Fundamentos da Enzimologia: Estrutura, Cinética e Regulação

Enzimas: Definição e Estrutura

Toda enzima é uma proteína (exceto ribozimas) e atua como uma proteína catalisadora. O pH ideal de atuação varia conforme a enzima.

Estrutura da Holoenzima

• Holoenzima: Enzima completa e ativa.
• Apoenzima: Componente proteico da enzima (inativo).
• Cofator: Componente não proteico (necessário para a atividade).

Grupamento Prostético

É um cofator ligado permanentemente à apoenzima. A holoenzima possui o grupamento prostético, enquanto a apoenzima não o possui.

Classificação Enzimática (EC)

As enzimas são classificadas de acordo com o tipo de reação que catalisam:

1. Oxidorredutases: Transferência de elétrons (oxidação e redução). Ex: Desidrogenases (transferência de elétrons ligados ao hidrogênio).
2. Transferases: Reações de transferência de grupamentos funcionais. Ex: Transaminases (transferência de grupos amina).
3. Hidrolases: Quebra de ligações covalentes pela adição de água (hidrólise).
4. Liases: Remoção de grupamentos formando dupla ligação ou adição a uma dupla ligação.
5. Isomerases: Rearranjo de grupos dentro de moléculas para produzir formas isoméricas.
6. Ligases: Ligação de dois substratos com consumo de ATP.

Mecanismo de Ação Enzimática

Energia Livre de Transição

O estado de transição envolve o alinhamento de grupos químicos, formação de cargas e rearranjo de ligações. A energia de ativação torna a reação mais lenta e pode ser diminuída pela ação do catalisador (enzima).

Centro Ativo

É uma fenda tridimensional que cria um microambiente especial, caracterizado por múltiplas interações fracas. O centro ativo define a especificidade da enzima (modelos: chave-fechadura e encaixe induzido).

O substrato entra e o produto sai. É crucial notar que a enzima não altera o equilíbrio da reação, apenas a velocidade.

Cinética Enzimática

A velocidade da reação é medida sob condições iniciais, onde a concentração molar do substrato é muito maior do que a da enzima.

• Estado Pré-Estacionário: Equilíbrio rápido, onde a enzima é misturada com um grande excesso de substrato.
• Estado Estacionário: A concentração do complexo Enzima-Substrato ([ES]) é estável.

Parâmetros Cinéticos

• KM (Constante de Michaelis): Medida inversa da afinidade da enzima pelo substrato. Um KM baixo corresponde a alta afinidade, e vice-versa.
• Vmax (Velocidade Máxima): É diretamente proporcional à concentração da enzima. A diminuição na concentração da enzima diminui a Vmax.

Nota: Para que uma reação seja termodinamicamente favorável, a variação de energia livre (ΔG) deve ser negativa.

Catálise Enzimática com Múltiplos Substratos

• Reações Sequenciais: Formação de complexo ternário (os substratos ligam-se em uma sequência aleatória ou em ordem específica).
• Reações de Duplo Deslocamento (Ping-Pong): O primeiro substrato é convertido a produto e dissocia-se antes que o segundo substrato se ligue, de forma que nenhum complexo ternário seja formado.

Inibidores Enzimáticos

• Competitivo: Compete com o substrato pelo sítio ativo da enzima. Impede a ligação do substrato.
  • Efeito: Eleva o KM; Não altera a Vmax.
• Não-Competitivo: Liga-se à enzima em um local distante do sítio ativo. Quando o inibidor se liga, a enzima é desativada.
  • Efeito: Diminui a Vmax; Mantém o KM.
• Incompetitivo: Liga-se apenas ao complexo Enzima-Substrato (ES).
• Irreversível: Liga-se de forma covalente ou destrói um grupo funcional da enzima. Inativa permanentemente a enzima, exigindo a síntese de uma nova enzima.

Regulação Enzimática

É a resposta da atividade enzimática a mudanças nas condições fisiológicas.

• Enzimas Alostéricas: A ligação de compostos reguladores reversíveis (efetores) resulta no aumento ou redução da atividade da enzima (alosterismo).
• Modificação Covalente Reversível: Reativação por outro passo enzimático (ex: fosforilação).
• Clivagem Proteolítica: Mudança na conformação que possibilita a exposição do sítio ativo (ativação irreversível).
• Inibição pelo Produto: O produto final da via metabólica inibe a primeira enzima da via.