Aula 2

Enzimas: conceitos básicos. Enzimologia e Tecnologia de Fermentação Marcus Aurélio Miranda de Araújo.

Enzimas: conceitos básicos.

“ a catálise biológica foi inicialmente reconhecida e descrita no início do século XIX, em estudos sobre a digestão da carne por secreções do estômago e a conversão do amido em açúcares simples pela saliva e por extratos vegetais.“

Enzimas: conceitos básicos. “A maioria das enzimas são proteínas com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas.” ex: tRNA. atividade catalítica

depende

Conformação Protéica nativa

• Função das enzimas – viabilizar a atividade celular

Enzimas: conceitos básicos. Algumas enzimas requerem outros componentes químicos chamados de Cofatores. „

Cofatores: „

Íons inorgânicos. Ex: Fe+2, Mg+2, Mn+2, Zn+2.

„

Moléculas orgânicas complexas – Coenzimas. Coenzimas funcionam como transportadores transitórios de grupos funcionais específicos.

Enzimas: conceitos básicos.

Enzimas: conceitos básicos.

Enzimas: conceitos básicos. „

„

„

Grupo prostético = coenzima que está covalentemente ligada à parte protéica da enzima. Holoenzima = enzima completa cataliticamente ativa unida a cofator. Apoenzima ou apoproteína = parte protéica

“Toda enzima é uma proteína, mas nem toda proteína é uma enzima.“

Enzimas: conceitos básicos. „

Característica das enzimas: „

Eficiência catalítica,

„

Alto grau de especificidade pelo substrato,

„

Aceleram reações químicas específicas,

„

Agem em condições suaves de pH e temperatura,

„

Catalisam reações das vias metabólicas.

Comparação das Enzimas com os Catalisadores Químicos. Características

Enzima

Catalisadores químicos

Especificidade ao substrato

Alta

Baixa

Natureza da estrutura

Complexa

Simples

Sensibilidade à T e pH

Alta

Baixa

Condições de reação (T, P e pH)

Suaves

Drásticas (geralmente)

Custo de obtenção (isolamento e purificação)

Alto

Moderado

Natureza do processo

Batelada

Contínuo

Consumo de energia

Baixo

Alto

Formação de subproduto

Baixa

Alta

Separação catalisador/ produto

Difícil e cara

Simples

Atividade catalítica

Alta

Baixa

Presença de cofator

Sim

Não

Estabilidade

Baixa

Alta

Energia de ativação

Baixa

Alta

Velocidade da reação

Alta

Baixa

Enzimas: conceitos básicos. „

Classificação das enzimas: São classificadas segundo as reações que elas catalisam.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Oxidorredutases Transferases Hidrolases Liases Isomerases Ligases

Enzimas: conceitos básicos.

Ex:

Enzimas: conceitos básicos.

„ „

“Uma enzima contorna diversos problemas, fornecendo um ambiente específico dentro do qual uma reação dada é energéticamente favorável.“ Sítio ativo = local onde ocorre catálise. Substrato = molécula que se liga ao sítio ativo.

Sítio ativo + substrato

Enzimas: conceitos básicos. „

A habilidade com que a enzima se liga ao substrato se denomina “atividade biológica” e depende: „

Estrutura da proteína;

„

Número de cadeias polipeptídicas;

„

Arranjo dessas cadeias na molécula;

„

Natureza do substrato;

„

Natureza do grupo prostético.

Enzimas: conceitos básicos. „

Reação enzimática simples:

As enzimas afetam a velocidade da reação mas não o equilíbrio químico.

Enzimas: conceitos básicos.

∆G negativo o equilíbrio favorece a formação de P. Equilíbrio favorável não significa que a conversão de S → P seja rápido.

Enzimas: conceitos básicos. „

Quais são as barreiras energéticas existentes entre S e P ? „ „ „

Alinhamento dos grupos químicos reagentes, Formação de cargas transientes instáveis, Rearranjo das ligações.

Barreira energética chamada de energia de ativação. ↑

Energia de ativação – velocidade lenta.

Intermediário da reação ≠ momento molecular Estado de transição

Enzimas: conceitos básicos.

Passo limitante da velocidade = maior energia de ativação.

Enzimas: conceitos básicos. „

Formas de aumentar a velocidade da reação: „

Aumento da temperatura;

„

Catalisadores (enzimas).

Enzimas: conceitos básicos. „

A velocidade e o equilíbrio das reações têm definições termodinamicamente precisas. •

Equilíbrio da reação está ligado ao ∆Go´

• Velocidade está ligado ao ∆G++

R = constante dos gases (8,315Kj/mol x K) T = temperatura absoluta (298 k)

Enzimas: conceitos básicos.

Enzimas: conceitos básicos. “A velocidade de qualquer reação é determinada pela concentração do reagente (ou reagentes) e por uma constante de velocidade (K).” 1. Reação de primeira ordem: S→P

V = K [S]

K = constante de Boltzaman H = constante de Planck

K = constante de proporcionalidade que reflete a probabilidade da reação ocorrer em um dado conjunto de condições (pH, temperatura, etc)

Enzimas: conceitos básicos. 2.

Reação de segunda ordem: V = K [S1] [S2]

Quais princípios explicariam a força catalítica e a especificidade das enzimas?

Enzimas: conceitos básicos. Energia de ligação!!!! Energia total derivada da interação enzima-substrato. Ela é a maior fonte de energia livre usada pelas enzimas para baixar a energia de ativação das reações e promover a especificidade por um determinado substrato. Como ela abaixa a energia de ativação? • Emil Fischer – 1894 – Modelo “chave e fechadura”. • Linus Pauling – 1946 – noção moderna de catálise.

Enzimas: conceitos básicos.

Enzimas: conceitos básicos.

Enzimas: conceitos básicos.