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Em Bioquímica a temperatura dos sistemas, ao contrário dos processos químicos, não pode ultrapassar os valores compatíveis com a vida dos organismos
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Em Bioquímica a temperatura dos sistemas, ao contrário dos processos químicos, não pode ultrapassar os valores compatíveis com a vida dos organismos • actuação dos enzimas cuja função é baixar a energia de activação necessária à reacção e permitir que esta decorra a velocidade muito mais elevada • Enzimas – possuem as propriedades dos catalizadores químicos e: • baixam ainda mais a energia de activação; • possuem todas natureza proteica o que lhes confere especificidade muito elevada; • a sua actividade pode ser sujeita a controlo, facto que é da maior importância na regulação do metabolismo celular • Enzimas podem ser: • inteiramente proteicas • constituídas por Enzimas parte proteica (apoenzima) parte não proteica ou cofactor: iões metálicos,grupos prostécticos e coenzimas
Centro activo ou sítio activo é constituído pelo conjunto dos aminoácidos que entram em contacto com o substrato Enzimas Local de fixação (que se combina com o substrato por ligações fracas) Centro catalítico (que actua sobre o substrato levando-o a sofrer a reacção química) Serina (muitas enzimas); cisteína, histidina, tirosina, lisina Cofactor – nas enzimas que actuam através dele, é o responsável pela transformação estrutural do substrato, encontra-se ligada à enzima na vizinhança do centro catalítico
Bases para a classificação • Dois tipos de nomenclatura: • sistemático => revela a acção de uma enzima tão completamente quanto possível, identificando-a com precisão • trivial ou recomendado=> o correntemente usado • O sistema de classificação em vigor também serve de base para atribuição de número de código às enzimas. Este número precedido de EC(Enzyme Classification) contêm 4 algarismos separados por pontos: • 1º algarismo => indica a qual das 6 categorias(classes) pertence a enzima • 2º algarismo => indica a subclasse (Ex: 4.99) • 3º algarismo a sub-subclasse • 4ºalgarismo => nº de série da enzima em cada sub-subclasse Classificação das Enzimas
Os nomes das enzimas consistem de duas partes: • 1ª parte -nome do substrato • 2ª parte –indica a natureza da reacção, termina em ase • ex: lactato-desidrogenase; glucose-6-fosfato-desidrogenase • OXIDORREDUTASES( ex:desidrogenases, oxidases, peroxidades, hidroxilases, oxigenases) • Catalisam reacções do tipo: • AH2 + B BH2 +A • Inclui todas as enzimas que catalisam oxirreduções (oxidases e desidrogenases). O substrato oxidado é o dador de hidrogénio ou electrões. Classificação baseia-se no esquema dador:aceitador-oxidorredutase • Aceitadores: NAD+; NADP+; NADH; NADPH; citocromo; oxigénio; Classificação das Enzimas
2. TRANSFERASES (ex: transmetilases, transformilases, transaminases, fosfocinases e cinases, fosfomutases) Catalisam reacções do tipo: A-B + C A-C + B São enzimas que transferem um grupo, metilo ou glicosilo de um composto (dador) para outro (aceitador) A sua classificação baseia-se no esquema “dador: aceitador-grupo-transferase” Em muitos casos o dador é um cofactor (coenzima) que transporta o grupo transferido Classificação das Enzimas
Classificação das Enzimas 3. HIDROLASES (ex:lipases, esterases, osidades, enzimas proteolíticas) Catalisam reacções do tipo: AB + H2O AOH + BH São enzimas que catalisam a hidrólise de diversos tipos de ligação Um certo número de hidrolases actuam sobre ligações éster, glicosilo, péptido e amida
4. LIASES(ex:descarboxilases, aldolases) Catalisam reacções do tipo: A-B A+ B => eliminação da molécula com formação de resíduo insaturado São enzimas que quebram as ligações C-C; C-O; C-N e outras por mecanismos distintos da hidrólise ou oxidação Distinguem-se das outras porque num dos sentidos da reacção estão envolvidos dois substratos e noutro sentido apenas um O nome sistemático => “substrato-grupo-liase“ 5. ISOMERASES(ex:racemases, epimerases, mutases) Catalisam modificações geométricas ou estruturais no interior de uma molécula Classificação das Enzimas
6. SINTETASES(ex: carboxilases, aminoacil-tRNA-sintetases, acil-coA-sintetases) São enzimas que catalisam a união de duas moléculas, com hidrólise simultânea da ligação pirofosfato do ATP ou de outro trifosfato Ligações formadas possuem “potencial energético elevado” Nome sistemático é formado com base no esquema X:Y ligase (formadora de ADP) Classificação das Enzimas LIGASES-SINTETASES
A velocidade de uma reacção enzimática é avaliada tendo em conta a quantidade de produto(os) formados por unidade de tempo: • E + S P + E (E-enzima; S-substrato; P-produto) • A actividade enzimática pode avaliar-se de vários modos: • a actividade molar ou nº de turnover – nº de moles de substrato transformado/mole de enzima/unidade de tempo • a unidade enzimática – quantidade de enzima que cataliza a transformação de 1 micromole de susbtrato/1 minuto, a 25 graus, nas condições óptimas de pH e de concentração de substrato (expressa em milimole ou miligrama) Actividade Enzimática
Variação da velocidade da reacção com a concentração de susbtratoEquação de Michaelis e Menten(1913) Estudo quantitativo das variações da velocidade de uma reacção enzimática e função do aumento de susbtrato, baseia-se na seguinte representação: A constante de equilíbrio ou constante de Michaelis para a dissociação do complexo E-S é: (E)-concentração em enzima livre Sentido inverso=> formação do complexo E-S
Atendendo a que a velocidade da reacção é directamente proporcional à concentração de enzima ligado ao substrato e que a velocidade máxima é atingida quando toda a enzima está ligada ao Substrato, então: Sendo KM uma medida de afinidade da enzima para o susbtrato (1/KM) ou seja se KM for elevado a afinidade é baixa KM é igual à concentração de substrato para a qual V = Vmáx / 2
(adapt. Campos, 1998) Toda a interpretação da cinética das reacções bioquímicas se baseia na equação de Michaelis-Menten
Muitos autores tentaram transformar a interpretação cinética de Michaelis numa interpretação linear, sendo Lineweaver e Burk os primeiros a consegui-lo A cinética de Lineweaver- Burk (adapt. Campos, 1998)
Regulação Enzimática por activadores e inibidores Inibidor- qualquer composto que, ao ligar-se ao enzima, lhe reduz a actividade e diminui a velocidade da reacção Inibidor reversível – são reguladores (por inibição) da actividade enzimática, que não provocam alterações irreversíveis nas enzimas sobre as quais actuam
Regulação Enzimática por activadores e inibidores • Há inibidores competitivos que aumentam o KM - caracterizam-se: • - por uma grande analogia estrutural com os substratos, não sendo • distinguidos pela enzima • - ligando-se ao centro activo do enzima, • - impedem a ligação do enzima ao substrato • exemplos: • > concentração de sulfamidas => morte das bactérias perniciosas • metanol => inibidor competitivo da álcool-desidrogenase (etanol)
Tradução da acção do inibidor Aumento da concentração de sulfamidas (adapt. Campos, 1998)
Inibidor competitivo para tratamento da SIDA Perante a dificuldade de criação de uma vacina uma das abordagens que tem sido tentada no tratamento do síndroma da imunodeficiência adquirida (SIDA) tem sido muito desenvolvida a pesquisa de inibidores específicos que bloqueiem a actividade de enzimas exclusivas do vírus da HIV (ex: HIV-protease) catalisa o processamento das proteínas virais numa célula infectada e sem ela não libertação de mais partículas virais de HIV nas células hospedeiras AG-1284 – potente inibidor da HIV-protease (Agouron Pharmaceutical)
Regulação da actividade Enzimática A actividade das enzimas está regulada por uma série de factores: - pH - concentração dos substratos - concentração de cofactores e coenzimas Existem até enzimas especializadas denominados de reguladores das sequências metabólicas que se agrupam em três grupos principais: - interacções alostéricas - modificação covalente reversível - acção sobre as subunidades catalíticas
Tipo de regulação que inclui activação e inibição e assume a maior relevância em bioquímica Regulação alostérica Enzimas que possuem outros lugares de união para além do correspondente ao substrato, aos quais se unem efectores (+) e (-) Enzimas que intervêm no controlo das sequências centrais do metabolismo (ex: síntese do triptofano em E. coli; fosfofrutocinase) retroinibição (suspende a síntese de um aminoácido quando atinge determinados valores e que já não é utilizado pela célula => actuando sobre a 1ª enzima responsável pela síntese suspendendo-a => economia) (adapt. Campos, 1998)
Regulação por modificação covalente Enzimas que podem ser fosforiladas reversivelmente a partir do ATP (adapt. Campos, 1998) Ex: controlo do transporte através dos canais membranários (adapt. Campos, 1998) Activação por acção sobre as subunidades enzimáticas
Isoenzimas Formas moleculares múltiplas das enzimas presentes num mesmo organismo => diferentes KM e Vmáx => actividade metabólica variável Exemplo: sistema lactato –desidrogenase (LDH)=> por electroforese => diferentes bandas=> presença de 2 tipos de sub-unidades (M e H)=> permutações na constituição da enzima activa => origem a 5 estruturas (adapt. Campos, 1998)
Cofactores- os co-autores da reacção Tipos de cofactores (ou promotores da reacção) - iões metálicos - grupos prostéticos (ex: porfirina nas catalases) - Coenzimas => NAD e NADP
Coenzimas Algumas coenzimas fazem parte do centro activo e encontram-se com a mesma estrutura no fim da reacção Outros coenzimas encarregam-se da transferência, quer do hidrogénio, quer de electrões, quer de diversos grupos ou radicais Certo número de Vitaminas (grupo B- hidrossolúveis) são coenzimas ou constituintes essenciais de coenzimas
NAD (Nicotinamida – adenina-dinucleótido) e NADP (Nicotinamida- adenina-dinucleótido- fostato) • NAD ou NADP são coenzimas de numerosas desidrogenases e derivam do ácido nicotínico ou vitamina PP • As suas designações decorrem de as suas estruturas serem constituídas a partir de dois nucleótidos (nicotinamida e a adenina) diferindo pelo facto do NADP ter mais um grupo fosforilo na extremidade • Fixam o hidrogénio proveniente de um substrato AH2 originado NADH ou NADPH podendo logo noutra reacção cedê-lo sendo por isso reoxidada em NAD ou NADP • Por absorverem nos ultravioleta a 260nm (forma oxidada)e 340nm (a sua foram reduzida) permite acompanhar por espectrofotometria as reacções enzimáticas onde participam
(adapt. Campos, 1998) NAD e NADP => derivam do ácido nicotínico ou vitamina PP
FMN (Flavina –mononucleótido) e FAD (Flavina- adenina– dinucleótido) São também coenzimas das desidrogenases Derivam da riboflavina ou vitamina B2 Às desidrogenases que têm estas estruturas (FMN e FAD) como coenzimas denominam-se de flavoproteínas (adapt. Campos, 1998)
