Enzimas Flashcards
Definição geral de enzima
São catalisadores bioquímicos e caracterizam-se por serem específicas para determinados tipos de reações.
A enzima não é destruída durante a reação, ela transforma o substrato e sai da reação inalterada.
Dosagens de enzimas no sangue: úteis ao diagnóstico e monitoramento de muitas doenças.
Definição geral de riboenzima
São RNAs que possuem atividade enzimática.
O mais simples dos RNAs catalíticos.
RNA com atividade de acelerar uma reação química enzima de RNA.
Novas possibilidades no desenvolvimento de novas drogas e formas de terapia gênica.
A riboenzima é uma exceção, visto que a grande maioria das enzimas são proteínas.
Quebra a falsa noção de que apenas proteínas podem ser enzimas.
Estrutura proteica das enzimas
São proteínas com atividade catalítica.
Capacidade que as enzimas tem de acelerar reações químicas tanto de síntese quanto de degradação.
Atuam como reguladoras do conjunto complexo de reações (permanecem inalteradas durante o tempo de reação).
Após atuar na obtenção do produto deixam a reação sem ter sofrido quaisquer modificações.
As enzimas são consideradas as unidades funcionais do metabolismo celular.
Metabolismo celular depende das enzimas.
Sítio ativo
A ligação de um substrato se dá no sítio ativo/sítio catalítico/centro ativo região específica, com aminoácidos específicos – grupo R dos aminoácidos irá reagir com o substrato.
E + S: estrutura 1ª estrutura 3ª sítio ativo “encaixe” do substrato.
Alguns grupos funcionais de aminoácidos podem participar das reações como aceptores ou doadores de prótons H+.
Enzimas são proteínas globulares: função móvel no organismo.
Quimiotripsina
Quimiotripsina: liberada no intestino delgado junto com o suco pancreático.
Promove a quebra de proteínas maiores em unidades menores.
Sítio ativo: migração da enzima com o seu substrato (o composto que será transformado) o sítio ativo é uma região específica (aminoácidos específicos) muito menor do que a proteína em si, é a região onde se liga o substrato.
Sítio ativo da quimiotripsina com a localização dos grupos R envolvidos na catálise.
Quando os aminoácidos da quimiotripsina se enovelam, ficam próximos e ocupam uma posição específica sítio ativo enovelamento da sua estrutura terciária grupo R específicos que se envolverão na catálise.
Cadeias laterais de aminoácidos específicos interagem com o substrato ligação específica com o substrato.
Grupos funcionais de aminoácidos dos sítios ativos que podem participar dos processos catalíticos como doadores ou aceptores de prótons
As enzimas tem nos seus sítios ativos predominantemente esses aminoácidos que vão, ao ficar protonados ou desprotonados, promover a transformação do substrato.
Medicamentos: possuem grupos funcionais específicos que podem se ligar a esses grupos do sítio ativo.
Agentes desnaturantes podem afetar a interação da enzima e seu substrato.
Anidrase carbônica
Tem 3 cadeias polipeptídicas.
Nos tecidos, promove a condensação de água e CO2 em ácido carbônico. Nos pulmões, promove a degradação de ácido carbônico em água e CO2.
Precisa de um cofator para agir zinco: a anidrase carbônica precisa estar ligada a esse íon metálico para exercer a sua função.
Hexocitase
Atua quando a glicose passa para o interior das células.
Cada glicose entra, se liga no sítio ativo da hexocinase e é transformada em glicose-6-fosfato, para depois sair dessa enzima e assim exercer suas funções no organismo.
Ligação enzima substrato
Modelo chave e fechadura – Emil Fischer – 1890: o centro ativo da enzima teria um formato imutável/fixo e complementar ao da molécula do substrato.
Modelo encaixe induzido – Daniel E. Koshland Jr. – 1958: as enzimas são moléculas flexíveis. O sítio ativo passa a apresentar um formato complementar ao do substrato, devido às interações estabelecidas entre os grupos funcionais do substrato e os aminoácidos do sítio ativo.
É o modelo aceito até hoje: enzimas são flexíveis e se moldam ao seu substrato de forma complementar.
Exemplo: ajuste induzido na hexocinase.
Hexocinase tem a forma em U mas quando ela se liga a glicose ela tem uma alteração em sua conformação e transforma a glicose em glicose-6-P se molda a seu substrato quando ele se liga ao seu sítio ativo para que haja a transformação dele em seu produto.
Propriedades da enzimas
Propriedades das enzimas
Elevada especificidade na reação catalisada e na ligação dos reagentes que são seus substratos.
Especificidade: as enzimas têm uma sequência de aa no SA cujos grupos R SÓ podem fazer interações com alguns grupos R que estejam na molécula do substrato arranjo único.
A especificidade de ligação depende do arranjo precisamente definido dos átomos no SA e das atrações fracas estabelecidas entre o substrato e os grupos R dos aminoácidos dos SA.
Interações não-covalentes (fracas) entre a enzima e o substrato.
Para que a enzima transforme o seu reagente em produto e depois seja capaz de se desligas desse produto por isso a atração/ligação deve ser fraca.
Elevada eficiência: cada enzima é capaz de ligar e catalisar a transformação de várias (milhares) moléculas de substrato num determinado intervalo de tempo.
Exemplo: anidrase carbônica pode decompor 600.000 moléculas H2CO3/segundo número de moléculas de substrato transformadas em produto, por moléculas de enzima, na unidade de tempo, quando a enzima está totalmente saturada com o substrato.
Características dos locais de ligação do substrato nas serinaproteases: quimiotripsina e elastase
Serinaproteases: enzimas que eliva/quebram proteínas, também chamadas de enzimas proteolíticas.
Tem uma serina que é muito reativa no seu SA.
Bolso hidrofóbico liga resíduos de aa aromáticos, tais como fenilalanina (Phe).
Cadeias laterais de Val e Thr bloqueiam o local de ligação de aa com cadeias laterais pequenas ou sem cadeias laterais como a Gly.
Fatores que alteram a velocidade das reações enzimáticas
Variações de pH.
Aminoácidos sofrem ionização.
Variações de temperatura.
Interações hidrofóbicas alterando a conformação 3D da enzima.
Como são proteínas globulares, as enzimas vão sofrer alterações a depender de determinados fatores: principalmente influência de pH e temperatura.
Concentração das enzimas.
Efetivas em pequenas quantidades: não há necessidade de grandes quantidades de enzimas para promover a transformação da quantidade X de substrato devido à sua elevada efetividade.
Concentração dos substratos.
Presença de inibidores.
Perfil da atividade em função do pH
O pH é muito importante para protonar ou desprotonar determinadas enzimas, e assim possibilitar que ela exerça a sua atividade.
pH ótimo: aquele em que a enzima tem mais afinidade pelo substrato.
O pH deve ser mantido para a enzima exercer sua atividade.
Sensibilidade enzimática ao aumento de T
v
Febre: a partir de 40 oC a atividade enzimática se reduzirá para cerca de 50% da sua normalidade. Febre é um sinal de que nosso organismo está reagindo o aumento da T é benéfico até certo ponto, entretanto uma T muito alta por um longo período de tempo vai ser muito prejudicial e pode desnaturar essas enzimas.
Hipotermia: nosso organismo não pode ficar submetido a uma T muito baixa por muito tempo, as enzimas tornam-se inativas metabolismo praticamente para não ocorre desnaturação das proteínas, mas ocasiona uma inativação das enzimas, que pode ser fatal.
temperatura ótima
Cinética enzimática
Quanto mais se aumenta a concentração de substrato [S] a velocidade da reação vai aumentando. No entanto, em determinado ponto atinge-se um platô, não adianta aumentar a [S] que a velocidade não se alterará não tem mais enzima livre.
Quanto < for a quantidade de substrato para isso acontecer > é a afinidade da enzima por seu substrato.
Km = constante de Michaelis-Menten (cientistas que desenvolveram estes estudos em 1913).
Km: constante útil para estimar a afinidade de uma enzima por seu substrato.
Equação de Michaelis-Menten: modelo simples para a cinética das reações catalisadas por enzimas.
- Uma enzima se liga ao seu substrato formando o complexo enzima-substrato, transforma o substrato em um produto e é liberada inalterada.
- Uma vez que há transformação de substrato em produto, tal reação é irreversível.
Quanto mais afinidade do SA pelo substrato, maior a velocidade da reação.
Cofatores enzimáticos
Enzima diidrofolato redutase:
- Se liga ao seu substrato (diidrofolato) e o transforma em seu produto (tetraidrofolato) precisa de uma coenzima (cofator) indispensável para realização da reação NADPH.
Coenzimas
Moléculas orgânicas, pequenas, que se ligam ao AS das enzimas e agem em conjunto para catalisar reações bioquímicas.
Sempre derivadas de uma vitamina (complexo B).
Podem ou não estar ligadas a um nucleotídeo.
Aceptoras ou doadoras de átomos ou grupos funcionais que são removidos ou adicionados ao substrato durante a reação enzimática.
NAD, FAD, FMN, CoA, tetraidrofolato, biotina ou biocitina, vitamina B12.
Grupos transportados por algumas coenzimas:
Coenzimas “caminhoneiros do corpo”:
NAD+ e NADP+ são aceptores e doadores de H+ em reações de oxirredução.
FAD e FMN: coenzimas aceptoras e doadoras de H+.
Coenzima tetraidrofolato: transferência de unidades com 1 carbono (CH2 ou CH3).
Coenzima A – CoA-SH: derivada do ácido pantotênico e ativador de grupos acil derivados de ácidos. O acetil-CoA faz a degradação de ácidos graxos e a oxidação do piruvato.
íons metálicos
Frequentemente necessários às reações enzimáticas.
Estabilizam intermediários da via de reação.
Cu e Fe: aceitar ou doar e- em reações de oxidação/redução.
Síntese de timina a partir da uracila
Nós sintetizamos a timina, que é componente do DNA (responsável pela divisão da célula e pela síntese de novas proteínas), a partir da uracila.
Síntese:
1) Inicia-se a partir do ácido fólico, derivado da folacina (vitamina), que é transformado em 7,8-diidrofolato;
2) Diidrofolato redutase é a enzima que vai se ligar ao 7,8-diidrofolato (substrato derivado do ácido fólico) e o transformar em tetraidrofolato;
3) Enzima diidrofolato redutase precisa da coenzima NADPH, que nesse caso funciona como doadora desse próton H+, para reduzir o diidrofolato a tetraidrofolato.
4) Tetraidrofolato vai ser transformado por outra enzima em N5, N10 metileno tetraidrofolato, que vai funcionar como uma coenzima da próxima enzima: a timidilato sintase.
5) Timidilato sintase vai remover o grupo CH2 e o H do N5, N10 metileno tetraidrofolato, passar para o dinucleotídeo da uracila e assim transformá-lo em dinucleotídeo da timina.
6) A timina depois será componente do DNA.
Obs.: a única diferença do dinucleotídeo da timina e o dinucleotídeo da uracila é o CH3, o grupo metil que veio do N5, N10 metileno tetraidrofolato.
Enzima diidrofolato redutase: promove a redução do diidrofolato, proporcionado pela coenzima NADPH, que doou esse próton H+.
Esquema da síntese:
Substrato: diidrofolato.
Enzima: diidrofolato redutase.
Coenzima: NADPH.
Produto: tetraidrofolato é transformado em N5, N10 metileno tetraidrofolato.
Coenzima: N5, N10 metileno tetraidrofolato.
Enzima: timidilato sintase.
Coenzimas NAD+ e NADP+
Aceptoras e doadoras de H+ em reações de oxirredução.
Como aceptoras e doadoras de prótons e elétrons em reação de oxirredução são importantíssimas, pois esse tipo de reação constitui a maioria das reações do nosso organismo.
NAD e NADP são derivadas da niacina (vitamina), e é justamente na parte vitamínica da molécula (nicotinamida) que ocorre a ligação de prótons H+, que vêm da reação de oxirredução.
Em todas as reações de oxirredução um composto vai perder dois elétrons e dois prótons, tornando-se oxidado. Tanto na NAD quando na NADP, na parte vitamínica ocorre a ligação do próton cabe apenas 1 próton o outro próton vai ficar disperso no meio, próximo a essa região vitamínica.
NAD e NADP desidrogenases.
São duas coenzimas que auxiliam as desidrogenases, uma classe de enzimas que catalisa as reações de oxirredução.
Obs.: todas as coenzimas são derivadas das vitaminas logo, têm uma parte vitamínica, ou seja, núcleo que vem da vitamina.
NAD+ - coenzima da enzima malato desidrogenase (CAT)
Reação ocorre no CAT (Ciclo de Krebs), dentro da mitocôndria.
A enzima remove dois H do malato, que passam para a coenzima NAD. Essa coenzima opera como aceptora desses prótons H+, ficando na forma reduzida: NADH + H+.
Esquema:
Substrato: malato.
Enzima: malato desidrogenase.
Coenzima: NAD+.
FAD E FMN
Coenzimas aceptoras e doadoras de H.
Duas coenzimas que também auxiliam desidrogenases participam de reação de oxirredução.
- Tanto a FAD quanto a FMN têm a parte vitamínica derivada da Vitamina B2 (riboflavina) anel isoaloxazina.
- No núcleo vitamínico cabem os dois prótons que vêm das reações de oxirredução que elas participam.
Coenzima tetraidrofolato
Transferência de unidades com 1 carbono (CH2 ou CH3).
Tetraidrofolato pode funcionar como coenzima em várias reações.
Sua parte vitamínica vem do ácido fólico.
Coenzima A – CoA-SH
Ativador de grupos acil derivados de ácidos.
Importantíssima no organismo: participa tanto de reações de degradação como de síntese (degradação de lipídios e da glicose formação de acetilCoA).
Sua parte vitamínica vem do pantotenato.
Isoenzimas
Formas moleculares diferentes da mesma enzima.
Além de uma enzima X, tem-se vários representantes dessa mesma enzima moléculas com pequenas alterações catalisam as mesmas reações daquela enzima da qual ela é muito semelhante.
Catalisam a mesma reação, com parâmetros cinéticos diferentes.
Se diferem:
Estrutura primária.
Distribuição nos órgãos.
Velocidade de migração eletroforética.
Especificidades para substratos químicos semelhantes.
Isoenzimas da lactato desidrogenase
Contém pequenas diferenças e podem estar presentes em diversos órgãos, ainda que catalisem as mesmas reações.
Classificação das enzimas
A classificação ocorre de acordo com o tipo de reação que catalisa. ¬
Seis classes principais de enzimas:
1. Oxirredutases: reações de oxirredução.
- Ex.: lactato desidrogenase, desidrogenases no geral.
- Transferases: transferência de grupos.
- Ex.: hexocinase. - Hidrolases: reações de hidrólise.
- Ex.: lactase, peptidases. - Liases: adição ou remoção de grupos para formar pontes duplas.
- Ex.: fumarase. - Isomerases: isomerização com transferência de grupos intramoleculares.
- Ex.: fosfoglicerato mutase, epimerases e mutases no geral. - Ligases: ligação de duas substâncias com hidrólise de ATP (geralmente).
- Ex.: citrato sintase, sintases no geral.
Inibidores enzimáticos
Enzimas podem ser inibidas de maneiras específicas por determinadas substâncias diminuir a atuação das enzimas causa a diminuição dos produtos das vias metabólicas, por isso são alvos da indústria farmacêutica.
As substâncias chamadas genericamente de inibidores ocupam o sítio ativo da enzima
Inibidores alostéricos: constituintes naturais das nas nossas células são funcionalmente necessários controladores de vias metabólicas.
Substâncias ingeridas acidentalmente Ex.: inseticida, organofosforados.
Medicamentos: inibem enzimas do organismo ou bacterianas são utilizados propositalmente para controle/inibição. Diminuem a síntese de determinado produto/da via metabólica.
Os inibidores enzimáticos podem ser classificados segundo a estabilidade da sua ligação com a enzima, sendo classificados como irreversíveis ou reversíveis competitivos.
Inibidores irreversíveis (interações covalentes)
Fazem interações covalentes com determinadas enzimas ligações covalentes são muito estáveis, dificilmente rompidas, ou seja, enzima fica inativa permanentemente (“morre”) célula terá que produzir novas enzimas.
Inibidores irreversíveis e aplicações farmacológicas
O diisopropilfluorofosfato (DIFP), um inseticida organosfosforado, é um exemplo de inibidor irreversível. Ácido acetilsalicílico (AAS): agente anti-inflamatório, anti-pirético, analgésico. Atualmente é um anti agregante plaquetário, em baixas doses é utilizado em pessoas que já tiveram algum evento cardiovascular. Penicilina. Inibidores da protease do HIV.
AAS: inibição da enzima cicloxigenase (COX)
Hidrólise dos fosfolipídios de membrana pela fosfolipase A2 com liberação de ácido araquidônico
Nas membranas das nossas células temos os fosfolipídios, que são formados por 1 glicerol e 2 ácidos graxos 1 ácido graxo ligado ao primeiro C do glicerol (que é o esqueleto desses fosfolipídios de membrana), e geralmente no 2º carbono tem-se o ácido graxo que é o ácido araquidônico.
Fosfolipase A2: pode se ativar mediante diferentes estímulos (hormonais, físicos, químicos, por toxinas bacterianas ou virais). Quando ativada, ela vai hidrolisar essa ligação entre o ácido graxo e o oxigênio. Assim, ocorre a na célula a liberação de ácido araquidônico, que é um precursor para outras enzimas atuarem, formando novos compostos.
Inibição irreversível da enzima ciloxigenase (COX) pelo ácido acetil salicílico (AAS)
Liberação de ácido araquidônico: ocorre a ativação da COX, enzima que pode ser inibida por aspirina ou ibuprofeno, que são agentes anti-inflamatórios não esteroidais.
Prostaglandinas: são responsáveis pelos sinais de inflamação. Por isso, aspirina e ibuprofeno, que são anti-inflamatórios, podem ser utilizados para diminuir os sinais de inflamação causados pelas prostaglandinas.
Por conta da via cíclica do araquidonato que pessoas com suspeita de dengue não podem tomar aspirina ou ibuprofeno, pois, inibindo a COX, eles vão impedir a síntese de tromboxano pelas plaquetas. Se a pessoa estiver com dengue hemorrágica, qualquer processo hemorrágico pode ser muito mais grave se ela fizer uso desses anti-inflamatórios, que por essa razão são proibidos nesses casos.
Tromboxanos: compostos que participam da coagulação sanguínea, são produzidos pelas plaquetas.
A via cíclica do araquidonato até prostaglandinas e tromboxanos:
- Ocorre a partir da ativação da fosfolipase A2, que vai liberar o ácido araquidônico, um ácido graxo com 20 C. Quando esse substrato estiver disponível na célula, a enzima COX ficará ativada.
- COX é uma cicloxigenase, ou seja, vai produzir a oxidação do ácido araquidônico uma nova enzima vai atuar, transformando a COX em prostaglandinas e tromboxanos.
- Ácido acetil salicílico faz a transferência de grupo acetil para a serina, que está no AS da COX. Assim, essa enzima ficará acetilada/inativada, ocorrendo a diminuição desse quadro inflamatório irreversível/ligação covalente.
Resumo da Inibição irreversível da enzima ciloxigenase (COX) pelo ácido acetil salicílico (AAS)
Em resumo: a partir da ativação da fosfolipase A2 tem-se a liberação do ácido araquidônico, e, na sua presença, a COX é ativada. Por consequência, forma-se prostaglandinas (produzidas por células da musculatura lisa) e tromboxanos via cíclica do araquidonato, que pode acontecer naturalmente/normalmente nas nossas células. Porém, mediante um processo inflamatório, para diminuir os sinais da inflamação (dor, calor, rubor), a aspirina e o ibuprofeno, ao se ligar a enzima COX, inibem a produção das prostaglandinas e tromboxanos.
Inibidores de cicloxigenase – COX-1 e COX-2
COX-1 constitutiva (constante) da maioria das células. Catalisa a síntese de prostaglandinas que regulam a produção de mucina pelo estômago, o funcionamento do sistema renal e cardiovascular.
COX-2 síntese é induzida em tecido com inflamação. Catalisa a síntese de prostaglandinas causadoras de dor, edema, vasodilatação e febre.
COX-1 e 2: isoenzimas da COX.
Aspirina ou ácido acetilsalicílico:
Provoca inibição irreversível das duas formas de COX, pela transferência do seu grupo acetil para aa serina do AS que se torna bloqueado.
Impede a síntese de prostaglandinas e tromboxanos.
Baixas doses diárias de aspirina reduzem a probabilidade de ataques cardíacos e acidentes vasculares cerebrais pela redução da produção de tromboxanos (envolvidos na coagulação do sangue).
Naproxeno e Ibuprofeno: anti-inflamatórios não esteroidais, não seletivos.
Inibem COX-1 e COX-2, provavelmente devido sua semelhança com substrato ou algum intermediário do processo de síntese de prostaglandinas.
Inibição da transpeptidase por antibióticos β-lactâmicos
Penicilina é um antibiótico beta lactâmico que atua de forma irreversível na célula bacteriana.
A porção amida do anel beta-lactâmico da penicilina vai atacar a serina da transpeptidase, enzima bacteriana que promove a formação do peptideoglicano da parede da célula bacteriana. Quando a penicilina se liga a serina do SA da transpeptidase tem-se a inativação da transpeptidase. A forma inativada é muito instável,
não se forma o peptideoglicano, a célula torna-se frágil e se rompe.
Peptideoglicanos: cadeia cruzada de aa e carboidratos que vai promover a estrutura rígida da parede celular bacteriana. Quando se atua através do medicamente na síntese do petideoglicano a parede celular não será formada adequadamente e a célula bacteriana sofrerá lise. Assim, tem-se a morte de várias bactérias a partir da ação do antibiótico.
Grande sucesso de terapias desenvolvidas para tratar infecções por HIV
Mecanismo de ação da protease do HIV: a protease do HIV rompe ligações peptídicas entre resíduos de Phe e Pro com maior eficiência. Assim, seu SA tem um bolsão para ligar grupos aromáticos próximos à ligação a ser clivada.
Inibidores da protease do HIV: o grupo hidroxil age como um análogo do estado de transição, mimetizando o oxigênio carregado negativamente do intermediário tetraédrico. O grupo benzil adjacente ajuda a posicionar o fármaco adequadamente no AS.
Inibidores reversíveis competitivos (interações não covalentes)
Mecanismo de ação: promove interações não covalentes (mais fracas). Se parecem com o substrato das enzimas. Enzima se liga àquele composto, que a “engana” e inibe. Uma vez interrompida a ação, a enzima volta a sua atividade normal.
Uso de um medicamento inibidor reversível competitivo no momento do uso, a enzima foco mantém-se inibida, uma vez interrompida a medicação a enzima volta a atuar.
O inibidor compete com o substrato pelo SA enzimático. A inibição competitiva é a maneira mais comum de inibição enzimática reversível.
São estruturalmente similares ao substrato para poder interagir com o SA.
Inibidores reversíveis e aplicações farmacológicas
Alopurinol – inibidor da xantina oxidade – tratamento da gota. Fluorouracil. Metotrexato. Trimetropina Captopril
Alopurinol
sssssssss
