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Disciplina de Engenharia de Proteínas
Curso de Ciências Biológicas
Aula 4: Enzimas – Cinética
e Regulação
Prof. Marcos Túlio de Oliveira [email protected]
Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias de Jaboticabal
Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”
Enzimas
GRANDE maioria formada por proteínas
(algumas enzimas são formadas por RNA)
Função:
CATALIZADORES de reações químicas
(aceleração das reações químicas,
especificidade pelo substrato,
funcionam em diversas condições de temperatura e pH)
Enzima holozima
Apoenzima parte proteica
Parte Não proteica (cofator)
metal
coenzima
.
Enzimas
apoenzima holoenzima
Coenzimas participam do ciclo catalítico das enzimas recebendo ou fornecendo grupos químicos para a reação
Normalmente se adiciona o sufixo ase ao nome do substrato ou à atividade realizada: Urease – hidrolisa a uréia DNA-polimerase – polimeriza DNA Agora…. Nomenclatura oficial das enzimas é dada pela Enzyme Comission da International Union for Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB) : Exemplo... ATPase: EC 3.6.1.3 - é uma hidrolase.........................3 - atua num anidrido......................3.6 - o anidrido contém fosfato..........3.6.1 - esse anidrido é ATP.....................3.6.1.3
1. Óxido-redutases
( Reações de óxido-
redução).
Transferência de elétrons
Se uma molécula se
reduz, há outra que se
oxida.
2. Transferases
(Transferência de grupos
funcionais)
•grupos aldeído
•gupos acila
•grupos glucosil
•grupos fosfatos (quinases)
3. Hidrolases
(Reações de hidrólise)
•Transformam polímeros em monômeros.
Atuam sobre:
•Ligações éster
•Ligações glicosídicas
•Ligações peptídicas
•Ligações C-N
4. Liases
(Adição a ligações
duplas)
•Entre C e C
•Entre C e O •Entre C e N
5. Isomerases
(Reações de
isomerização)
6. Ligases
(Formação de ligações
covalentes com gasto de
ATP)
•Entre C e O
•Entre C e S
•Entre C e N
•Entre C e C
Enzimas – Classificação
Enzima
Velocidade na
ausência de enzima
“Reações/segundo”
Velocidade da
reação catalisada
“Reações/segundo”
Poder
catalítico
Anidrase carbônica
Triosefosfato isomerase
Carboxipeptidase A
AMP nucleosidase
Nuclease de estafilococos
1.3 X 10 –1
4.3 X 10 –6
3.0 X 10 –9
1.0 X 10 –11
1.7 X 10 -13
1.0 X 106
4.300
578
60
95
7.7 X 106
1.0 X 109
1.9X 1011
6.0 X 1012
5.6 X 1014
Compare esses números !
Como Enzimas Funcionam...
Como Enzimas Funcionam...
enzima
sítio ativo
(catalítico)
substrato formação de
ligações
covalentes
transientes
com o
substrato!
Como Enzimas Funcionam...
enzima
sítio ativo
(catalítico)
substrato
formação de
várias ligações
fracas dão
especificidade
para ES!
sítio de ligação
Como Enzimas Funcionam...
energia de
ligação
Maior fonte
de energia
livre usada
por enzimas
para abaixar
as energias de
ativação das
reações
Modelo chave-fechadura Nesse modelo,
o sítio ativo da enzima é pre-formado e
tem a forma complementar à molécula
do Substrato, de modo que outras
moléculas não teriam acesso a ela.
Modelo de encaixe induzido Nesse
modelo, o contacto com a molécula do
substrato induz mudanças
conformacio-nais na enzima, que
otimizam as intera-ções com os resíduos
do sítio ativo. Esse é o modelo aceito hoje
em dia.
Modelo Chave-Fechadura
Modelo de encaixe induzido
Como as Enzimas Funcionam...
Em B: A ligação do substrato dipeptídico glicil-L-tirosina (em verde) causa uma profunda mudança conformacional nas vizinhanças do sítio ativo da carboxipeptidase A.
Em A: o sítio catalítico dessa enzima é formado pelos resíduos (em vermelho) de Tyr248 (acima, à direita) e de Glu270 (centro), e um átomo de Zn2+, que está acima do Glu270.
A B
Exemplo do modelo de encaixe induxido
(Carbopeptidase)
Determinar a taxa (velocidade) da reação e como esta
muda em resposta a mudanças nos parâmetros
experimentais – abordagem central para estudar o
mecanismo de reações catalisadas por enzimas.
Cinética Enzimática
[S] muda com o passar do tempo em uma reação
enzimática in vitro. E daí?
Cinética Enzimática
tempo
[S]
1 2 3 4 5 6
Cinética Enzimática
[S] [E]
Enzima funciona a todo vapor e a mudança na [S] é
mínima durante o estágio inicial da reação.
tempo
[S]
15 30 45 60
Praticamente linear; ou
seja, quanto mais
substrato, maior a V0
Cinética Enzimática
Saturação! Não adianta
adicionar substrato, a V0 não
muda significativamente.
Interação Proteína-Ligante
concentração do ligante
porcentagem dos sítios de ligação ocupados
concentração constante da proteína
Cinética Enzimática
kcat
descreve a taxa do passo limitante da reação
equivalente ao número de moléculas de
substrato convertidas a produto em uma
unidade de tempo em uma molécula de enzima,
quando a enzima está saturada com substrato
Condições do meio que afetam estabilidade protéica
• pH
• temperatura
% a
tivid
ad
e e
nzim
áti
ca
má
xim
a
pH ótimo=1,5 pH ótimo=6,8 pH ótimo=9,9
O pH ótimo de uma enzima reflete
variações no estado de ionização de
resíduos de aminoácidos do sítio
ativo.
Fatores que afetam a atividade enzimática
1. Fatores que afetam a estabilidade proteica das enzimas
• Variações de pH: pH ótimo
• Variações de temperatura: temperatura ótima
100-
50-
0-
% a
tivid
ad
e e
nzim
áti
ca
má
xim
a
Temperatura
ótima
Desnaturação
térmica da
proteína
Pouca energia
para a reação
acontecer Ao contrário da curva em
forma de sino no caso da
atividade enzimática versus
pH, a enzima só está
desnaturada em temperaturas
acima da temperatura ótima.
Fatores que afetam a atividade enzimática
Enzimas Reguladoras
geralmente possuem
subunidades múltiplas...
sítio ativo e sítio(s) regulador(es)
em subunidades separadas
Enzimas Alostéricas
formas mais ou menos
ativas são geradas por
alterações de
conformação induzidas
por um ou mais
moduladores...
Enzimas Alostéricas
formas mais ou menos ativas são
geradas por alterações de
conformação induzidas por um ou
mais moduladores...
Proproteínas, Proenzimas e Zimogênios
precursor inativo que precisa ser clivado para gerar a
forma ativa...
modificações irreversíveis
pró-colágeno → colágeno
fibrogênio → fibrina
protrombina → trombina
pró-insulina → insulina
quimotripsinogênio → quimotripsina
tripsinogênio → tripsina