Cintica e regulao enzimticaIST FML 2 Semestre 2007/2008
Trabalho realizado por: Miguel Amador n58484 Joana Nunes n58497 Joo Marques n58513
Cintica EnzimticaEstrutura Enzimtica Constituio em Aminocidosinfluenciam
Mecanismos de Aco Enzimtica
So difceis de definir quantitativamentePelo que necessrio
Determinar constantes da reaco catalisada
Cintica EnzimticaCintica Enzimtica
Estudo da velocidade de uma reaco qumica que ocorre na presena de um enzima
Permite elucidar sobre: Os pormenores do mecanismo cataltico das enzimas O papel das enzimas no metabolismo Controle da actividade Mecanismos de inibio
Velocidade vs. ConcentraoA concentrao de substrato influencia a velocidade de uma reaco
Estudo da relao entre a concentrao e a velocidade:. No inicio da reaco a quantidade de substrato constante, j que a quantidade de substrato muito maior do que a de enzima. .Determina-se a velocidade inicial de reaco, Vo ,para uma determinada [S]. .Obtm-se valores para vrias concentraes de substrato, mantendo constante a concentrao de enzima. Assim podemos traar os valores num grfico, em que exprimimos Vo como funo de [S]
Velocidade vs. Concentrao
Dados: Para [S] baixas, Vo aumenta quase linearmente Para [S] maiores, Vo aumenta mais gradualmente Para [S] mais elevadas, atinge-se uma velocidade mxima, Vmx.
Equao de Michaelis-MentenComportamento explicado pela formao do complexo enzima-substrato ES 1. O enzima liga-se ao substrato reversivelmente formando o complexo ESReaco rpida
2. O complexo ES dissocia-se em enzima livre e produto da reacoReaco mais lenta
.A reaco 2, mais lenta, limita a velocidade global da reaco. .A velocidade proporcional concentrao do complexo ES. .A cada momento o enzima existe na forma livre e no complexo ES. .A velocidade mxima (Vmx) da reaco ocorre quando todos os enzimas esto associadas a molculas de substrato.
Deduo da Equao Michaelis-MentenA curva que representa a relao entre [S] e Vo tem forma idntica para a maior parte dos enzimas. Esta curva pode ser descrita algebricamente pela equao de Michaelis-Menten. A equao de Michaelis-Menten
Hiptese: o passo limitante da velocidade das reaces enzimticas a desassociao do complexo ES
Deduo da Equao Michaelis-MentenPresuposto: no h transformao de produto em substrato Reaces de formao e desassociao do complexo ES:
Vo pode ser considerado como a velocidade com que ocorre a quebra da ligao ES
No fcil determinar [ES]!
[ET] - concentrao total da enzimaA concentrao de enzima livre , assim, [ET]-[ES]
Deduo da Equao Michaelis-Menten.Passo 1Velocidade de formao de ES Velocidade de degradao de ES .Passo 2[ES] constante, ou seja, a velocidade de degradao e formao de ES so iguais.
.Passo 3
Deduo da Equao Michaelis-Menten
.Passo 4Obtemos Vo, substituindo [ES]
A velocidade mxima quando [ES]=[ET]! Equao de Michaelis-Menten
Anlise da Equao Michaelis-MentenA equao de Michaelis-Menten, que nos d a relao quantitativa entre a velocidade inicial V0, a velocidade mxima Vmx e a quantidade inicial de substrato [S], todas relacionadas pela constante de Michaelis Km Km unidades de concentrao No caso de V0 ser exactamente metade de Vmax:
Km corresponde concentrao de substrato para a qual V0 metade da velocidade mxima
Anlise da Equao Michaelis-MentenA equao de Michaelis-Menten muito til para determinar os valores de Km e Vmx das reaces.
Os enzimas que exibem uma dependncia hiperblica de V0 em funo de [S] diz-se que seguem a cintica de Michaelis-Menten.
Enzimas cujo mecanismo obedea s duas reaces anteriores podemos dizer que o valor de Km est relacionado com a afinidade do enzima para o substrato, e logo diferente de substrato para substrato e de enzima para enzima.
O Vmx a velocidade mxima que a reaco pode alcanar, na situao virtual em que todos os enzimas se encontram ligados ao substrato.
Equao de Lineweaver-Burk
Podemos transformar a equao de Michaelis-Menten, invertendo-a:
Esta forma da equao de Michaelis-Menten chama-se equao de Lineweaver-Burk
Equao de Lineweaver-BurkGrfico de 1/[V0] em funo de 1/[S]
Obtm-se uma funo linear!
.Esta recta tem um declive Km/Vmx .A interseco da recta no eixo 1/V0 corresponde ao valor 1/Vmx .A interseco com o eixo 1/[S] corresponde a -1/Km
Permite uma determinao de Vmx precisa!
Inibio enzimtica
Reversvel Competitiva Anti-Competitiva Mista
Irreversvel
Inibio Reversvel Competitiva
H competio pelo centro activo do enzima O inibidor estruturalmente semelhante aosubstracto
A inibio pode ser contrariada adicionandomais substracto ao meio
O Km aumenta e o Vmax no se altera
Inibio Reversvel Competitiva
Inibio Reversvel Competitiva
Inibio Reversvel Competitiva
Inibio Reversvel Anti-Competitiva
O inibidor liga-se a um local especfico doenzima (que no o centro activo)
O inibidor liga-se apenas ao complexo ES,formando o complexo ESI
O Km diminui e o Vmax diminui
Inibio Reversvel Anti-Competitiva
Inibio Reversvel Anti-Competitiva
Inibio Reversvel Anti-Competitiva
Inibio Reversvel Mista
O inibidor liga-se a um local especfico doenzima (que no o centro activo)
O inibidor liga-se tanto ao enzima livrecomo ao complexo ES
Vmax diminui Km pode aumentar, diminuir ou manter-se
Inibio Reversvel Mista
Inibio Reversvel Mista
Inibio Reversvel Mista
Inibio ReversvelVmax aparente Sem inibio Inibio competitiva Inibio AntiCompetitiva Inibio Mista Vmax Vmax Vmax/ Vmax/ Km aparente Km Km Km/ Km/
Quando = , a Inibio Mista tem o nome de Inibio No Competitiva
Inibio Irreversvel
O inibidor combina-se permanentemente aoenzima de uma das seguintes formas: Ligao covalente Destruio de um grupo funcional essencial ao funcionamento do enzima
Ligao no covalente particularmente estvel
Hexocinase A hexocinase fosforila a glucose para glucose-6-fosfato Reaco ocorre com consumo de ATP juntamente com um io Mg2+
O Km para a glucose 0.1mM, e a concentrao de glucose na clula 4mM A hexocinase regulada alostericamente pelo produto da sua prpria reaco
Hexocinase A hexocinase uma enzima do tipo indutivo
Hexocinase Fosforilao impede a sada de glucose da clula
Hexocinase Reaco catalisada pela hexocinase
Hexocinase No fgado tambm existe uma hexocinase, mas com menor afinidade para com a glucose Esta s est activa quando a concentrao de glucose no sangue muito elevada Quando a concentrao de glucose no sangue baixa, o fgado no compete com outros tecidos No fgado, a glucose convertida em glicognio
Hexocinase
A fosforilao A converso
da glucose reversvel!
da glucose-6-fosfato em glucose ocorre no fgado durante a gluconeognese.
Enzimas Reguladores
Enzimas que aumentam ou diminuem a suaactividade em reaco a determinados factores.
Fazem normalmente parte de sequnciasmetablicas. Permitem regular a actividade de toda a sequncia metablica e possibilitam clula ajustar-se s suas necessidades energticas e biomolculares.
Tipos de ModuladoresMecanismos que regulam a actividade enzimtica:Variao da concentrao de substratoVariao de pH e temperatura Inibio enzimtica
Modulao alostrica Modulao covalente
Modulao alostricaOcorre em enzimas que possuem um local de modulao alostricoHeterotropismo (o modulador diferente do substrato) Homotropismo (o modulador igual ao substrato)
Modulador alostrico
Positivo (activam o enzima)
Negativo (inibe o enzima)
A ligao entre o modulador e o enzima no-covalente e o local de modulao especifico para cada modulador, no caso dos enzimas heterotrpicos
Modulao alostricaInduz:Modificaes conformacionais na estrutura espacial do enzima Modifica a afinidade do enzima para com os seus substratos
Modulao alostrica
Um modelo muito comum de regulao alostrica a inibio por retroalimentao, onde o prprio produto da reaco actua como modulador da enzima que a catalisa.
Cintica
No seguem a cintica de Michaelis-Menten
Comportamento sigmide[S] para a qual V0=Vmx/2 no corresponde ao Km
O comportamento sigmide explicado pela interaco entre as subunidades das protenas, j que mudanas estruturais numa subunidade so transferidas para as adjacentes, atravs de interaces no covalentes entre elas.
CinticaEnzimas homotrpicas pequenas variaes na concentrao do modulador podem provocar grande variaes na actividade do enzima.
Enzimas heterotrpicas dificil generalizar a forma como se comportam . Apresentam uma grande variabilidade no comportamento.
Cintica
Modulao covalenteGrupos adicionados ou retirados do enzima atravs de modificaes covalentesFosforilao
AdenilaoUrinilao ADP-ribosilao
Metilao
FosforilaoLigao de um grupo Fosforil a determinados resduos de aminocidos catalisada por quinases um processo reversvel Fosfatase remove os grupos fosforil adicionados
FosforilaoO grupo fosforil:Influencia a polaridade dos aminocidos Permite o estabelecimento de pontes hidrogeninicas
Importantes para a estrutura e conformao da molcula
Adenilao adicionado um grupo Adenil tirosina
Uridilao adicionado um grupo uridil tirosina
ADP-Ribosilao acresentada uma ADP-Ribose, com incidncia nos resduos Arginina, Glutamina, Cistena e Histidina alterada (diftamida-a)
Metilao adicionado um grupo metil em resduos de glutamato
Zimognios
A regulao enzimtica pode passar ainda pela existncia de um precursor, sem capacidade cataltica, que, no caso das proteases, so chamados zimognios.
Zimognio
Clivagem proteoltica
Enzima activa