Enzimas

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO-UEMA CENTRO DE ESTUDOS SUPERIORES DE IMPERATRIZ-CESI DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA FLORESTAL

INTRODUÇÃO AO ESTUDO DAS ENZIMAS Alunos: Izadora Santos, Juliane Lopes, Lailson Dantas.

Imperatriz 2012

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ENZIMAS

Enzimas: Catalisadores biol贸gicos

Prote铆nas globulares http://pt.wikipedia.org

http://www.cimm.com.br

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ENZIMAS Todas as enzimas são proteínas X Quase todas as enzimas conhecidas são proteínas  Na década de 80, Thomas R. Cech e Sidney Altman, descobriram a existência de ‘enzimas’ de RNA, que foram denominadas ‘ribozimas’.  Biocatalisador no início da evolução.

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ENZIMAS Segundo Berg, 2008: “Ainda é polêmico se tais RNAs catalisadores devam ser chamados de enzimas, ou se mereceriam um outro nome (como ribozimas,[...]), que os diferenciasse das enzimas, os catalisadores de natureza proteica.”

Berg, 2008, p.211

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ENZIMAS

Características: Poder catalítico

Especificidad e

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ENZIMAS • As enzimas possuem duas regiões importantes: Sítio ativo Centro ativo

Região da enzima onde se encontra o sítio ativo.

Local exato do centro ativo onde o Substrato se liga e o corre a reação química.

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ENZIMAS • Propriedades que a diferem catalisadores químicos comuns:

dos

 Velocidade de reações mais elevadas; as velocidades das reações catalisadas por enzimas são várias ordens de magnitude maiores do que as catalisadas por catalisadores químicos.

 Condições de reações mais brandas; de temperatura, pH e pressão.

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ENZIMAS  Mais especificidade de reação; as reações são mais eficientes tanto no que se refere ao substrato, quanto ao produto.

 E capacidade de regulação; as ações catalíticas são reguladas de acordo com as necessidades metabólicas das células.

HISTÓRICO As enzimas extraídas de microorganismos já são utilizadas desde a culinária da Antiguidade.

HISTÓRICO

Fonte: biologianoseculovinteum.blogspot.com

No entanto, estas eram apenas aplicações práticas, uma vez que o conhecimento do modo de ação dos catalisadores biológicos só recentemente foi elucidado

glicose

• 1835 - o químico sueco Berzelius descreveu a hidrólise enzimática do amido.

–Demonstrou que o amido pode ser mais eficientemente decomposto usando-se extrato de malte preferencialmente ao ác. sulfúrico e cunhou o termo catálise.

Anselme Payen

Fonte: pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro

• 1833 - A primeira hidrólise enzimática do amido

Fonte: pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro

HISTÓRICO

Jacob Berzelius

HISTÓRICO Em 1858 o químico e biólogo francês Louis Pasteur prova que a fermentação ocorre apenas na presença de células vivas;

•

Levedura

Os químicos alemães Eduard Buchner e Hans Buchner descobriram em 1897 que um extrato de levedura livre de células poderia causar fermentação alcoólica.

Fonte: catalogohospitalar.com.br

Fermentação

Fonte: sobiologia.com.br

Fonte: revistapesquisa2.fapesp.br

•

HISTÓRICO

•

Em 1894, o químico alemão Emil Fischer desenvolveu a teoria fechadura e chave baseada nas propriedades das enzimas glicolíticas;

tripsina

Fonte: blogtvpeloespectador.blogspot.com

Em 1876, William Kuhne já havia proposto que o enzima ( do grego: em,no + zyme, levedura) para denotar os fermentos isolados dos organismos vivos;

Fonte: webpages.fc.ul.pt

•

HISTÓRICO

• Em 1903, Victor Henri concluiu em Paris que uma enzima combina com seu substrato para formar um complexo enzima-substrato como um passo essencial na catálise enzimática.

• Correlação enzimas proteínas: Northrop e Kunitz (1930); • O Avanço das técnicas nos últimos 50 anos; • Determinação de sequência de aminoácidos de uma enzima (1963) • Estrutura de lisosima da clara do ovo por RaioX, em 1965;

PRINCÍPIOS DE NOMENCLATURA DAS ENZIMAS • Acrescenta-se o sufixo –ase ao nome do substrato da enzima ou à frase que descreve a ação catalítica da enzima; • Porém, devido à inúmeras confusões quanto a essa nomenclatura, a IUBMB* adotou um esquema de classificação funcional e nomenclatura sistematizados.

* União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular

“AS ENZIMAS SÃO CLASSIFICAS E DENOMINADAS SEGUNDO A NATUREZA DAS REAÇÕES QUÍMICAS QUE ELAS CATALISAM.”

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Para cada enzima, são designados dois nomes e uma classificação de quatro números Nome recomendado: uso cotidiano, ger., nome trivial ou o 1° a ser adotado; Nome sistemático: usado para minimizar a ambiguidade, nome do(s) substrato(s), seguido pelo sufixo –ase que especifica a reacção catalítica da enzima; Número de classificação EC (Comissão de Enzimas)

NÚMERO DE CLASSIFICAÇÃO EC São quatro números •1° número: indica a classe principal da enzima; •2° número: indica a subclasse da enzima; •3° número: indica a sub-subclasse; •4° número: é o número de série designado arbitrariamente nessa sub-subclasse.

CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS SEGUNDO O TIPO DE REAÇÃO Classificação

Tipo de reação catalisada

Enzimas

Quantidade de classes

1.

Oxidorredutases

Reações de oxidorredução

Desidrogenases e 23 as Oxidases

2. Transferases

Transferência de grupos funcionais

Quinases e as Transaminases

10

3. Hidrolases

Reações de hidrólise

Peptidases

13

4. Liases

Eliminação de grupos p/ formação de lig. duplas

Dehidratases e as 7 Descarboxilases

5. Isomerases

Isomerização

Epimerases

6

6. Ligases

Formação de ligações pelo acoplamento com hidrólise de ATP

Sintetases

6

Nome recomendado: carboxipeptidase A Nome sistemático: peptidil-L-aminoácido-hidrolase Número de classificação: 3.4.17.1.

3 → indica a classe principal da enzima (hidrolases); 4 → indica a subclasse da enzima (peptídeo-hidrolases: age sobre ligações peptídicas); 17 → indica a sub-subclasse (metalocarboxipeptidases: ligação de um íon Zn²⁺); 1 → número de série designado arbitrariamente nessa subsubclasse.

Site: http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/

http://andromeda.rutgers.edu/~huskey/images/carboxypeptidaseA.jpg

Exemplo

• • • • • •

Forças entre enzima-substrato: Interações de van der Waals, eletrostáticas, hidrofóbicas e ligações de hidrogênio; Complementariedade geométrica; Complementariedade eletrônica; Especificidade Absoluta; Especificidade Relativa; Hipótese chave fechadura; Hipótese de ajuste induzido;

Fonte: http://migre.me/bbGUs

•

Fonte: http://migre.me/bbGOb

ESPECIFICIDADE PELO SUBSTRATO

ESTEREOESPECIFICIDADE A estereoespecificidade permite as enzimas reconhecer moléculas de acordo com as suas formas.

Se a molécula for mantida em algum tipo de suporte assimétrico, os hidrogênios podem ser diferenciados.

Fonte: TORRES, B.B. Bioquímica Básica

ESTEREOESPECIFICIDADE

Fonte: http://migre.me/bbH4H

Fonte: http://migre.me/bbH7q

A Ă lcool-desidrogenase de levedura:

Fonte: http://dc129.4shared.com/doc/Cfoikq5b/preview.html

Fonte: http://migre.me/bbHcz

ESTEREOESPECIFICIDADE

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ESPECIFICIDADE GEOMÉTRICA  É a habilidade que a enzima possui de distinguir entre variantes de um mesmo substrato (reagente); É mais rigorosa estereoespecificidade.

que

a

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ESPECIFICIDADE GEOMÉTRICA  As enzimas variam consideravelmente quanto ao grau de especificidade geométrica.  Poucas enzimas tem especificidade absoluta para apenas um único substrato.

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ESPECIFICIDADE GEOMÉTRICA

Cofatores são pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que podem ser necessárias para a função de uma enzima.

Porção não protéica da enzima.

http://docentes.esalq.usp.br/luagallo/enzimas.html

http://www.lookfordiagnosis.com/mesh_info.php ?term=Holoenzimas&lang=3

-Apoenzima

Inativa

-Holoenzima

Ativa

CO-FATORES ÍONS METÁLICOS

MOLÉCULAS ORGÂNICAS (COENZIMAS)

Zn⁺

NAD ⁺

http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/572carboxypeptidase.html

http://www.fastbleep.com/biology-notes/40/116/1183

VITAMINAS PRECURSORAS DE COENZIMAS • Nicotinamida (vitamina B3)

• Vitamina precursora do NAD⁺ e NADP ⁺ • Pelagra • Todas as vitaminas precursoras de coenzimas são solúveis em água

http://pt.wikipedia.org/wiki/Nicotinamida

http://www.umm.edu/esp_imagepages/18104.htm

VITAMINAS PRECURSORAS DE COENZIMAS Vitamina

Coenzima

Doença humana devido à carência da vitamina

Cobalamina (B12)

Coenzimas da cobalamina (B12)

Anemia perniciosa

Ácido Fólico

Tetraidrofolato

Anemia megaloblástica

Nicotinamida

Coenzimas da nicotinamida

Pelagra

Tiamina (B1)

Tiamina-pirofosfato

Beribéri

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REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA  A regulação da atividade enzimática é essencial para a coordenação do vasto conjunto de processos bioquímicos que ocorrem a todo instante em um organismo.

Porque devem ser reguladas?

TEMPO E LOCAL ADEQUADOS

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REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA

Igual ao fluxo de veículos, as vias metabólicas fluem mais eficientemente quando reguladas por sinais.

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REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA  A atividade enzimática é regulada de duas maneiras: • Controle da disponibilidade de enzimas; • Controle da atividade enzimática.

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REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA  Controle da disponibilidade: • A atividade enzimática pode ser regulada pelo ajuste da quantidade presente da enzima.

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REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA  E. Coli

INIBIÇÃO ENZIMÁTICA Inibidor enzimático: qualquer molécula que se ligue à cadeia polipeptídica de uma enzima, diminuindo a velocidade da reação.

http://essenciadavida-julianacorreia.blogspot.com.br/2010/05/actividade-enzimatica.html

CLASSIFICAÇÃO: QUANTO À NATUREZA QUÍMICA DA LIGAÇÃO DO INIBIDOR Irreversível Reversível 1.Competitiva 2.Incompetitiva 3.Não competitiva

IRREVERSÍVEL Na inibição irreversível o inibidor se liga através de ligação covalente ao sítio ativo da enzima, impedindo a ligação do substrato.

http://essenciadavida-julianacorreia.blogspot.com.br/2010/05/actividade-enzimatica.html

REVERSÍVEL Na inibição reversível o inibidor se liga ao sítio ativo ou então a outra parte da cadeia polipeptídica da enzima através de uma ou mais interações químicas não covalentes como: pontes de hidrogênio, interação hidrofóbica, ligação iônica, van der Walls, dipolo-dipolo.

http://bio12-ciencia.blogspot.com.br/2011/04/actividade-enzimatica.html

COMPETITIVA A inibição competitiva ocorre devido à estrutura química do inibidor competitivo assemelha-se à estrutura do substrato.

O inibidor competitivo se liga ao sítio ativo da enzima, impedindo a ligação do substrato.

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/enzimas/enzimas-9.php

INCOMPETITIVA Inibição por bloqueio do complexo ES. O inibidor só pode se fixar de modo reversível sobre o complexo ES. O complexo ESI é inativo e não forma produto.

http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/apostilas/Apostila_cinetica_enzimatica_ju.pdf

NÃO COMPETITIVA Na inibição não competitiva, o inibidor se liga a uma região da enzima, diferente do sítio ativo formando complexos EI e ESI. A enzima é inativada quando o inibidor está ligado, o substrato estando também presente ou não. http://bio12-ciencia.blogspot.com.br/2011_04_01_archive.html

REGULAÇÃO ALOSTÉRICA As enzimas alostéricas são proteínas reguladoras que apresentam um sítio catalítico e um sítio alostérico ou regulador em suas cadeias polipeptídicas. Ao sítio alostérico se liga o efetor ou modulador, que é a molécula que regula a atividade dessas enzimas.

Fonte: http://migre.me/bbGUs

(Fonte: Garret & Grisham, 1995).

REFERÊNCIAS BERG, Jeremy Mark, 1958 – Bioquímica / Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer; [revisão técnica João Paulo de Campos; tradução Antonio José Magalhães da Silva Moreira, João Paulo de Campos, Paulo A. Motta]. – Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008.

CHAMPE, Pamela C. Bioquímica Ilustrada / Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier; tradução Carla Dalmaz... [et al.]. 4.ed. Porto Alegre: Artmed, 2009.

LEOPOLDO, Paulo de Tarso Gonçalves. Bioquímica / Paulo de Tarso Gonçalves Leopoldo – São Cristóvão: Universidade Federal de Sergipe, CESAD, 2009.