1) Enzimas são proteínas que atuam como catalisadores biológicos, acelerando reações químicas de forma específica. 2) A estrutura proteica das enzimas, incluindo grupos prostéticos e cofatores, é essencial para sua atividade catalítica. 3) A afinidade da enzima pelo substrato e a velocidade máxima da reação enzimática são descritas pela equação de Michaelis-Menten.

1. Enzimas
Enzimas são proteínas que agem como catalisadores biológicos. São
catalisadores poderosos e específicos que fazem as reações ocorrerem mais
rápido.
Exceto um pequeno grupo de moléculas de RNA catalíticas , todas as
enzimas são proteínas .A atividade catalítica depende da integridade das
suas conformações nativas . Se uma enzima for desnaturada ou dissociada
sua atividade catalítica é perdida.
As estruturas proteicas primaria,secundaria,terciaria e quaternária das
enzimas são essenciais para a atividade catalítica .
Algumas enzimas dependem de um componente químico adicional
denominado cofator, que pode ser um ou mais íons inorgânicos como
Fe,Mg,Mn ou Zn, ou uma molécula orgânica complexa chamada de
coenzima.
Uma coenzima ou um íon metálico que se ligue muito firmemente ,ou
mesmo , covalentemente a uma enzima é chamado de grupo prostético .
Grupo prostético : metal,cofator ou coenzima
Uma enzima completa cataliticamente ativa junto com a sua coenzima e/ou
íons metálicos é denominada Haloenzima.
Apoenzima ou apoproteína : é a parte proteica da enzima .
A enzima só com a parte proteica é inativa .
As reações não catalisadas tendem a ser lentas , a maioria das moléculas
biológicas é muito estável nas condições internas das células com pH
neutro ,temperaturas amenas e ambiente aquoso. As reações necessárias
para digerir alimentos ,enviar sinais nervosos ou contrair os músculos
simplesmente não ocorreriam em velocidades adequadas sem catálise .
Propriedade característica das reações catalisadas por enzimas : é que a
reação ocorre confinada em um bolsão da enzima denominado Sitio ativo (
região onde ocorre a atividade catalítica ).
A superfície do sitio ativo é delimitada por resíduos de aminoácidos com
grupos nas cadeias laterais que ligam o substrato e que catalisam sua

2. transformação química. O sitio ativo engloba o substrato , sequestrando o
da solução. O complexo enzima substrato é fundamental para a catalise
enzimática .Ele define o comportamento cinético das reações catalisadas
por enzimas e para a descrição dos mecanismos das enzimas.
Substrato : é a molécula que se liga no sitio ativo e sobre a qual a enzima
age.
Teoria da catálise
A + B ↔ C
No equilíbrio da reação, as velocidades das reações se igualam V1=V-1
As concentrações dos reagentes não se alteram mais, pode-se dizer que a
reação terminou .
Catalisador acelera as velocidades em ambos os lados das reações .
Aumentam a velocidade das reações por diminuírem as energias de
ativação .
O ponto de equilíbrio é atingido mais rápido e não se altera ,ou seja, as
concentrações de P e R no final da reação são as mesmas da reação não
catalisada .A termodinâmica da reação não se altera .
O catalisador não é consumido na reação.
Energia de ativação ou barreira energética: quantidade de energia que é
preciso fornecer aos reagentes para a reação ocorrer.
Estado de transição ou complexo ativado : forma molecular intermediaria
entre o reagente e o produto ,existe somente no alto da barreira energética.
É altamente instável. É o momento molecular transitório no qual eventos
como a quebra de ligação , a formação de ligação ou o desenvolvimento de
carga ocorrem com a mesma probabilidade de seguirem tanto para formar
novamente o subtrato como para formar o produto. É o curto período de
tempo em que o substrato esta no topo da curva de energia.
O ponto de partida tanto da reação direta quanto da reversa é denominado
Estado fundamental. A contribuição que uma molécula medica (S ou P) dá
para a energia livre do sistema.

3. Um catalisador diminuí a barreira energética criando percursos alternativos
da reação para formação do estado de transição .
O papel da enzima é acelerar a interconversão entre S e P. A enzima não é
gasta no processo e o ponto de equilíbrio não é afetado.
A energia de ativação é uma barreira energética para as reações químicas.
A velocidade na qual uma molécula sofre uma determinada reação diminui
á medida que a barreira da reação aumenta .Sem estas barreiras energéticas
as macromoléculas complexas poderiam reverter espontaneamente para
formas moleculares mais simples e as estruturas complexas e altamente
ordenadas poderiam não existir .Durante o curso da evolução ,as enzimas
desenvolveram-se para diminuir seletivamente as energias de ativação das
reações necessárias para a sobrevivência celular.
Equação geral de uma reação enzimática :
E + S ES P + E
ES representa o estado de transição ;
Que diferenças existem entre catalisadores inorgânicos, como íons
metálicos, e as enzimas ?
• enzimas são mais eficientes: podem acelerar reações até 1014 vezes
contra 102 – 103 vezes dos catalisadores inorgânicos;
• enzimas são específicas: catalisam reações envolvendo às vezes
apenas um único tipo de reagente;
• enzimas são estereo-específicas e não produzem sub-produtos
reacionais;
• enzimas operam em condições amenas de temperatura, pressão e
pH;
• enzimas podem ser altamente reguladas através de fatores
extrínsecos à reação, tanto por ativadores como por inibidores.
Porque a catalise por enzimas é mais eficiente ?
1) Aumento da concentração dos reagentes na superfície da
enzima: “atração” dos reagentes para interação com a enzima).

4. 2) Orientação correta dos reagentes (substratos): parte da energia de
ativação representa o posicionamento adequado dos reagentes para
que haja contacto entre os átomos corretos. O sitio ativo da enzima
favorece o posicionamento correto dos reagentes.
3) Aumento da reatividade dos reagentes: as cadeias laterais (R) dos
aminoácidos da enzima ou co-fatores e coenzimas podem interagir
diretamente com os substratos, dando-lhes carga elétrica ou
polarizando-os, tornando-os quimicamente mais reativos, ou ainda
cedendo ou transferindo certas funções químicas.
4) Indução de deformação física no substrato, por contacto com as
cadeias laterais (R) dos aminoácidos das enzimas, que desestabilizam
a molécula do substrato e facilitam o rompimento de laços
covalentes
Coenzimas participam do ciclo catalítico das enzimas recebendo ou
fornecendo grupos químicos para a reação;
Classificação das Enzimas:
1.Oxido- redutases (reação de oxido redução) : Tranferência de elétrons .
Se uma molécula se oxida a outra se reduz .
2.Transferases (transferência de grupos funcionais ) :Grupos aldeídos,
acila, glucosil , fosfatos (quinase)
3.Hidrolases (reações de hidrolise) : transformam polímeros em
monômeros. Atuam sobre: ligação éster ,glicosídicas ,peptídicas e C-N.
4.Isomerases (reações de isomerização )
5.ligases (formação de laços covalentes com gastos de ATP) : entre C e :
O,S,N,C
O modelo Chave-fechadura não explica as interações da enzima com seu
com inibidores e análogos de substratos .
Então descobriu-se o Modelo do encaixe induzido : no qual o contato com
a molécula do substrato induz mudanças conformacionais na enzima, que
otimizam as interações com os resíduos do sítio ativo. Esse é o modelo
aceito hoje em dia. O sitio Ativo da enzima é complementar ao substrato

5. em todos os estágios do subtrato , até a formação do produto o que é mais
favorável energeticamente .
Em geral a enzima também sofre uma mudança na sua conformação
quando o substrato se liga induzindo múltiplas interações fracas com o
substrato chamado de ajuste induzido .
Serino Proteinase : Tríade catalítica : Ser-His-Asp
A mesma energia de ligação que fornece energia para a catalise também da
as enzimas sua especificidade, isto é , a capacidade de discriminar entre
um subtrato e uma molécula competidora . Se o sitio ativo de uma enzima
tiver grupos funcionais organizados otimamente de modo a formar uma
grande variedade de interações fracas com um determinado substrato no
correspondente estado de transição a enzima não será capaz de interagir
com a mesma intensidade com nenhuma outra molécula .De uma maneira
geral ,a especificidade deriva da formação de muitas interações fracas
entre a enzima e a molécula do substrato especifico .
Fatores que afetam a atividade enzimática :
Condições do meio que afetam a atividade proteica : pH e temperatura
Tempo da reação; Concentração dos reagentes ( a enzima,o substrato e o
cofator )
Fatores que controlam a atividade enzimática :
1.Fatores que afetam a estabilidade proteica das enzimas : variações de pH
O pH ótimo de uma enzima reflete variações no estado de ionização de
resíduos de aminoácidos do sítio ativo. A enzima está pelo menos
parcialmente desnaturada em pHs afastados do pH ótimo. Quando o
substrato é uma molécula ionizável, o pH ótimo da enzima também reflete
o seu estado de ionização .
Depois do pH ótimo ela perde sua atividade enzimática , quando altera o
pH diminui a interação do substrato com a enzima. Ela sofre mudança
conformacional drástica.
Variações de temperatura ( temperatura ótima)
A enzima se desnatura em temperaturas acima da temperatura ótima .

6. Tempo da reação e concentração da enzima,substrato e cofatores
A [substrato] cai na mesma razão em que a [produto] aumenta em função
do tempo.
A enzima existe sob duas formas: enzima livre E e complexo enzima-
substrato ES. No início da reação, a [E] livre cai e a do complexo [ES]
aumenta e atinge um máximo, em que não há mais [E] livre no meio. Nessa
situação, diz-se que a enzima está saturada (só existe no complexo ES). A
velocidade da reação é a máxima.
A combinação de uma enzima com o substrato formando um complexo ES
é uma etapa necessária para a catalise enzimática .Esta ideia foi ampliada
por Michaelis e Menten formularam as bases da cinética enzimática, para
explicar como a concentração do substrato [S] afeta a velocidade da reação
v , eles postularam que a enzima primeiramente combina-se de modo
reversível com o subtrato ,formando um complexo enzima substrato em
uma etapa reversível e rápida : E + S ES
Então o complexo ES é rompido em uma segunda etapa que é mais lenta
,fornecendo enzima livre e o produto P : ES E + P
A velocidade inicial máxima de uma reação catalisada ocorre quando
quase toda a enzima estiver presente como complexo ES e [E] é
desprezível . O gráfico mostra um conjunto de reações que estão
acontecendo simultâneamente, conforme as equações abaixo:
- parte a: v aumenta proporcionalmente com aumentos de S.
- parte b: v aumenta não proporcional- mente com aumentos de S.

7. - parte c: v não aumenta mais, tendendo a um valor máximo (Vmax),
sendo independente da [S]
- Para se chegar à equação da hipérbole quadrada do gráfico V x S, o
gráfico de Michaelis Menten, considera-se que o conjunto de reações
está em equilíbrio, ou seja, a [ES] é constante e o sistema tem a sua
velocidade máxima, Vmax.
- Quando [ES] é constante, as velocidades de formação (Vf) e de
desdobramento (Vd) do complexo ES são iguais:
- Vf formação ES = Vd desdobramento ES
- Igualando-se Vf = Vd e resolvendo para V, chega-se à Equação de
Michaelis-Menten:
-
Km= constante de Michaelis –Menten é um parâmetro cinético que traz
informações sobre a afinidade que a enzima tem pelo substrato.
K-1+K2 /K1
K1: determina a afinidade
Gráfico dos duplos recíprocos : aplicou-se o inverso em ambos os lados da
equação de Michaelis e Menten e determinou-se uma equação linear (
equação da reta) proporcionando aos bioquimicos uma forma mais fácil e
exata de determinar a Vmax.

8. A atividade enzimática pode ser regulada por diferentes mecanismos, que
muitas vezes atuam em conjunto na mesma enzima.
Entre estes mecanismos, destacam-se:
1. Inibidores: irreversíveis: não protéicos e protéicos . Reversíveis:
competitivo, não competitivo ou misto, incompetitivo
2. Alosteria:ativadores e inibidores e cooperatividade
3. Modulação covalente : Ativação de zimogênios e Fosforilação e
defosforilação
Inibidores Irreversíveis : Ligam-se covalentemente com ou destroem um
grupo funcional da enzima que é essencial para a atividade da enzima ou
então forma uma associação não covalente estável .Os inibidores
irreversíveis constituem-se em outra ferramenta útil para estudar
mecanismos de reação .Algumas vezes e possível identificar aminoácidos
com funções chaves no sitio ativo determinando quais os resíduos que se
ligam covalentemente ao inibidor depois que a enzima é inativada .
Compostos orgânicos clorados ou fosforados são bons exemplos de
inibidores enzimáticos irreversíveis, pois reagem com o resíduo S1 de
serino-enzimas, formando um complexo irreversível. Uma das enzimas
altamente sensível a esses compostos é a acetilcolinesterase, responsável
pela metabolização do neurotransmissor acetilcolina em neurônios centrais
e periféricos. Este é o mecanismos de ação dos inseticidas
organofosforados, como o malathion e o parathion.
Inibidores Proteicos : de enzimas proteolíticas desempenham importantes
papéis fisiológicos. Entre esses estão as serpinas, inibidores de serino-
proteinases, e as cistatinas, inibidores de cisteíno-proteinases. Em ambos
os casos, os inibidores funcionam como “falsos substratos”, sendo
reconhecidos e clivados pelas enzimas, que ficam “aprisionadas” num
complexo com o inibidor.
A serpina e a enzima inicialmente formam um complexo não covalente
(EI), complexo de Michaelis. Em seguida, a clivagem da ligação peptídica
na alça reativa forma em um intermediário acil-enzima (EI*), que pode
resultar em transposição e inserção da alça da serpina na enzima,
bloqueando-a permanentemente, ou em certas circunstâncias, na liberação
da serpina clivada e da enzima livre.

9. Inibição Reversível
Inibição competitiva :Compete com o substrato pelo sitio ativo da enzima
, á medida que o inibidor ocupa o sitio ativo ele impede que o substrato se
ligue a enzima .Muitos inibidores competitivos tem a estrutura similar a
estrutura do subtrato e combinam-se com a enzima formando um complexo
EI,mas sem levar a catálise. Com aumento da [substrato], ocorre
diminuição da inibição caracterizando uma competição entre S e I.
Inibição não competitiva ou mista : inibidor não é análogo estutural do
substrato - não se liga ao sítio ativo , se liga a uma região distinta
• inibidor se liga à E e ao ES
• aumento da [substrato] não diminue a inibição - não há
competição
• Km aumenta e Vmax diminuí
Inibição Incompetitiva : inibidor é análodo do estado de transição e se
liga somente ao complexo ES
• Km aumenta e Vmax diminuí
Alosteria
Enzimas alostéricas : agem por meio de ligações reversíveis e não
covalentes com compostos regulatórios denominados moduladores
alostéricos ou efetores alostéricos que geralmente são metabólitos
pequenos ou cofatores .Enzimas alostéricas possuem uma região diferente
do sítio ativo ao se liga um efetor ou modulador alostérico. A mudança
conformacional decorrente da ligação do efetor alostérico se propaga pela
molécula e afeta o sítio ativo, ativando-o ou inibindo-o.
Modulação covalente : Fosforilação e defosforilação
Ao contrário da alosteria, em que os efetores ligam-se à enzima apenas por
ligações fracas, na modulação covalente a enzima é modificada
covalentemente por duas outras enzimas: uma quinase fosforila a enzima
às custas de ATP, e uma fosfatase remove o grupo fosfato da enzima
fosforilada. A modulação covalente é energéticamente cara, pois necessita
duas outras proteínas e ATP para regular a atividade de uma enzima. Ao
contrário, na alosteria a enzima é controlada pelas concentrações relativas

10. de seus efetores e a afinidade da enzima por estes.
A ligação de grupos fosforil a resíduos de aminoácidos específicos de
proteínas é catalisada por proteína cinases , e a remoção de grupos fosforil
é catalisadas por proteínas –fosfatases .
Ativação de Zimogênios
Ativação de zimogênios é um caso específico de modulação covalente
exclusivo de alguns tipos de enzimas proteolíticas.
• zimogênios: as proteases são sintetizadas numa forma inativa por
estar em uma conformação desfavorável, com bloqueio ou
desalinhamento dos resíduos do sítio catalítico.
• conformação desfavorável resulta de porções adicionais da cadeia
poli-peptídica, que devem ser retirados para que a proteína assuma a
forma ativa.
• podem acontecer duas situações, combinadas ou não:
- zimogênio tem uma extensão N-terminal (pro-segmento) que
precisa
ser retirada. Pro-segmentos podem ter de 2 a 150 resíduos a.a.
- zimogênio tem cadeia polipeptídica única, que precisa ser clivada
(proteólise limitada) para formar duas ou mais subunidades.
• conversão do zimogênio à protease ativa pode resultar da ação
proteolítica de outra protease, ou de alteração do pH ou temperatura
do meio, ou ainda, da adsorção do zimogênio à uma superfície
negativa. Esses eventos determinam mudança conformacional e/ou
auto-hidrólise pela própria protease. A ativação é irreversível, e por
isso, energeticamente cara para o organismo