Aula 2 - Enzimas e cinética enzimática

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Início séc. XIX
Catálise em sistemas biológicos :
digestão da carne pelas secreções estômago;
digestão do amido em açúcar pela saliva.
Histórico
James Sumner (1926)
Isolou e cristalizou a urease de soja;
Cristais eram de proteínas;
Postulou que “todas as enzimas são proteínas”.
John Northrop (década 30)
Cristalizou a pepsina e a tripsina bovinas;
Década de 50 – séc. XX
75 enzimas  isoladas e cristalizadas;
Ficou evidenciado caráter protéico.
Histórico
Atualmente  2000 enzimas são conhecidas.
Eduard Buchner (1897)
Extraiu da levedura um conjunto de enzimas que podiam 
fermentar o açúcar  álcool;
Enzimas funcionavam mesmo quando removidas da célula viva.
Década de 50
Louis Pasteur 
concluiu que a fermentação do açúcar em álcool pela levedura era 
catalisada por “fermentos” = enzimas.
Meados do século XX
Uso de enzimas em processos industriais 
– Catalisadores biológicos;
– Longas cadeias de pequenas moléculas 
chamadas aminoácidos.
• Função:
– Viabilizar a atividade das células, quebrando 
moléculas ou juntando-as para formar novos 
compostos.
Definição
• Com exceção de um pequeno grupo 
de moléculas de RNA com 
propriedades catalíticas, chamadas 
de RIBOZIMAS, todas as enzimas são 
PROTEÍNAS
Definição
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ENZIMAS – PROTEÍNA
Classificação proteínas
Proteínas globulares Proteínas fibrosas
Estrutura das proteínas
Primaria Secundaria Terciária Quaternária
ENZIMAS 
Proteínas globulares
Estrutura terciária
Proteínas com alto peso 
molecular, maioria entre 15 a 
1000 Kilo Daltons Unit (KD)
OBS: 1 Dalton = 1 unidade de 
peso molecular (AMU)
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ENZIMAS – ESTRUTURA
RNA
Estrutura 
Enzimática
Ribozimas
Se covalente
Apoenzima ou
Apoproteína
Grupo Prostético
Holoenzima
Cofator
Coenzima
Proteína
Pode ser:
• íon inorgânico
• molécula orgânica
Definição
ENZIMAS – componentes
Cofator
Íon metálico
(ativadores)
molécula orgânica 
(coenzima)
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ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS
•Apresentam alto grau de especificidade;
•São produtos naturais biológicos;
•Reações baratas e seguras;
•São altamente eficientes, acelerando a velocidade das 
reações;
•São econômicas, reduzindo a energia de ativação;
•Não são tóxicas;
•Condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do 
solvente e força iônica. 
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ENZIMAS – NOMENCLATURA
Século XIX - poucas enzimas identificadas
- Adição do sufixo ”ASE” ao nome do substrato: 
* gorduras (lipo - grego) – LIPASE
* amido (amylon - grego) – AMILASE
- Nomes arbitrários:
* Tripsina e pepsina – proteases
Enzimas – nomenclatura
Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática: 
• Nome Recomendado: Mais curto e utilizado no dia a dia de 
quem trabalha com enzimas. Usa o sufixo "ase" para 
caracterizar a enzima. Ex: Urease, Hexoquinase, Peptidase, 
etc. 
• Nome Sistemático: Mais complexo, dá informações precisas 
sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP-Glicose-
Fosfo-Transferase
• Nome Usual : Consagrado pelo uso. Ex: Tripsina, Pepsina, 
Ptialina. 
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ENZIMAS – CLASSIFICAÇÃO
 Subclasses
Exemplos de
Subclasses
Tipo de reação catalisada Classe
Hidratases Adicionam H2O à ligas duplas Liases
Quinases Transferem fosforilas do ATP Transferase
Mutases Movem fosforilas dentro da
mesma molécula
Isomerase
Sintases Síntese independente de ATP Transferases
Sintetases Síntese dependente de ATP Ligases
1. Oxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de
elétrons)
2.Transferases (transferem grupos funcionais entre moléculas)
3.Hidrolases (reações de hidrólise)
4.Liases (catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de
moléculas de água, amônia e gás carbônico)
5.Isomerases (transferência de grupos dentro da mesma molécula
para formar isômeros)
6.Ligases (catalisam reações de formação de novas moléculas a partir
da ligação entre duas pré-existentes, sempre às custas de energia)
Classificação e Nomenclatura
Enzimas - CLASSIFICAÇÃO
Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações 
de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-
redução. Ex.: Desidrogenases e Oxidases.
• Se uma molécula se reduz, tem que haver outra que 
se oxide.
enzimas
• Transferases : Enzimas que catalisam reações 
de transferência de grupamentos funcionais 
como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, 
etc. Ex.: Quinases e Transaminases
enzimas
• Hidrolases : Catalisam reações de 
hidrólise de ligação covalente. Ex: 
Peptidases. 
Enzimas
• Liases: Catalisam a quebra de ligações 
covalentes e a remoção de moléculas de 
água, amônia e gás carbônico. Ex.: 
Dehidratases e Descarboxilases. 
enzimas
• Isomerases: Catalisam reações de 
interconversão entre isômeros ópticos ou 
geométricos. Ex.: Epimerases. 
enzimas
• Ligases: Catalisam reações de formação e 
novas moléculas a partir da ligação entre 
duas já existentes, às custas de Energia(ATP). 
Ex.:Sintetases.
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ENZIMAS – CATALISADORES
Aceleram reações químicas
Ex: Decomposição do H2O2
Condições da Reação Energia livre de Ativação
KJ/mol Kcal/mol
Velocidade
Relativa
Sem catalisador
Platina
Enzima Catalase
75,2 18,0
48,9 11,7
23,0 5,5
1
2,77 x 104
6,51 x 108
H2O2 H2O O2+
Catalase
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ENZIMAS – CATALISADORES
Não são consumidos na reação
H2O2 H2O O2+
Catalase
E + S E + P
• Atuam em pequenas concentrações
1 molécula de Catalase
decompõe
5 x 106 de moléculas de H2O2
pH = 6,8 em 1 min
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ENZIMAS – CATALISADORES
Não alteram o estado de equilíbrio
•Abaixam a energia de ativação;
•Keq não é afetado pela enzima.
Não apresenta efeito termodinâmico global
•G não é afetada pela enzima.
Diferença entre
a energia livre 
de S e P
Caminho da Reação
Energia de ativação com 
enzima
Energia de ativação sem enzima
S
P
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ENZIMAS –
COMPONENTES DA REAÇÃO
E + S E S P + E
Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO
da enzima
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ENZIMAS – SÍTIO ATIVO
Região da molécula enzimática que participa 
da reação com o substrato.
Pode possuir componentes não protéicos:cofatores.
Possui aminoácidos auxiliares e de contato.
HOLOENZIMA
Porção protéica
APOENZIMA
Grupamento 
prostético
Ativador:Íons inorgânicos 
que condicionam a ação 
catalítica das enzimas. Fe²+Cofator
Coenzima: molécula 
orgânica complexa.NAD+
HOLOENZIMA
Porção protéica
APOENZIMA
Grupamento 
prostético
Ativador:Íons inorgânicos 
que condicionam a ação 
catalítica das enzimas. Fe²+Cofator
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ENZIMAS – COFATOR
 Algumas enzimas que contêm ou necessitam 
de elementos inorgânicos como cofatores
ENZIMA COFATOR
PEROXIDASE Fe+2 ou Fe+3
CATALASE
CITOCROMO OXIDASE Cu+2
ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn+2
HEXOQUINASE Mg+2
UREASE Ni+2
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ENZIMAS – COENZIMAS
Coenzima Abreviatura Reação
catalisada
Origem
Nicotinamida adenina
dinucleotídio
NAD+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Nicotinamida adenina
dinucleotídio fosfato
NADP+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Flavina adenina
dinucleotídio
FAD Oxi-redução Riboflavina ou
Vitamina B2
 Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis
 Classificam-se em:
- transportadoras de hidrogênio
- transportadoras de grupos químicos
 Transportadoras de hidrogênio
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ENZIMAS – COENZIMAS
Coenzima Abrev. Reação catalisada Origem 
Coenzima A CoA-SH Transferência de 
grupo acil 
Pantotenato ou 
Vitamina B5 
Biotina Transferência de 
CO2 
Biotina ou 
Vitamina H 
Piridoxal fosfato PyF Transferência de 
grupo amino 
Piridoxina ou 
Vitamina B6 
Metilcobalamina Transferência de 
unidades de carbono 
Cobalamina ou 
Vitamina B12 
Tetrahidrofolato THF Transferência de 
unidades de carbono 
Ácido fólico 
Tiamina 
pirofosfato 
TPP Transferência de 
grupo aldeído 
Tiamina ou 
Vitamina B1 
 
 Transportadoras de grupos químicos
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ENZIMAS –
LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO
Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das 
enzimas originou  Chave-Fechadura , que 
considera que a enzima possui sitio ativo complementar 
ao substrato. 
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ENZIMAS –
LIGAÇÃO ENZIMA- SUBSTRATO
Koshland (1958): Encaixe Induzido , enzima e o o 
substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é 
distorcido para conformação exata do estado de transição.
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ENZIMAS –
ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Fatores que alteram a velocidade de reações 
enzimáticas:
- pH;
- temperatura;
- concentração das enzimas;
- concentração dos substratos;
- presença de inibidores.
2 6 10
1 2
3 4
% da ativ.
máxima1
pH
ENZIMA pH ÓTIMO
Pepsina 1,5
Tripsina 7,7
Catalase 7,6
Arginase 9,7
Fumarase 7,8
1 – Invertase de leveduras
2 - -amilase de Bacillus sp
3 – Aminoacilase ( A. oryzae)
4- Protease alcalina (Bacillus sp)
ENZIMAS – INFLUÊNCIA DO PH
 Aumento temperatura:
(a) a taxa de reação aumenta, como se observa na
maioria das reações químicas;
(b) a estabilidade da proteína decresce devido a
desativação térmica.
zona de ativação 
térmica
zona de 
desnaturação
V
TTótima
ENZIMAS – INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
ENZIMA TEMPERATURA ÓTIMA (°C)
Pepsina 31,6
Tripsina 25,5
Urease 20,8
ENZIMAS – INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
Influência da concentração de substrato 
sobre a atividade enzimática
E E
E E
S
+
E E
E E
S E E
E E
P
P
+
Baixa concentração de substrato
Formação do produto é PROPORCIONAL à 
concentração de substrato
Influência da concentração de substrato 
sobre a atividade enzimática
3/4 de saturação do centro ativo da enzima
S
S
S
+
E E
E E
E E
E E
S S
S
E E
E E
+
P
P
P
P
P
P
Formação do produto é PROPORCIONAL à 
concentração de substrato
100 % de saturação do centro ativo da enzima
S
S
S
S
+
E E
E E
E E
E E
S S
S S
E E
E E
+ P
P
P
P
P
P
P
P
Influência da concentração de substrato 
sobre a atividade enzimática
[Substrato] em excesso
S
S
S
S
S
S
S
S
+
E E
E E
E E
E E
S S
S S
E E
E E + P
P
P
P
P
P
P
P
S
S
S
S
S
S
S
S
Velocidade da reação independe da [S]
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ENZIMAS –
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
 Qualquer substância que reduz a velocidade de uma 
reação enzimática.
INIBIDORES
REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS
COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS INCOMPETITIVOS
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ENZIMAS –
INIBIÇÃO COMPETITIVA
 Inibidor competitivo concorre com o S pelo sitio ativo da E 
livre.
 I  análogo não metabolizável, derivado de um S 
verdadeiro, S substituto da E ou um P da reação.
[substrato] necessária para 
obter a mesma [ES]
afinidade da enzima pelo 
substrato
I compostos com estrutura 
molecular lembra S
Km aparente 
da enzima
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ENZIMAS –
INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA
 Inibidor não-competitivo se liga reversivelmente, 
aleatória e independentemente em um sítio que lhe é 
próprio. 
I não tem semelhança 
estrutural com o S
[substrato] não diminui a 
inibição
Km da enzima NÃO se altera
Vmax na presença do 
inibidor
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ENZIMAS –
INIBIÇÃO INCOMPETITIVA
 Inibidor incompetitivo se liga reversivelmente, em 
um sítio próprio, ao complexo ES. 
I não tem semelhança estrutural 
com o S
I favorece a formação do ES
Km e Vmax da enzima
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ENZIMAS –
INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL
 I se combina com um grupo funcional, na molécula 
da E, que é essencial para sua atividade.
 Podem promover a destruição do grupo funcional
 Forma-se uma ligação COVALENTE entre o I e a E.
 Vmax   parte da E é completamente removida do 
sistema e Km permanece a mesma.
K2
E + PE + S ES
K1
EI
+
I
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ENZIMAS –
ENZIMAS REGULATÓRIAS
 Enzimas alostéricas
Funcionam através da ligação não-covalente e reversível 
de um metabólito regulador chamado modulador;
Moduladores podem ser inibidores ou ativadores;
São maiores e mais complexas, possuem duas ou mais 
cadeias polipeptídicas.
 Enzimas reguladas pela modificação covalente 
reversível
Grupos químicos são ligados covalentemente e 
removidos da enzima reguladora por enzimas ≠, podem 
ser: fosfato, adenosina monofosfato, grupos metil, etc.
Enzimas em Alimentos:
Efeito desejáveis
• Modificar matérias-primas e/ou obter produtos 
específicos
• Panificação
• Modificação enzimática de materiais amiláceos
• Fabricação de sucos de frutas
• Modificação de proteínas
• Fabricação de bebidas alcoólicas
• Fabricação de latícinios
Enzimas em Alimentos:
Efeito indesejáveis
• Escurecimento de frutas e vegetais causado 
pelas polifenoloxidases
• Rancidez de farinhas causada pela ação de 
lipases lipoxigenases
• Amolecimento de tecidos vegetais provocado 
pelas enzimas pécticas
Alguns exemplos: 
1)Proteases
• Enzimas proteolíticas – hidrolisam ligações 
peptidicas
• Pepsina
• Tripsina
• Quimiotripsina
• Carboxipeptidases
• Aminopeptidases
Proteases – Aplicações
• Fermentados: desenvolvimento de aroma e 
nutrientes durante a fermentação
• Chocolate/cacau: ação nos grãos durante a 
fermentação
Proteases – Aplicações
• Leite: na preparação do leite de soja
• Carnes e Peixes: Liberação de óleos.
• Recuperação de proteínas do osso ou espinha.
• Vinhos: clarificação
• Queijo: Coagulação da caseína.
2) Lactase
• Β-galactosidase: Catalisa a hidrólise da 
lactose em galactose e glicose
• A galactose e glicose são mais doces do que 
a lactose – um dos principais interesse em 
alimentos
Estudo da velocidade da reação 
enzimática e como ela se altera em 
função de diferentes parâmetros
Parâmetro mais importante para 
comparar a atividade e o tipo de reação 
das enzimas é a concentração do 
substrato
Importante abordagem para o 
entendimento do mecanismo de ação 
de uma enzima.
Vários fatores afetam a atividade de uma 
enzima – pH, temperatura e substrato
Atividade enzimática é afetada pelo pH
O pH pode influenciar a atividade de uma enzima através de maneiras 
distintas. Primeiramente, o pH pode levar à desnaturação proteica. 
O pH também pode interferir na atividade de uma enzima alterando o 
padrão de cargas de um determinado sítio ativo ou catalítico, ou alterando 
a conformação geral da proteína.
Atividade enzimática é afetada pela temperatura
O aumento de temperatura aumenta a taxa de reação enzimática devido 
ao aumento de energia cinética das moléculas participantes da reação.
A temperatura pode interferir nas interações que mantém as estruturas 
secundárias e terciárias (pontes de hidrogênio e interações hidrofóbicas), 
podendo levar à desnaturação protéica.
enzima
A concentração do substrato afeta a velocidade das 
reações catalisadas por enzimas
Curva que relaciona [S] e V0 é uma hipérbole, concentrações 
mais baixas aumento linear da velocidade, concentrações mais 
altas velocidade atinge um valor máximo
Concentrações 
baixas de 
substrato ocorre 
aumento linear 
entre 
Velocidade(V0) e o 
Substrato [S]
 [S]  V0
aumenta cada vez 
menos até atingir 
um patamar (Vmax)
Curva relacionando [S] e V0 pode ser expressa algebricamente
Constante de Michaelis
Equação de Michaelis-Menten
TAREFA – Fazer para entregar a dedução da equação de Michaelis-Menten
O que é Km ?
É a concentração do substrato 
onde se obtém metade da 
velocidade máxima da reação
TAREFA – Demonstrar algebricamente o que é Km usando a equação de 
Michaelis-Mentem e a definição de Km.
Km e a Vmax varia de enzima para enzima caracterizando-
as e pode variar também com o substrato
Km não é uma medida de afinidade da enzima 
pelo substrato mas sim a concentração do 
substrato onde se obtém a metade da 
velocidade máxima da reação
Rubisco 
•Km CO2 - 9μM 
•Km O2 - 350 μM 
Hexoquinase Glicose Km - 0,05 μM
Frutose Km -1,5 μM
Transformações da equação de Michaelis-Menten
Equação de Lineweaver-Burk ou duplo-recíproco
Inversão dos dois lados da equação de Michaelis-Menten 
Separação dos componentes do lado direito.
Equação de Michaelis-Menten
Equação de Lineweaver-Burk ou duplo-recíproco
Km 1
y a x b= +
inverter
Separar 
componentes e 
resolver
y
x
Com essa 
transformação 
matemática passa-se 
a trabalhar com uma 
reta e não com uma 
hipérbole, mais fácil.
Várias informações 
podem ser obtidas 
com esse gráfico
y=0
x = 0
a = coeficiente angularb = coeficiente linear
Através da análise da cinética da reação pode-se descobrir qual 
o mecanismo de ação da reação com relação ao substrato
A atividade de todas as enzimas pode ser 
inibida por determinadas moléculas
Inibidores enzimáticos
São moléculas que interferem com a 
catálise diminuindo ou interrompendo a 
reação enzimática
Como são classificados os inibidores de 
acordo com seu mecanismo de ação?
Reversíveis Irreversíveis
Inibição competitiva
Inibição incompetitiva
Inibição mista ou não competitiva
Como eles atuam?
Reversíveis - Inibição competitiva
Inibidor tem estrutura molecular semelhante à do substrato
Inibidor compete com o substrato pelo sitio ativa da enzima
 [S] deslocar inibidor do 
sítio ativo e manter Vmax
V max é constante na presença do inibidor devido à 
grande quantidade de substrato
Reversíveis - Inibição incompetitiva
Inibidor se liga em um 
sítio diferente do centro 
ativo, impede a reação do 
complexo ES.
Independente da concentração do substrato o Km e a 
Vmax estão alterados
Reversíveis - Inibição mista ou não competitiva
Inibidor se liga tanto ao 
complexo ES como à 
enzima, em um sítio 
diferente do centro ativo
Independente da concentração do substrato o 
Km e a Vmax estão alterados
Inibição irreversível
Inibidor se liga de maneira estável ou covalente 
com um grupo funcional importante para a 
atividade enzimática
Utilizados experimentalmente para definir os 
aminoácidos essenciais do centro ativo das 
enzimas
Inativar determinadas enzimas em situações 
biológicas importantes
Reagem com o resíduo S1 de serino-enzimas, formando um complexo irreversível.
Uma das enzimas altamente sensível a esses compostos é a
acetilcolinesterase, responsável pela metabolização do neurotransmissor
acetilcolina em neurônios centrais e periféricos (envenenamento por
organofosforados)
Este é o mecanismos de ação dos inseticidas organofosforados, como o 
malathion e o parathion.
Salicina, extraída da casca do Salgueiro Branco ou Chorão (Salix alba) - hoje sintetizada 
No metabolismo celular 
grupos de enzimas 
trabalham em conjunto 
onde o produto de uma é 
o substrato da outra
Via metabólica
Nessas vias existe 
sempre uma enzima que 
determina a velocidade 
com que o grupo vai 
trabalhar – enzimas 
reguladoras
•Regulam a velocidade das reações metabólicas
•São reguladas por determinados sinais
•Tipos:
Enzimas alostéricas
Enzimas reguladas por modificações 
covalentes reversíveis
Enzimas reguladas por proteólise
Sofrem modificações 
conformacionais em 
resposta à ligação do 
modulador (positivo ou 
negativo)
Enzimas alostéricas
•Possui sítios reguladores 
para a ligação do 
modulador especifico
•Maiores e mais 
complexas que as não 
alostéricas (mais que uma 
cadeia polipeptídica)
Enzimas reguladas por modificações 
covalentes reversíveis
•Diferentes grupos podem se ligar á 
molécula enzimática e regular sua atividade
•Grupos ligados covalentemente e 
removidos pela ação de outras enzimas
Enzimas reguladas por proteólise
Enzimas proteolíticas – mecanismo de proteção/regulação
Cadeias ligadas por ligações dissulfeto
Enzimas digestivas 
produzidas pâncreas e com 
ação no duodeno.
Bothrops 
(Jararacas) 
90% acidentes no 
Estado de SP –
janeiro a abril –
sexo masculino
Alteração nas enzimas 
envolvidas na cascata 
de coagulação do 
sengue - hemorragia