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ENZIMAS
Substncias orgnicas de estrutura complexa
geradas no interior da clula aceleram reaes qumicas que ocorrem emsistemas biolgicos.
Podem ser encontradas em clulas animais ou deplantas, bem como em microorganismos.
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Quimicamente, so protenas globulares constitudas
de longas cadeias de aminocidos unidas porligaes peptdicas
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Cadeia com menos de 50 AApeptdeos.
Protenas cadeiasmaiores
20 aminocidos comumente encontrados
nas protenas:
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ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL
Podem ter 4 tipos de estrutura
Estrutura primria:
- mais simples e maisimportante, pois delederiva todo o arranjoespacial da molcula- somente a seqnciados aminocidos, semse preocupar com aorientao espacial
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Estrutura secundria
- rotao das ligaes entre os carbonos dosaminocidos de seus grupamentos amina e carboxila.
Alfa-hlice:
- forma mais comum;- hlice em espiral - as
cadeias laterais dos sedistribuem para fora dahlice;- ponte H.
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Folha beta ou folhapregueada.
- arranjados em paralelo ouno sentido anti-paralelo.
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Estrutura terciria
- resulta do enrolamento da hlice ou da folhapregueada,- estabilizada por pontes de hidrognio e pontes deenxofre,
- tm seqncias deaminocidos diferentes,refletindo estruturas efunes diferentes,
- Foras fracas, podem serfacilmente quebradas desnaturao
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Estrutura quaternria
- possuem duas ou mais cadeias polipeptdicas.- a estrutura tridimensional destas a estruturaquaternria.- Ex: hemoglobina - sua estrutura formada porquatro cadeias polipeptdicas
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Estreita relao entre a estrutura da enzima e suafuno:
so altamente especficas
somente certos substratos sofrem sua ao eunicamente um tipo de reao ocorre, sem reaes
colaterais ou produtos derivados,
se sua estrutura mudar no catalisa mais aquelesubstrato
Como isso ocorre?
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O substrato liga-se enzima atravs do stio ativo,local onde ocorrer a reao catalisada pela enzima.
STIO ATIVO
resduos de aminocidos capazes de interagir com osubstrato e formao do produto.
Estes resduos denominam-se grupos catalticos
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Representao esquemtica da estrutura tridimensional da lipase de
Pseudomonas cepacia.
Ser
His
Asp
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Teoria da chave-fechadura proposta por EmilFischer
O stio ativo possui uma conformao cujosgrupos ligantes R dos aminocidos estocorretamente posicionados, e sua conformao
complementar a estrutura do substrato
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Modelo do encaixe induzido, proposto porKoshland
o stio ativo uma regio flexvel cuja forma pode serinduzida para alojar compostos estruturalmentesemelhantes.
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Vantagens de utiliz-las como catalisadores:
aumentam de vrias ordens de grandeza a velocidade
das reaes,
as reaes ocorrem em condies suaves detemperatura, presso, e em meio de pH e concentraosalina praticamente constantes,
so altamente especficas e capazes de diferenciarestereoismeros de certos compostos, sem formarsubprodutos,
tm capacidade de regular processos,
como aceleram a velocidade da reao sem alterar oequilbrio termodinmico, elas podem catalisar um grandenmero de reaes.
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Unio Internacional de Bioqumica e BiologiaMolecular (UIBBM)
classificadas em seis grandes grupos, de acordocom o tipo de reao envolvida
Cada enzima descrita recebe um nmero declassificao, conhecido por E.C., que compostopor 4 dgitos:
1. Classe
2. Sub-classe dentro da classe3. grupos qumicos especficos que participam da
reao.4. a enzima, propriamente dita
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Classificao das Enzimas - UIBBM
Classe Tipo de Reao Subclasse
Oxidoredutases Transferncia de eltrons ou
remoo de hidrognio
Hidrogenases, oxidases,
peroxidases, etc
Transferases Reaes de transferncia de
grupos
Transaldolases,
transcetolases, etc
Hidrolases Reaes de hidrlise Estearases, lipases,
peptidases, fosfatases, etc
Liases Reaes de adio de grupos
a dupla ligao ou formao
de duplas ligaes por
remoo de grupos
Descarboxilases,
cetocidoliases, hidroliases,pectato liase
Isomerases Transferncia de grupos
dentro da molcula para
produzir ismeros
Racemases, epimerases,
oxirredutases, mutase, etc
Ligases Formao e clivagem de
ligaes C-O, C-S, C-C e C-
N e steres de fosfato
1
2
3
4
5
6
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Exemplo:
Pectato Liase EC 4.2.2.2
liase
carbono-oxignio liase
ativa em polissacardeos
Pectato liase
EC 4.2.2.2
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COFATORES ENZIMTICOS E COENZIMAS
Cofatores:
um ou mais ons inorgnicos que podem sernecessrios para a funo de uma enzima.
no esto ligados permanentemente molcula da
enzima mas, na ausncia deles, a enzima inativa.
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Coenzimas:
compostos orgnicos, quase sempre derivados de
vitaminas, a frao protica de uma enzima, na ausncia do
seu cofator, chamada de apoenzima. enzima + Cofator, chamamos de holoenzima.
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IMOBILIZAO DE ENZIMAS
As enzimas quando imobilizadas:
retm sua configurao estrutural devido as ligaesde hidrognio que ocorrem na superfcie do material
dificuldade de vibrao
Aumento da estabilidade trmica.
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O principal interesse em imobilizaruma enzima obter um biocatalisador com
atividade e estabilidade que no sejamafetadas durante o processo.
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Vantagens da imobilizao:aumenta a estabilidade das enzimas,
baixo custo,
facilita a separao e recuperao das enzimas,
reutilizao, possibilitando operaes contnuas.
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Tipos de Suporte
materiais inertes com pouca ou nenhumainterferncia no comportamento cintico da enzima.
O suporte para ser efetivo na imobilizao deve:
- deixar a enzima acessvel aos substratos,- manter a atividade por um longo perodo- possibilitar a regenerao do sistema suporte/enzimaao final do processo, sem que ocorra a perda da
atividade enzimtica.
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Exemplos de suportes inertes
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Confinamento em matriz
Polmeros naturais: gel de agar,caseinato de sdio
Orgonogis de microemulsoleo-gua, aerogis de slica.
Confinamento em
microcpsulaGelatina, quitosana,alginato carragenana comcloreto de clcio ou potssio
Ligaes cruzadas
Hexametilenodiamina eglutaraldedo
Ligaes em suportes
Adsoro fsica: lcool polivinlico (PVA), xantana,quitosana, galactomanana, poli-oxido de etileno(PEO), poli(cido acrlico) (Carbopol), nylon 6.
Adsoro covalente: slica, alumina, celulose,poli(etilenoglicol) (PEG), metoxi(polietilenoglicol)-p-nitrofenil carbonato.
Adsoro inica: resinas de troca inica: DEAE-sefadex, carboximetilcelulose, Dowex 66, duolite
568N)
Sistema bifsico
Solvente orgnicogua + enzima
Enzima
Mtodos de Imobilizao de Enzimas
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Atividade Enzimtica
Atividade biolgica capacidade que as enzimaspossuem de reagir com determinados constituintes das
clulas
ir depender da estrutura da protena
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As medidas de [ ] em m/V, no tem aplicaopara solues enzimticas
O que importa no a massa, mas a atividade
Protenasdesnaturadas
Conserva a massa protica
Sem atividade cataltica
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Dosagem: atravs da medida de sua atividade
Avaliada pela velocidade da reaoque a enzima catalisa ([S] ou [P])
uma amostra da soluo contendo a enzima incubada com[ ] de substratos (Vmx.)
Produtomol/mL
velocidade constante
velocidade decresce
Tempo (min.)
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Atividade medida da velocidade de reao emcondio inicial (velocidade constante)
A velocidade da reao medida e expressa emUnidades (U).
1 U a quantidade de enzima capaz
de formar 1mol de produto porminuto em condies timas
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Mtodos para a determinao da atividadede enzimas:
Conhecimento prvio da faixa de [ ]enzimtica que permite obter uma variaolinear da [P] (ou [S]) com o tempo.
Mtodos para avaliar as [ ] das espcies:
Muito diretos: - Espectrofotometria,
- Titulometria... Menos diretos: - Medida da Viscosidade.
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Pectinase
1mL/L 0,1 mL
0,1 mL soluo enzima +
0,9 mL: soluo de pectina +2mL DNS
Total = 4mL
Aps 5 min dosa-se produto: 0,476 mol/mL
0,476 mol/mL em 5 min 0,0952 mol/min
A = 0,0952 4mL 1000 = 380,8 mol mL-1min-1
A = 380,8 U/mL
Exemplo: Determinar a atividade de pectinase
(quebra a pectina):
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A velocidade das reaes enzimticas varia com
diversos fatores:
pH
substrato concentrao de enzima
temperatura.
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Valor de pH timo = atividade mxima;
Velocidade da reao : pH afasta do timo;
Influncia do pH: dos grupos dissociveis;
Influncia do pH
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Um equilbrio qumico de um cido fraco pode ser escritocomo:
HA A- + H+As concentraes de HA e de A- dependem do pH
pH HA A-pH timo
concentrao hidrogeninica (H+) que leva a molcula deenzima conformao ideal para exercer seu papel
cataltico
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pH timo: determinado apartir de uma curva do
efeito do pH na atividadeenzimtica
muitas enzimas apresentamuma curva indicando queno existe um nico valor de
pH timo, mas uma faixa depH timo (6,0 a 8,5).
6 > pH > 8,5 = inativao
irreversvel.
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RTekk
0
T velocidade de reao = energia cintica;K funo crescente da T Lei de Arrhenius
Influncia da temperatura
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Note que quanto maior a temperatura de, mais rpido o processo de desnaturao trmica.
Rompidas as pontes de hidrognio alteraes
estruturas = nova conformao;Tdesnaturao pouco acima da T tima.
Tmuito elevadas = desnaturao da enzima
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Efeito da concentrao do substrato na velocidadeda reao
Cintica
Enzimtica