Interacção enzima-substracto
Modelo chave-fechadura de Fischer
- Foi
a primeira teoria apresentada
- Admitia
que a proteína estaria pré-conformada para receber o substracto tal qual
como a fechadura recebe a chave
Disposição induzida de Koshland
·
É o modelo mais aceite
·
O enzima sofreria uma alteração conformacional
para se adaptar ao sitio activo
Este modelo permite uma
adaptação perfeita do substracto ao enzima
Animações
Enzimas activos e
inactivos
Pró-enzimas
Alguns enzimas encontram-se num estado inactivo, o
pró-enzima ou zimogenio
No proenzima o
enzima está ligado a um péptido que impede a sua actividade
Quando é activado, o péptido é libertado
Fosforilação
A fosforilação de alguns enzimas pode activa-los ou
inactiva-los,. tendo a desfosforilação uma acção inversa
Na glicogénio sintetase a sua forma fosforilada é inactiva
ao contrario da fosforilase
Enzimas monomericos
Têm apenas uma cadeia
polipeptidica
Este grupo diz respeito a um numero pequeno de enzimas,
todos actuando em reacções de hidrolise
Existem quase todos como pró-enzimas
Enzimas monomericos
Enzimas Numero de aminoácidos
Ribonuclease 124
Papaina 203
Tripsina 223
Enzimas oligomericos
São constituídos pela reunião de
varias subunidades proteicas
As subunidades que se repetem chamam-se monómeros
Enzimas oligomericos
Enzimas Número de subunidades
Fosforilase 4
Hexoquinase 4
Enolase 2
Reacções em sequencia
No organismo geralmente os enzimas trabalham em sequencia de
modo que o produto final de uma reacção
se torna o substracto da seguinte, catalisada por outro enzima e assim
sucessivamente
Estes sistemas podem organizar-se em vários modos
- As moléculas deslocam-se
rapidamente de um enzima para outro, alinhados em sequencia
- Os enzimas reúnem-se na
mesma molécula, tendo cada um um coenzima diferente - sistema polienzimatico
Muitos isoenzimas podem ser
separados por electroforese
Enzimas diferentes com a mesma actividade
Enzimas totalmente diferentes
São enzimas de composição totalmente diferente com a mesma
actividade
É o caso de duas malicodeidrogenases, uma citoplasmica e
outra mitocondrial
Isoenzimas
São heteropolimeros, resultantes da associação diferente de
varias subunidades
Diferenças no grupo prostetico
Neste caso a diferença reside no
grupo prostetico
A fosfatase alcalina e a catalase têm subunidades com ou sem
acido sialico
Variantes geneticas
Devido a mutações podem-se sintetizar enzimas com estrutura
diferente, o que muitas vezes implica diferenças na sua actividade
Enzimas conjugados com
outros grupos
Como vimos a fosforilase pode estar ou não fosforilada, com
actividades biológicas diferentes
Capitulo 5
CINETICA ENZIMATICA
Textos
Velocidade de uma
reacção enzimática
A velocidade de uma reacção enzimática é representada pela
quantidade de produto formado ou consumido por unidade de tempo
Depende de:
·
Concentração do enzima
·
Concentração do substracto
·
Afinidade do enzima pelo substracto
Concentração do enzima
Se a concentração do substracto se mantiver constante, a
velocidade da reacção é proporcional à
concentração do enzima desde que haja
excesso de substracto
Esta proporcionalidade só se observa quando há excesso de
substracto pois caso contrario quando todo o enzima se gastou forma-se um
planalto
cortesia de Michael Gregory
Concentração do substracto
Se a quantidade do enzima se mantiver constante e a do
substracto for aumentando gradualmente a velocidade da reacção aumentará até
atingir um máximo, a velocidade máxima
Após este ponto um aumento da concentração de substracto já
não aumenta a velocidade porque todo o enzima existente já está combinado com o
substracto
Quando a concentração do substracto é baixa a velocidade de
reacção é directamente proporcional à sua concentração – reacção de ordem 1
Para concentrações elevadas de substracto, a velocidade de
reacção é independente da concentração e tendem formar um planalto devido à
concentração do enzima em substracto – reacção
de ordem 0
KM
É a concentração de substracto correspondendo a metade da
velocidade máxima
pH e temperatura
Tanto para o pH como para a temperatura há um valor ao qual
actividade do enzima é máxima – pH e temperatura óptimos
cortesia de Michael Gregory
cortesia de Michael Gregory
Para cima e para baixo destes valores a actividade diminui,
podendo chegar a ser nula
ANIMAÇÕES
Capitulo 6
ACTIVADORES E INIBIDORES
Activadores
Mecanismos da acção activadora dos iões
Favorecem a ligação
enzima-substracto
Fazem parte essencial do sitio catalítico, funcionando como
coenzimas
Removem inibições existentes
Activação por protecção do
enzima
A cisteina e o glutatião protege
os grupos SH da oxidação
Activação por actuação em subunidades
Alguns enzimas têm uma unidade
reguladora R e uma catalítica C
Quando não combinada a subunidade R mascara a C e impede a
acção do enzima
Quando combinada com o AMP cíclico liberta o sitio activo e
permite a acção do enzima
Inibidores
Textos
Inibidor competitivo
Tem uma estrutura semelhante ao
substracto
O sitio activo confunde-o com o substracto, impedindo a
reacção
cortesia de
Michael Gregory
Não se liga ao sitio activo
Afectam a estrutura primária do enzima, p.ex. destruindo
ligações S-S
Animações
Reversíveis e irreversíveis
Inibidores irreversíveis
Formam ligações muito fortes que
não são dissociáveis
Inibidores reversíveis
Formam ligações covalentes
fracas que se dissociam facilmente
Inibição pelos produtos da reacção
Os produtos da reacção, devido a alguma semelhança com o
substracto, quando em excesso podem inibir o enzima
Inibição por excesso de substracto
Quando a quantidade de substracto é muito grande, várias
moléculas do substracto podem competir para o mesmo sitio activo
Retro-inibição
O produto final da cadeia enzimática pode regular a síntese
de toda a cadeia por retro-inibição
É por exemplo o caso da treonina
Animação
Efeito alostérico
Bibliografia
Em todas as reacções metabólicas há um enzima dotado de uma
reactividade particular, em geral o primeiro da sequencia – é o enzima
regulador
Este enzima é inibido apenas pelo produto final X mas não pelos intermediários A,B, etc. – é o efeito alosterico
Neste caso a molécula
combina-se não com o sitio activo mas com um outro sitio, o sitio alosterico
A combinação com o sitio alosterico altera a conformação do
enzima – transição alosterica
As moléculas que actuam sobre os sítios alostericos
chamam-se efectores alostericos
O efector alosterico pode inibir a reacção (efector
alosterico negativo) ou activa-la (efector alosterico positivo)
cortesia de
Michael Gregory
cortesia de Michael Gregory
Animações
Capitulo 7
ESPECIFICIDADE DOS ENZIMAS
Os enzimas exibem especificidade
em relação às reacções que catalisam
Especificidade absoluta
Catalisam apenas uma reacção
Especificidade de grupo
Catalisam reacções em moléculas com um determinado grupo
funcional (amina,fosfato,etc)
Especificidade de ligação
Actua apenas sobre uma
determinada ligação
Especificidade estereoquimica
Actua apenas sobre um
estereoisomero
Capitulo 7
Classificação dos enzimas
Oxido- redutases
Catalisam reacções de
oxidação-redução entre dois substractos.
As hidroxilases introduzem um oxidrilo
As desidrogenases eliminam hidrogénio
Os transportadores de electrões transportam electrões com mudança de
valência do metal
Transferases
Transferem
grupos funcionais de uma molécula para outra
Hidrolases
Catalisam uma cisão pela fixação
de uma molécula de agua, ficando o OH de um lado da ligação e o H doutro
Liases
Acrescentam ou
removem grupos de um substracto com a
formação de uma dupla ligação
Isomerases
Catalisam rearranjos moleculares, formando isómeros
As racemases transformam um estereoisomero
noutro
As isomerases cis-trans transformam isómeros
cis em trans
As mutases transferem radicais de uma
parte da molécula pata outra
Ligases
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