Universidade Federal de Santa Catarina

Universidade Federal de Santa Catarina Enzimas Estágio de Docência Juliana Ribeiro Mariotto

Histórico • Atividade catalítica: processos de fermentação de suco de uva, fabricação de pães e queijos. • Catálise biológica (século XIX) • Digestão da carne  secreções do estômago; • Conversão do amido em açúcares  saliva e extratos vegetais.

Histórico • Louis Pasteur (50) • Açúcar  álcool catalisada por “fermentos”; • Fermentos = Enzimas  separáveis da estrutura das células de levedo. • Eduard Buchner (1897) • Extratos de levedos  açúcar até álcool  enzimas funcionavam mesmo quando removidas da estrutura celular.

Histórico • James Summer (1926) • Isolou e cristalizou a urease  avanço nas propriedades específicas das enzimas; • Cristais de urease  proteínas; • Todas as enzimas são proteínas. • John Northrop e seus colegas (30) • Cristalizaram a pepsina e tripsina bovinas  proteínas.

Histórico • J. B. Haldane (30) • Tratado intitulado “Enzimas”; • Ligações fracas entre enzima e substrato  distorce a molécula do substrato e catalisa a reação. • Século XX • Pesquisas  reações do metabolismo celular; • Purificação, elucidação da estrutura molecular, mecanismo químico e compreensão geral.

Conceito • Catalisadores biológicos: longas cadeias de moléculas pequenas  aminoácidos; • Função: viabilizar a atividade das células, quebrando e juntando moléculas; • Elevado grau de especificidade ao substrato; • Específicas: ligações químicas e isômeros ópticos.

Características • Produtos naturais biológicos; • Alto grau de especificidade; • Reações baratas e seguras; • Mecanismo “turnover”: desempenha funções consecutivas; • Altamente eficientes: aceleram a velocidade das reações  108 a 1011 vezes; • Econômicas: reduz a energia de ativação.

Enzimas e Proteínas • Grupo de moléculas de RNA (ribozimas) com propriedades catalíticas = NÃO são proteínas; • Atividade catalítica • Integridade da conformação protéica nativa; • Perda da atividade = desnaturação e dissociação em subunidades.

Enzimas e Proteínas • Aminoácidos: • Átomo de carbono ligado a uma carboxila, grupo amino e um atómo de hidrogênio; • Grupo R específica para cada aminoácido  propriedades particulares.

Enzimas e Proteínas Resíduos de aminoácidos Enzimas Ativas • Cofatores • Íons metálicos: Fe2+, Mg2+, Mn2+ • Coenzimas: moléculas orgânicas complexas Holoenzimas Grupo prostético:coenzima ou íon metálico covalentemente ligada à parte protéica.

Coenzimas • Aceptores/doadores de atómos ou grupos funcionais; • Catálise: coenzima + substrato = alojados no centro ativo; • Reação modifica/restaura: enzimas diferentes e específicas  precede a ligação do substrato; • Encontra-se covalentemente ligada à enzima ou é uma molécula “livre”.

Coenzimas Componente orgânico  não sintetizado pelos animais superiores Vitaminas Compostos orgânicos indispensáveis Pequenas quantidades  precursores de coenzimas Hidrossolúveis Coenzimas Lipossolúveis

Estrutura Primária • Ligação peptídica: grupo -carboxila e grupo -amino; • Grupos no radical R: NUNCA participam da ligação peptídica; • Número de aminoácidos e ordem que se encontram caracteriza uma enzima.

Estrutura Secundária • -hélice: formada e estabilizada por pontes de hidrogênio nitrogênio e oxigênio; • Ponte de hidrogênio • Ligação fraca  grande número conferem estabilidade à estrutura.

Estrutura Secundária • Ponte de Hidrogênio: • Átomos de uma ligação peptídica com os átomos da quarta ligação subseqüente; • Paralelamente ao eixo da hélice.

Estrutura Secundária • Folha -pregueada • Arranjo paralelo de 2 ou mais segmentos de cadeias peptídicas; • Pontes de hidrogênio: une 2 segmentos distintos da cadeia protéica.

Estrutura Secundária • Conformação espacial: -hélice, folha -pregueada e regiões de conformações irregulares.

Estrutura Terciária • Conformação tridimensional em solução; • Explica o dobramento da cadeia  forma geral globular; • Ligações químicas: formadas entre grupos R dos aminoácidos; • Interações hidrofóbicas = dobramento da cadeia polipeptídica.

Estrutura Terciária • Ligação salina ou iônica: grupos R (+) fazem ligações eletrostáticas com grupos R (-); • Pontes de hidrogênio: não apresentam padrão regular; • Pontes dissulfeto (S-S): oxidação de 2 grupos -SH  cadeia lateral de um resíduo de cisteína; • Forma espacial  responsável pela função  estrutura primária.

Estrutura Terciária • Principais ligações da estrutura terciária.

Estrutura Quaternária • Organização presente nas proteínas; Quantos? Quais? Monômeros associados Como? • Forças = estrutura terciária  EXCETO pontes dissulfetos.

Estrutura Quaternária • Estrutura quartenária da hemoglobina: 4 cadeias polipeptídicas.

Classificação e Nomenclatura • Adição do sufixo “ase” ao nome do substrato, à palavra ou frase que descreve sua atividade; • Comissão de Enzimas  IUB • Número classificatório de 4 dígitos  identificando a reação. 1º = 6 classes que a enzima pertence 2º = tipo de ligação que a enzima atua 3º = subclassificação do tipo de ligação 4º = número de série

Classificação e Nomenclatura • Principais classes das enzimas Oxidorredutases  reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons (CH – OH, C = O, C = O-, CH – NH2, CH – NH-, NADH, NADPH) Transferases  transferem grupos funcionais entre moléculas (Grupos: com um carbono, aldeído ou cetona, acil, glicosil, fosfatos, enxofre) Hidrolases  reações de hidrólise (Ésteres, ligações glicosídicas, ligações peptídicas, outras ligações C-N, anidridos ácidos)

Classificação e Nomenclatura • Principais classes das enzimas Liases  catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico (=C=C=, =C=O, =C=N-) Isomerases  transferência de grupos dentro da mesma molécula para formar isômeros (racemases) Ligases  catalisam reações de formação de novas moléculas a partir da ligação entre duas pré-existentes, sempre às custas de energia (C-O, C-S, C-N, C-C)

Classificação e Nomenclatura • Exemplo ATP + D-glicose ADP + D-glicose-6-fosfato Nome formal  ATP: glicose fosfotransferase Número  2.7.1.1 1º = transferase 2º = fosfotransferase 3º = fosfotransferases  grupo hidroxila como receptor 4º = D-glicose receptor do grupo fosfato Trivial: HEXOQUINASE

Ação Catalítica •  tamanho  enzima e substrato; • Sítio ativo: região específica da superfície • Constituída por grupos R de aminoácidos; • Especificidade à catalise enzimática.

Modelos Enzima e Substrato • Emil Fischer (1894): “chave e fechadura” • Enzimas eram complementares ao tamanho, forma e natureza química do substrato; • “Chave e fechadura”  pouco eficiente!

Modelos Enzima e Substrato • Koshland (1958): encaixe induzido • Altera o balanço de forças  nova conformação; • Substrato: conformação tensionada e distorcida.

Velocidade das Reações E + S ES EP E + P • Catalisador:  velocidade da reação  NÃO afetam o equilíbrio. • Diagrama de coordenadas da reação:

Atividade Enzimática • Medida da atividade  velocidade da reação; • Dosagem • Amostra +  concentrações de substrato; • Velocidade da reação  Unidades Internacionais (U); • U = quantidade de enzima capaz de formar 1 mol de P por minuto em condições ótimas; • Atividade específica = U mg de proteína

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