Enzimas

Question 1

Definição geral de enzima

Answer 1

 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.

Question 2

Definição geral de riboenzima

Answer 2

 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.

Question 3

Estrutura proteica das enzimas

Answer 3

 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.

Question 4

Sítio ativo

Answer 4

 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.

Question 5

Quimiotripsina

Answer 5

 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.

Question 6

Grupos funcionais de aminoácidos dos sítios ativos que podem participar dos processos catalíticos como doadores ou aceptores de prótons

Answer 6

 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.

Question 7

Anidrase carbônica

Answer 7

 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.

Question 8

Hexocitase

Answer 8

 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.

Question 9

Ligação enzima substrato

Answer 9

 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.

Question 10

Propriedades da enzimas

Answer 10

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.

Question 11

Características dos locais de ligação do substrato nas serinaproteases: quimiotripsina e elastase

Answer 11

 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.

Question 12

Fatores que alteram a velocidade das reações enzimáticas

Answer 12

 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.

Question 13

Perfil da atividade em função do pH

Answer 13

 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.

Question 14

Sensibilidade enzimática ao aumento de T

Answer 14

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

Question 15

Cinética enzimática

Answer 15

 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.

Question 16

Cofatores enzimáticos

Answer 16

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.

Question 17

Coenzimas

Answer 17

 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.

Question 18

íons metálicos

Answer 18

 Frequentemente necessários às reações enzimáticas.
 Estabilizam intermediários da via de reação.
 Cu e Fe: aceitar ou doar e- em reações de oxidação/redução.

Question 19

Síntese de timina a partir da uracila

Answer 19

 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.

Question 20

Coenzimas NAD+ e NADP+

Answer 20

 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.

Question 21

NAD+ - coenzima da enzima malato desidrogenase (CAT)

Answer 21

 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+.

Question 22

FAD E FMN

Answer 22

 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.

Question 23

Coenzima tetraidrofolato

Answer 23

 Transferência de unidades com 1 carbono (CH2 ou CH3).
 Tetraidrofolato pode funcionar como coenzima em várias reações.
 Sua parte vitamínica vem do ácido fólico.

Question 24

Coenzima A – CoA-SH

Answer 24

 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.

Question 25

Isoenzimas

Answer 25

 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.

Question 26

Isoenzimas da lactato desidrogenase

Answer 26

 Contém pequenas diferenças e podem estar presentes em diversos órgãos, ainda que catalisem as mesmas reações.

Question 27

Classificação das enzimas

Answer 27

 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. 2. Transferases: transferência de grupos. - Ex.: hexocinase. 3. Hidrolases: reações de hidrólise. - Ex.: lactase, peptidases. 4. Liases: adição ou remoção de grupos para formar pontes duplas. - Ex.: fumarase. 5. Isomerases: isomerização com transferência de grupos intramoleculares. - Ex.: fosfoglicerato mutase, epimerases e mutases no geral. 6. Ligases: ligação de duas substâncias com hidrólise de ATP (geralmente). - Ex.: citrato sintase, sintases no geral.

Question 28

Inibidores enzimáticos

Answer 28

 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.

Question 29

Inibidores irreversíveis (interações covalentes)

Answer 29

 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.

Question 30

Inibidores irreversíveis e aplicações farmacológicas

Answer 30

``` 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. ```

Question 31

AAS: inibição da enzima cicloxigenase (COX)

Answer 31

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.

Question 32

Inibição irreversível da enzima ciloxigenase (COX) pelo ácido acetil salicílico (AAS)

Answer 32

 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.

Question 33

Resumo da Inibição irreversível da enzima ciloxigenase (COX) pelo ácido acetil salicílico (AAS)

Answer 33

 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.

Question 34

Inibidores de cicloxigenase – COX-1 e COX-2

Answer 34

 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.

Question 35

Inibição da transpeptidase por antibióticos β-lactâmicos

Answer 35

 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.

Question 36

Grande sucesso de terapias desenvolvidas para tratar infecções por HIV

Answer 36

 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.

Question 37

Inibidores reversíveis competitivos (interações não covalentes)

Answer 37

 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.

Question 38

Inibidores reversíveis e aplicações farmacológicas

Answer 38

```  Alopurinol – inibidor da xantina oxidade – tratamento da gota.  Fluorouracil.  Metotrexato.  Trimetropina  Captopril ```

Question 39

Alopurinol

Answer 39

sssssssss