Cinética Enzimática: Estudo do Mecanismo de Reação das Enzimas, Notas de estudo de Direito

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Diagrama mostrando a Anidrase carbónica II. A esfera cinza é um ion de zinco que funciona como cofator no sítio ativo.

CINÉTICA ENZIMÁTICA CINÉTICA ENZIMÁTICA

CINÉTICA ENZIMÁTICACINÉTICA ENZIMÁTICA

CINÉTICA ENZIMÁTICACINÉTICA ENZIMÁTICA

ENZIMAS ENZIMAS APLICAÇÃO:EFEITOSAPLICAÇÃO:EFEITOS FONTEFONTE

Pectinases Pectinases (hidrolase) (hidrolase) Frutas: clarificação dos sucos Frutas: clarificação dos sucos Vinhos: Clarificação, Filtração Vinhos: Clarificação, Filtração Fungos Fungos Fungos Fungos Lipases Lipases (hidrolase) (hidrolase) Lavagens, limpezas: remoção de manchas; Lavagens, limpezas: remoção de manchas; Queijos: flavorizantes Queijos: flavorizantes Pâncreas, Fungos Pâncreas, Fungos Fungos Fungos Glicose Oxidase Glicose Oxidase (oxido-redutase) (oxido-redutase) Alimentos: remoção de oxigênio Alimentos: remoção de oxigênio FungosFungos Catalase Catalase (oxido-redutase) (oxido-redutase) Remoção de H Remoção de H 22 OO 22 : alvejante, bactericida: alvejante, bactericida Fungos, FígadoFungos, Fígado Lipoxidade Lipoxidade (oxido-redutase) (oxido-redutase) Panificação: alvejante Panificação: alvejante Farinha de SojaFarinha de Soja Glicose-isomerase Glicose-isomerase (isomerase) (isomerase) Xarope de alto teor de frutose Xarope de alto teor de frutose Bactérias, FungosBactérias, Fungos

Enzimas são proteínas (seqüência de aminoácidos) com peso molecular muito grande, e com propriedades catalíticas. Na maioria das vezes são proteínas globulares. É mostrado na tabela 2 uma comparação entre as características das enzimas e dos catalisadores inorgânicos. Comparação entre as enzimas e os catalisadores inorgânicos. CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTICA ENZIMAS ENZIMAS CATALISADORESCATALISADORES QUÍMICOSQUÍMICOS 1 – Especificidade ao substrato 1 – Especificidade ao substrato AltaAlta (^) BaixaBaixa 2 – Natureza da estrutura 2 – Natureza da estrutura ComplexaComplexa SimplesSimples 3 – Sensibilidade à temperatura 3 – Sensibilidade à temperatura AltaAlta BaixaBaixa 4 – Condições de reação (T, P e pH) 4 – Condições de reação (T, P e pH) SuavesSuaves DrásticasDrásticas (geralmente)(geralmente) 5 – Custo de obtenção (isolamento e purificação) 5 – Custo de obtenção (isolamento e purificação) AltoAlto (^) ModeradoModerado 6 – Natureza do processo 6 – Natureza do processo Batelada/contíBatelada/contí nuonuo Batelada/contínuoBatelada/contínuo 7 – Consumo de energia 7 – Consumo de energia BaixoBaixo AltoAlto 8 – Formação de subprodutos 8 – Formação de subprodutos BaixaBaixa AltaAlta 9 – Reutilização do catalisador 9 – Reutilização do catalisador (^) Simples/caraSimples/cara SimplesSimples 10 – Atividade catalítica (temperatura ambiente) 10 – Atividade catalítica (temperatura ambiente) AltaAlta BaixaBaixa 11- Presença de cofatores 11- Presença de cofatores SimSim NãoNão 12 – Energia de ativação 12 – Energia de ativação (^) BaixaBaixa AltaAlta 13 – Velocidade de reação 13 – Velocidade de reação AltaAlta (^) BaixaBaixa

 NOMENCLATURANOMENCLATURA

 nome do substratonome do substrato

 ouou ++ sufixosufixo asease

 reação que catalisareação que catalisa

 protease (hidrolisa proteínas)protease (hidrolisa proteínas)

 álcool desidrogenase (catalisa aálcool desidrogenase (catalisa a

desidrogenação de um álcool) desidrogenação de um álcool)

 outras apresentam terminaçõesoutras apresentam terminações inaina

(tripsina, renina, bromelina etc) (tripsina, renina, bromelina etc)

CINÉTICA ENZIMÁTICACINÉTICA ENZIMÁTICA

A cinética enzimática é o estudo do mecanismo pelo qual

as enzimas se ligam aos substratos, transformando-os

em produtos.

São utilizados dados sobre a velocidade de reação de

enzimas através de ensaios enzimáticos.

Mecanismo de reação de uma enzima com substrato único.

A enzima (E) liga o substrato (S) e liberta o produto (P).

Cinética de Michaelis–Menten

 Curva de saturação para uma enzima mostrando a relação

entre a concentração do substrato e a velocidade de reação;

 As reações catalisadas por enzimas são saturáveis, e a sua

velocidade de catálise não indica uma resposta linear face ao

aumento de substrato.

 Se a velocidade inicial da reação é medida sobre uma

escala de concentrações de substrato [S]);

 a velocidade de reação (v ), aumenta com o acréscimo de

[S].

 A medida que [S] aumenta, a enzima satura-se e a

velocidade atinge o valor máximo V

max

CINÉTICA ENZIMÁTICACINÉTICA ENZIMÁTICA

A atividade de uma enzima é geralmente descrita através

de (V

max

) e também da constante de Michaelis-Menten

(K

M

), que representa a concentração do substrato

detectado a uma velocidade de reação igual a metade de

(1/2*V

max

Cada enzima possui um K

M

característico (k

cat

) para um

dado substrato;

este parâmetro é muitas vezes usado para demonstrar a

força de ligação de um substrato à enzima.

É também usada outra constante cinética, k

cat

, para

descrever o comportamento de uma enzima,

representando o número de moléculas de substrato que

podem ser catalisadas por centro ativo por segundo.

CINÉTICA ENZIMÁTICACINÉTICA ENZIMÁTICA

Enzima Enzima SubstratoSubstrato KK

mm

(mM)(mM)

Catalase Catalase HH

(^22)

OO

22

Hexoquinase Hexoquinase GlicoseGlicose

Frutose Frutose

Glutamato Glutamato

Desidrogenase Desidrogenase

Glutamato Glutamato

Alfa-cetoglutarato Alfa-cetoglutarato

Amônica Amônica

Aspartato Aspartato

aminotransferase aminotransferase

Aspartato Aspartato

Alfa-cetoglutarato Alfa-cetoglutarato

Oxalacetato Oxalacetato

Glutamato Glutamato

Com baixas concentrações de

substrato [S], a enzima permanece

em equilíbrio entre a forma livre E e o

complexo enzima-substrato ES;

Aumentando [S] aumenta [ES] à

custa de [E], mudando o equilíbrio

para o lado direito.

Uma vez que a velocidade de reação depende da concentração [ES], a velocidade é sensível a pequenas alterações de [S]; Altos valores de [S], a enzima fica totalmente saturada com substrato, e existe apenas na forma ES. Nestas condições, a velocidade (v≈k 2 [E]tot=Vmax) é insensível a pequenas alterações de [S]; assim, [E]tot é a concentração total enzimática

que é aproximadamente igual à concentração [ES] em condições de saturação.

A equação de Michaelis–Menten[7]

descreve como a velocidade de

reação v depende da posição do

equilíbrio ligado ao substrato e da

constante de velocidade k 2.

Michaelis e Menten mostraram que

se k 2 for bem menor que k -

(chamada a aproximação de

equilíbrio), pode obter-se a seguinte

equação:

A constante de Michaelis Km é definida como a concentração para a qual a

velocidade da reação enzimática é a metade de Vmax.

Isto pode verificar-se ao substituir Km = [S] na equação de Michaelis-

Menten.

Se o passo para determinação da velocidade for lento, quando comparado

com a dissociação do substrato (k2 << k-1), então a constante de Michaelis

Km é aproximadamente à constante de dissociação do complexo ES,

embora tal situação seja relativamente rara.

[E] é a concentração de enzima livre); . Em conjunto, a fórmula geral para a velocidade de reação v vem pela equação de Michaelis-Menten:

A constante de especificidade kcat / Km é uma medida da eficiência de

conversão pela enzima do substrato em produto.

Usando a definição da constante de Michaelis Km,

a equação pode ser escrita na forma:

O gráfico de velocidade face a [S] não é linear.

Embora a baixas concentrações de substrato se mantenha linear, vai

curvando à medida que aumenta a concentração de substrato.

Antes da chegada dos computadores, que permitem ajustar

regressões não lineares de forma simples, podia chegar a ser

realmente difícil estimar os valores de Km e Vmax nos gráficos não

lineares.

Então vários pesquisadores concentrassem os seus esforços em

desenvolver métodos de linearização da equação de Michaelis-

Menten, dando como resultado o gráfico de Lineweaver-Burke