Enzimas: Catalisadores da Vida

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Mari Tatsch- Bioquímica I
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Enzimas
A manutenção da vida depende das reações químicas e para satisfazer as necessidades do organismo as reações precisam ser muito rápidas;
Catalizadores eficientes e específicos= enzimas; 
Enzimas atuam de forma coordenada para realizar as reações que mantém as funções do organismo e a obtenção de energia;
Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou juntando as para formar novos compostos.
Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS.
Doenças relacionadas a saturação da enzima: quando ocorre o fornecimento de mais substrato à célula que quantidade de enzimas que a célula tem pra catalisar o substrato;
Quando a enzima estiver ocupada, ela é incapaz de catalisar outro substrato.
Nomenclatura 
Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática: 
Nome Recomendado: usa o sufixo "ase" para caracterizar a enzima ex: Urease, Hexoquinase, Peptidase etc. 
Nome Usual: consagrado pelo uso ex: Tripsina, Pepsina, Ptialina (catalisam a quebra de proteínas específicas); 
Nome Sistemático: mais complexo, dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase (Transferir fosfato da glicose para o ATP). 
Características 
Apresentam alto grau de especificidade;
São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações (até mais de um milhão de vezes);
São econômicas, reduzindo a energia de ativação;
Longas cadeias de aminoácidos;
Atuam sob condições favoráveis de pH, temperatura, polaridade do solvente e força iônica;
Após desenvolver a reação a enzima se mantém inalterada e pronta para realizar outra reação;
São sensíveis quanto as condições do meio. 
Exemplo: Ciclo de Krebs- reação em cadeia de catalisação pelas enzimas.
Especificidade 
Uma enzima vai se ligar a só uma substância ou somente a um grupo restrito muito pequeno de substâncias;
Importante par a função da enzima ou regulação de reações enzimáticas;
Ocorre pelas interações de uma região da enzima e dos substratos- essa própria reação já gera energia;
Permite um “encaixe” perfeito que orienta a posição e estabiliza os substratos = determina qual a reação química ocorrerá;
O nível de especificidade pode variar, mas sempre estará presente;
Relacionada diretamente com o formato tridimensional das enzimas;
Resulta de múltiplas ligações fracas entre a enzima e o substrato.
Modelo chave-fechadura: encaixe tridimensional entre enzima e substrato;
 
Modelo de ajuste induzido (especificidade relativa): consiste no fato de não haver uma complementariedade pré-formada;
 
Sítio ativo 
Região da molécula enzimática que participa da reação com o substrato;
Pequena porção da enzima;
Formado por uma fenda que permite a interação de resíduos de aa distantes com os substratos;
As interações que ocorrem entre sítio ativo e substrato são não covalentes, sendo, portanto, fracas;
Essas ligações geram energia livre de baixa intensidade. 
SÍTIO ATIVO= C + P
Sitio catalítico: onde ocorre a ligação;
Sitio de posicionamento: encaixe das cadeias laterais. 
 
Centro alostérico 
É uma região da proteína que não faz parte do centro ativo, mas que ao se modificar, modifica a forma do centro ativo;
Nem toda a enzima possui centro alostérico;
Ele fecha o sítio ativo, modifica a forma tridimensional da enzima;
-Efetores alostéricos positivos: sua ligação à enzima melhora a atuação da enzima;
- Efetores alostéricos negativos: sua ligação diminui a atividade da enzima- eliminação de fármacos. 
Cofator 
O cofator só precisa estar presente para formar o produto, mas não é ligado a nada. 
São grupos não proteicos ou íons metálicos que se ligam de forma fraca à enzima;
Um cofator não é a mesma coisa que grupo prostético, pois faz parte da estrutura da enzima;
Sem sua presença, a enzima não é funcional- apoenzima; 
Coenzima: é um elemento não proteico ex: vitaminas B2 e B5;
Cofator: íons metálicos- minerais ex: Cu, Fe, Mg, Ca.
Coenzimas 
Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis; 
Classificam-se em: transportadoras de hidrogênio e transportadoras de grupos químicos.
Reações enzimáticas
Para ocorrer uma reação enzimática, depende da variação da energia livre entre reagentes e produtos (espontâneo) ou da entrada de energia (não espontâneo);
Reação exergônica: o substrato tem mais energia que os produtos (espontânea);
Energia livre sobrando;
Libera energia, geralmente calor. 
Reação endergônica: o substrato tem menos energia que o produto (não é espontânea);
Precisa de acréscimo de energia;
Consome energia. Ex: glicose em glicogênio, ajuda de catalizadores.
Energia de ativação: moléculas para reagirem necessitam serem elevadas a um determinado nível de energia.
 
Papel das enzimas 
As enzimas atuam sobre a velocidade das reações, mas não determinam a ocorrência de uma reação;
Sem enzima: precisa de muita energia livre para alcançar a energia de ativação;
Com enzima: vai acelerar a reação reduzindo a energia necessária. 
 
As reações químicas são complexas, é necessárias várias etapas de formação da reação em sequência. Com isso, as enzimas aceleram, organizam e controlam a sequência das reações. 
As enzimas também recuperam energia de outras reações para usar em uma reação endergônica;
Coenzimas ajudam as enzimas a captarem energia. 
Cinética enzimática 
Velocidade da reação catalisada pela enzima;
A velocidade é medida pela quantidade do desaparecimento do substrato;
Alguns fatores podem alterar a velocidade de reação tornando mais rápida ou lenta;
O estudo desses fatores permite definir como a atividade de determinada enzima é afetada pelo meio em que está inserida;
Atividade enzimática: capacidade de transformar o substrato em produto dentro de uma unidade de tempo; 
Vai medir o quão uma enzima é eficiente, sua cinética;
O que define a rapidez da atividade de uma enzima é o quão rápido o produto vai ser originado. 
 
Concentração de substrato (saturação enzimática)
Toda reação inicia com um complexo enzima-substrato (ES);
A velocidade da reação aumenta linearmente em um primeiro momento com a adição de mais substrato;
Após determinado ponto a velocidade tende a ficar constante;
Mas tem um limite pra acontecer a reação, a quantidade de enzima é a quantidade de substrato para pôr na reação (enzima-substrato);
Ponto de saturação: enzimas encontram-se na sua forma ES, ficando indisponíveis para novos substratos.
Substrato em excesso pode ser utilizado em outra reação ou não é utilizado no momento.
Cinética de Michaelis e Menten
Constante de Michaelis (Km): concentração de substrato em que metade das enzimas estão ocupadas (ES);
Km: é a concentração de substrato em que a enzima alcança a metade da velocidade de reação. Definido como o ponto para se definir eficiência de uma enzima;
Exemplo: 
Hexoquinase: enzima presente no músculo
Glicoquinase: enzima presente no fígado
 
Alterações na energia cinética
-Temperatura 
Se a temperatura mudar um pouco (temperatura ótima): velocidade da reação muda (agitação das moléculas); 
Se a temperatura mudar muito: a enzima é incapaz de participar da reação (desnaturação).
-pH
Mudanças no número de prótons altera a estrutura da proteína e, portanto, a relação do sítio ativo e o substrato;
pH ótimo: ponto de pH onde a velocidade de reação alcança seu máximo.
Inibição enzimática 
Muitos tipos de moléculas inibem enzimas e podem agir de várias formas;
Os inibidores podem ser:
Próprios: as células produzem a substância;
Exógenos: vem de fora para fazer a inibição.
Reversíveis 
Ligações não-covalentes;
Pode ocorrer a remoção do inibidor. 
-Competitiva: inibidor é parecido com o substrato competindo com ele no sítio ativo (são análogos); 
O inibidor pode ser derivado do substrato ou ser um produto da reação; 
Diminui a afinidade da enzima pelo substrato;
Aumenta a quantidade necessária de substrato para manter a ES;
Se aumentar a quantidade de substrato, consegue reverter esse processo de inibição.
-Nãocompetitiva: ocorre quando uma molécula se liga em um segundo local na superfície enzimática (não no sítio ativo). Isto pode distorcer a enzima tornando processo catalítico ineficiente;
O inibidor pode ser uma molécula que não se assemelha ao substrato, mas tem afinidade com a enzima;
A reação só ocorre quando o substrato se desprende da enzima;
Não importa a quantidade de substrato, a reação vai continuar ineficiente;
A presença do inibidor diminui a taxa de formação de produto; 
Km na enzima não se altera. 
-Incompetitiva: inibidor se liga a um sítio próprio no complexo ES. Favorece a reação enzima-substrato, mas vai impedir a formação de produto;
Inibidor não se assemelha ao substrato. 
Irreversíveis 
Ligações covalentes;
Não podem ser desfeitas;
O inibidor se combina com um grupo funcional, na molécula da enzima, que é essencial para sua atividade;
Podem destruir o funcional; 
Regulação enzimática 
As reações químicas devem ser controladas dependendo da necessidade e em que tecido irão atuar;
Quando não ocorre a regulação, as reações podem ser prejudiciais ao organismo por ocorrer em momento inadequado. 
-Alostérica: atores alostéricos causam modificação estrutural de graus variados;
São produtos da cascata de reações que sinalizam/regulam a velocidade da reação;
Negativo: diminui a reação;
Positivo: aumenta a reação. 
-Modificação covalente: ligação da enzima a molécula que modifica suas propriedades;
Fosforilação, acetilação, metilação...
Mecanismo utilizado pelo próprio organismo;
Pode tornar ativa a enzima ou tornar inativa; 
Ex: forma de regular o ATP no organismo. 
-Proteólise: enzimas sintetizadas como precursores inativos, chamado zimogênio ou proenzima;
Ativação é irreversível, mas não necessita de energia para ocorrer;
Muitas enzimas só se tornam ativas quando sofrem o processo de proteólise.
Questões
1-Sobre a especificidade das enzimas, assinale a alternativa correta:
a. O encaixe entre enzima e substrato não determina qual será a reação a ocorrer.
b. O modelo de encaixe entre enzima e substrato sempre ocorre de maneira perfeita sem que haja alteração na conformação da enzima.
c. A especificidade é determinada pela interação de alguns aminoácidos presentes no sítio ativo com o substrato.
d. O termo ajuste induzido significa que o substrato deve se ajustar a enzima.
2-Em relação aos cofatores e centros alostéricos, assinale a alternativa correta:
a. Coenzimas são compostos metálicos que interagem com o sítio ativo e permitem a interação entre enzima e substrato.
b. Enzimas que possuem centro alostérico não atuam sem sua participação.
c. Enzimas que necessitam de cofatores ou coenzimas são inativas na sua ausência.
d. Cofatores são considerados grupos prostéticos das enzimas.
3-Qual das características abaixo é necessária para que uma reação química tenha ocorrência espontânea?
a. Energia livre
b. Energia de ativação
c. Catalisador
d. Constante de Michaelis
4-Sobre a atuação das enzimas em uma reação química, assinale a alternativa correta:
a. Permitem que reações endergônicas ocorram sem gasto de energia.
b. Determinam a ocorrência de uma reação.
c. O estado de transição ocorre em duas fases.
d. Reduzem a energia livre.
5-Sobre a inibição enzimática, assinale a alternativa incorreta:
a. Todos os inibidores reduzem a afinidade do substrato e da enzima.
b. Na inibição incompetitiva, o inibidor se liga ao complexo ES.
c. Um inibidor irreversível pode reduzir a velocidade máxima da reação.
d. A inibição não competitiva é reversível.
6-Não é uma característica das enzimas:
a. Atuam sob condições favoráveis.
b. Aceleram a velocidade de uma reação.
c. São destruídas após realizar sua atividade catalítica.
d. São altamente específicas.