Actividade Enzimática

Metabolismo Celular

É o conjunto de reacções Químicas que ocorrem numa célula.

·         Catabolismo – moléculas complexas são convertidos em moléculas mais simples, com libertação de energia.

·         Anabolismo – Síntese de moléculas complexas a partir de moléculas simples, com gasto de energia.

As reacções de catabolismo e de anabolismo relacionam-se de tal modo que a energia libertada pelas primeiras é utilizada pelas segundas.

Energia de Activação

A ocorrência de uma reacção química implica a ruptura de ligações químicas nas moléculas dos reagentes e a formação de novas ligações químicas que dão origem aos produtos da reacção.

A energia que é necessário fornecer ao sistema para se iniciar uma reacção química é a energia de activação.

Catalisadores Biológicos

As reacções químicas que ocorrem nas células envolvem moléculas muito estáveis e cuja energia de activação é elevada.

Não pode ser o calor a fornecer a energia de activação uma vez que causaria a desnaturação das proteínas e a morte celular.

Enzimas

As enzimas são biocatalisadores que intervêm no metabolismo celular:

·         Diminuem a energia de activação e, consequentemente, aumentam a velocidade das reacções químicas.

·         Não são destruídas nas reacções químicas que catalisam nem alteram os seus equilíbrios químicos;

·         São moléculas proteicas, com conformação tridimensional. Algumas possuem elementos não proteicos.

·         São específicas.

·         A sua actividade é influenciada por factores ambientais, como a temperatura, o pH ou a presença de outras substâncias.

Vias Metabólicas

A sequência de enzimas que funcionam em cooperação num conjunto de reacções constitui uma cadeia enzimática.

O conjunto ordenado de reacções que ocorrem com intervenção de uma cadeia enzimática é uma Via Metabólica.

Estrutura das Enzimas

A molécula sobre a qual a enzima actua é o substrato.

As enzimas são proteínas com uma conformação tridimensional e possuem uma região através da qual se estabelece a ligação ao substrato – o centro activo.

O centro activo corresponde geralmente, a uma reentrância na molécula da enzima onde se localizam determinados aminoácidos.

A ligação do substrato ao centro activo da enzima forma o complexo enzima-substrato.

As ligações que se estabelecem no complexo enzima-substrato são fracas, mas suficientes para desencadear a conversão do substrato em produtos.

Os produtos deixam o centro activo e a enzima fica livre para catalisar a transformação de outro substrato.

Mecanismos de acção enzimática

Nas reacções químicas catalisadas por enzimas verifica-se ao longo do tempo:

·         A diminuição da concentração do substrato;

·         A diminuição, seguida de estabilização da concentração de enzima livre;

·         O aumento, seguido de estabilização da concentração do complexo enzima-substrato;

·         O aumento da concentração do produto.

Mecanismo de acção enzimática

Quando a velocidade de formação do complexo enzima-substrato iguala a velocidade de dissociação, as concentrações de enzima livre e de complexo enzima-substrato estabilizam.

Especificidade Enzimática

A complementaridade entre o substrato e o centro activo da enzima está na origem da especificidade da acção enzimática.

·         Especificidade Absoluta – a enzima actua apenas sobre um determinado substrato.

·         Especificidade Relativa – a enzima actua sobre um conjunto de substratos química e estruturalmente relacionados.

Modelo Chave-Fechadura

Proposto por Fisher (1890), considera o centro activo da enzima uma estrutura rígida e pré-complementar do substrato.

O substrato ajusta-se ao centro activo da enzima como uma chave se ajusta á sua fechadura.

Este modelo está em sintonia com a especificidade absoluta.

Modelo do encaixe induzido

Proposto por Koshland (1959) considera que o centro activo da enzima interage, de uma forma dinâmica, com o substrato, ajustando-se a ele quando se estabelece a ligação.

Este novo modelo permitiu explicar a especificidade relativa de algumas enzimas.

Cofactores

Certas enzimas estão associadas a elementos não proteicos essenciais á sua actividade – os cofactores.

Nestes casos, a região proteica da enzima designa-se apoenzima, e a associação entre apoenzimas e cofactores designa-se holoenzima.

Os cofactores podem ser:

·         Iões metálicos, como o Magnésio (Mg2+) ou o Ferro (Fe2+);

·         Moléculas orgânicas designadas coenzimas, como certas vitaminas do complexo B.

Inibição enzimática

As substancias capazes de provocar uma diminuição da actividade das enzimas designam-se inibidores enzimáticos.

Os inibidores podem apresentar diferentes mecanismos de actuação.

Inibição Irreversível

O inibidor combina-se permanentemente com a enzima, através de ligações covalentes, tornando-a inactiva ou provocando a sua destruição.

Muitos venenos são inibidores enzimáticos irreversíveis, como é o caso de DDT, do mercúrio, do cianeto, etc..

Inibição Irreversível

O inibidor combina-se temporariamente com a enzima, através de ligações fracas.

Quando se dissocia, a enzima permanece funcional e capaz de transformar o substrato.

A inibição reversível pode ser competitiva ou não competitiva.

Inibição Competitiva

O inibidor é uma molécula estruturalmente semelhante ao substrato, mas resistente á acção da enzima, e que compete com o substrato pelo centro da enzima.

O efeito da inibição dobre a velocidade da reacção depende da concentração relativa de substrato e de inibidor.

Inibição não competitiva (ou alostérica)

O inibidor é uma molécula estruturalmente diferente do substrato e liga-se à enzima num local (centro alostérico) que não corresponde ao centro activo.

Esta ligação do inibidor á enzima provoca a alteração da conformação do centro activo, de tal modo que impede a ligação do substrato.

A inibição não competitiva é utilizada na regulação das vias metabólicas.

Factores que influenciam a actividade enzimática

A actividade das enzimas é condicionada por diversos factores:

·         Temperatura;

·         pH;

·         Concentração do substrato;

·         Concentração da enzima;

·         Inibidores.

Temperatura

As enzimas são activas num determinado intervalo de temperatura.

Inicialmente, a actividade enzimática aumenta com a temperatura devido ao incremento de colisões entre o substrato e a enzima.

A actividade enzimática é máxima à temperatura óptima.

Acima da temperatura óptima, a actividade enzimática diminui rapidamente – a agitação térmica dos átomos destabiliza as ligações químicas e a conformação da molécula altera-se.

A elevadas temperaturas a enzima sofre desnaturação, com consequente perda permanente de actividade biológica.

Ao contrário das temperaturas elevadas, as baixas temperaturas causam a inactivação das enzimas, mas não as destroem.

A actividade é retomada em valores de temperatura mais elevados.

A maioria das enzimas humanas tem uma temperatura óptima de actuação de 37 C.

pH

As enzimas têm um pH óptimo de actuação, acima e abaixo da qual a sua actividade diminui e acaba por cessar.

O pH do meio influencia a conformação do centro activo da enzima e consequentemente, a sua interacção com o substrato.

Concentração do substrato

Ao aumento da concentração de substrato corresponde o aumento da actividade enzimática, desde que haja enzima disponível.

Estando os centros activos ocupados atinge-se o seu ponto de saturação pelo que a actividade enzimática estabiliza, uma vez que a taxa de formação de novas ligações ao substrato é igual á taxa de separação dos produtos.

Concentração da enzima

Aumenta a velocidade da reacção desde que haja substrato disponível.

Inibidores

A presença de inibidores diminui a actividade enzimática. Os efeitos dependem do tipo de inibição:

·         Inibição Irreversível – ao aumento da concentração de inibidor corresponde a diminuição da actividade enzimática, dado que os centros activos da enzima vão ficando progressivamente bloqueados.

·         Inibição Reversível Competitiva – o aumento da concentração de substrato permite aumentar a actividade enzimática, dado que cada vez mais centros activos passam a ser ocupados pelo substrato.

·         Inibição Reversível não Competitiva – A actividade enzimática diminui com o aumento da concentração do inibidor. O aumento da concentração do substrato não tem qualquer efeito.

Regulação das Vias Metabólicas

As vias metabólicas são, geralmente, reguladas por moléculas que se comportam como inibidores reversíveis não competitivos.

Estas moléculas ligam-se a um centro alostérico da primeira enzima da via metabólica e alteram a sua conformação. O resultado dessa alteração pode ser a inibição ou a activação da enzima.

Frequentemente, é o produto final de uma via metabólica, quando se acumula em excesso, que inibe a primeira enzima, por ligação ao centro alostérico.

Quando a concentração de produto final diminui, este liberta-se do centro alostérico e a enzima retoma a actividade, fazendo aumentar de novo a concentração do produto final.