MECANISMO DA AÇÃO ENZIMÁTICA

Enzima como catalisador

O princípio de catalisador é diminuir a energia de ativação.

Enzima + uma molécula de substrato (região específica: sítio de ligação).

Em 1894 Emil Fischer propôs o modelo chave: 

Tanto a enzima quanto o substrato sofrem conformação para o encaixe. A enzima não aceita simplesmente o substrato, o substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição, denominado encaixe por indução, proposto por Koshland (1958).

A enzima também encontra o lado específico da cadeia posicionando no lugar exato da ligação no processo catalítico, muitas vezes o lado da cadeia pode ser básico ou ácido promovendo a adição ou remoção de prótons. Em outras circunstâncias a enzima se agrupa a um íon metálico na posição correta para a ocorrência da catálise.

Ao completar a reação catalítica a enzima libera o produto e retorna a forma original. O processo ocorre em duas etapas:

(1)        S + E > ou <    ES*      (etapa reversível)

(2)        ES        >       E + P     (etapa irreversível)

* complexo enzima-substrato

Inibição Enzimática

Muitos tipos de moléculas inibem as enzimas e podem agir de várias formas. A principal distinção é entre inibição reversível e inibição irreversível

A forma que envolve ligações não-covalentes é reversível, através da remoção do inibidor. Em alguns casos as ligações não-covalentes podem ser irreversíveis sob diferentes condições fisiológicas.

Já a inibição irreversível, a ligação molecular é covalente. São geralmente encontrados em reações que apresentam toxinas específicas.

Inibição Reversível

Existem vários modos que estão envolvidos com ligação não covalente, eles diferenciam quanto ao mecanismo pelo qual diminuem a atividade enzimática e como eles afetam na cinética da reação.

Inibição Reversível Competitiva

Uma molécula apresenta estrutura semelhante ao substrato da enzima que se liga para realizar a catálise, ela poderá aceitar esta molécula no seu local de ligação, mas não pode levar ao processo catalítico, pois ocupando o sítio ativo do substrato correto. Portanto o inibidor compete pelo mesmo local do substrato.

O efeito da reação modifica o Km, mas não altera a velocidade.

Inibidor Reversível não Competitivo

Ocorre quando um molécula ou íon pode se ligar em um segundo local na superfície enzimática (não no sítio ativo). Isto pode distorcer a enzima tornando o processo catalítico ineficiente.

O inibidor não competitivo pode ser uma molécula que não se assemelha com o substrato, mas apresenta uma grande afinidade com a enzima. É o mecanismo inverso do inibidor competitivo, porque inibe a ligação do complexo ES e não da enzima livre.

O efeito da reação modifica a velocidade e o Km permanece constante.

Inibição Irreversível

Algumas substâncias se ligam covalentemente às enzimas deixando-as inativas. Na maioria dos casos a substância reage com o grupo funcional no sítio ativo bloqueando o local do substrato, deixando a enzima catalíticamente inativa.

Inibidores irreversíveis podem ser extremamente seletivos pois são semelhantes ao substrato. São muito utilizados como resíduos, os quais apresentam grupos de átomos que se configuram semelhantemente ao estado de transição que se ligam ao substrato.

Cofatores

Para alguns tipos de processos biológicos, apenas a cadeia protéica não é suficiente, por isso a proteína requer uma molécula denominada cofator a qual pode ser uma pequena molécula orgânica, denominada coenzima ou um íon metálico.

Os cofatores  são geralmente estáveis em temperatura alta. A catálise ativa enzima-cofator é denominada holoenzima, quando o cofator é removido, se mantém a proteína, a qual é catabolicamente inativa e é denominada apoenzima.

Coenzimas

A molécula orgânica que se liga às enzimas para ativar uma reação, é denominada coenzima, cada tipo apresenta uma função química particular, algumas são agentes oxi-redutoras, outras transferidoras etc.

Exemplo:

Coenzima: dinucleotídeo nicotinamida de adenina (NAD+).

Muitas coenzimas são fortemente relacionadas com vitaminas. As vitaminas são moléculas orgânicas essenciais para o processo biológico em organismos superiores e não podem ser  sintetizados por eles mesmos. Portanto estas coenzimas são essenciais aos processos metabólicos vitais dos organismos superiores.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

DIXON, M.; WEBB, E.C. Enzymes. New York:Academic Press, 1979. 1116 p.

MATHEWS, C.K.; Van HOLDE, K. E. Biochemistry. The Benjamim Cummings Publ. Co., Inc., CA-USA. 1995. 1159p.

RAWN, J. D. Biochemistry. USA, NC: Neil Patterson Publ., 1989. 1105p.

WHITAKER, J. R. Principles of Enzimology for the Food Sciences. New York: Marcel Dekker Inc., 1972. 636p

LEHNINGER, A. L.; NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica. São Paulo: Sarvier, 1995. 839p.