Bioquímica: Enzimas e Aminoácidos

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Estrutura básica de um alfa-aminoácido

Composto por um carbono quiral alfa ligado a um grupo amino, um grupo carboxila, um átomo de hidrogênio e uma cadeia lateral variável R.

Único aminoácido padrão que não possui carbono quiral

Glicina, pois seu carbono alfa está ligado a dois átomos de hidrogênio.

Configuração estereoquímica predominante dos aminoácidos em proteínas

Configuração L (L-aminoácidos).

Definição de zwitterion

Molécula dipolar eletricamente neutra, que possui simultaneamente cargas positivas (NH3+) e negativas (COO-) em pH fisiológico.

Ponto Isoelétrico (pI)

Valor de pH no qual a carga elétrica líquida da molécula de aminoácido ou proteína é igual a zero.

Aminoácidos apolares alifáticos

Glicina, Alanina, Prolina, Valina, Leucina, Isoleucina e Metionina.

Característica estrutural única da Prolina

Possui uma cadeia lateral cíclica que se liga covalentemente ao grupo amino, formando uma amina secundária (iminoácido) e conferindo rigidez à cadeia.

Aminoácidos aromáticos

Fenilalanina, Tirosina e Triptofano. Absorvem luz na faixa do ultravioleta (próximo a 280 nm).

Aminoácidos polares não carregados

Serina, Treonina, Cisteína, Asparagina e Glutamina; formam pontes de hidrogênio com a água.

Formação de ponte dissulfeto

Oxidação de dois resíduos de cisteína que unem seus grupos tiol (-SH) covalentemente, formando uma cistina.

Aminoácidos carregados positivamente (básicos) em pH 7

Lisina, Arginina e Histidina.

Importância da Histidina em sítios catalíticos

Possui pKa do anel imidazol próximo a 6,0, permitindo atuar como doador ou aceptor de prótons em pH fisiológico.

Aminoácidos carregados negativamente (ácidos) em pH 7

Aspartato e Glutamato, contendo grupos carboxila adicionais em suas cadeias laterais.

Aminoácidos essenciais em humanos

Fenilalanina, Valina, Treonina, Triptofano, Metionina, Leucina, Isoleucina, Lisina e Histidina.

Ligação peptídica

Ligação covalente do tipo amida formada por condensação entre a carboxila de um aminoácido e o grupo amino de outro, liberando H2O.

Caráter de dupla ligação parcial da ligação peptídica

A ressonância entre o oxigênio carbonílico e o nitrogênio amídico confere rigidez, planaridade e impede rotação livre.

Estrutura secundária: alfa-hélice

Estrutura helicoidal estabilizada por ligações de hidrogênio intracadeia entre o C=O de um resíduo n e o N-H do resíduo n+4.

Estrutura secundária: folha beta

Segmentos polipeptídicos estendidos e paralelos ou antiparalelos, unidos lateralmente por pontes de hidrogênio entre as cadeias principais.

Forças que estabilizam a estrutura terciária

Efeito hidrofóbico, pontes de hidrogênio, interações eletrostáticas (pontes salinas), forças de Van der Waals e pontes dissulfeto.

Papel das enzimas como catalisadores biológicos

Aumentam a velocidade de reações químicas diminuindo a energia de ativação, sem alterar o equilíbrio químico nem serem consumidas.

Energia de ativação (ΔG‡)

Barreira de energia mínima necessária para levar os reagentes ao estado de transição em uma reação química.

Estado de transição

Configuração molecular instável de maior energia durante o curso de uma reação, com ligações sendo formadas e rompidas.

Sítio ativo

Região tridimensional da enzima contendo resíduos específicos onde o substrato se liga e a catálise ocorre.

Modelo da chave-fechadura versus encaixe induzido

O encaixe induzido (Koshland) propõe que o sítio ativo sofre mudança conformacional ao ligar o substrato, complementando o estado de transição.

Apoenzima e Haloenzima

Apoenzima é a parte proteica inativa sem cofator; Haloenzima é a enzima cataliticamente ativa completa com seus cofatores associados.

Diferença entre Cofator e Coenzima

Cofator é geralmente um íon inorgânico (Fe2+, Mg2+, Zn2+); Coenzima é uma molécula orgânica complexa não proteica carreadora de grupos funcionais.

Grupo prostético

Coenzima ou íon metálico covalentemente ou muito fortemente ligado à enzima de forma permanente, como o grupo heme.

Classe 1 das enzimas: Oxidorredutases

Catalisam reações de transferência de elétrons ou hidrogênio (ex.: desidrogenases, oxidases).

Classe 2 das enzimas: Transferases

Catalisam a transferência de grupos funcionais específicos de uma molécula doadora para uma receptora (ex.: quinases, transaminases).

Classe 3 das enzimas: Hidrolases

Catalisam a clivagem de ligações covalentes com a introdução de uma molécula de água (ex.: peptidases, lipases).

Classe 4 das enzimas: Liases

Catalisam a quebra de ligações sem hidrólise ou oxidação, frequentemente gerando duplas ligações ou adicionando grupos a duplas ligações.

Classe 5 das enzimas: Isomerases

Catalisam rearranjos geométricos ou estruturais dentro de uma única molécula (ex.: fosfoglicomutase, racemases).

Classe 6 das enzimas: Ligases

Catalisam a formação de ligações covalentes acoplada à hidrólise de nucleotídeos trifosfato como o ATP (ex.: DNA ligase).

Significado de Vmáx na cinética enzimática

Velocidade teórica máxima atingida quando todos os sítios ativos da enzima estão totalmente saturados por substrato.

Constante de Michaelis-Menten (Km)

Concentração de substrato na qual a velocidade de reação é exatamente metade da velocidade máxima (Vmáx/2).

Relação entre Km e afinidade pelo substrato

Geralmente, um baixo valor de Km reflete uma alta afinidade da enzima pelo seu substrato, e vice-versa.

Número de renovação (Kcat)

Número de moléculas de substrato convertidas em produto por molécula de enzima por unidade de tempo sob condições de saturação.

Eficiência catalítica de uma enzima

Determinada pela razão Kcat/Km; reflete a capacidade de ligação e velocidade de conversão em baixas concentrações de substrato.

Gráfico de Lineweaver-Burk (Duplo-Recíproco)

Linearização de Michaelis-Menten (1/V versus 1/[S]); o intercepto no eixo y é 1/Vmáx e no eixo x é -1/Km.

Inibição enzimática competitiva

O inibidor compete pelo sítio ativo com o substrato; aumenta o Km aparente mas não altera a Vmáx.

Inibição enzimática incompetitiva (incomum)

O inibidor se liga exclusivamente ao complexo enzima-substrato (ES); reduz tanto o Km aparente quanto a Vmáx na mesma proporção.

Inibição enzimática não-competitiva clássica

O inibidor se liga a sítio distinto em E ou ES com a mesma afinidade; reduz a Vmáx sem alterar o Km.

Inibidores irreversíveis (suicidas)

Moléculas que se ligam covalentemente ou inativam resíduos essenciais do sítio ativo, destruindo a atividade enzimática de modo definitivo.

Alosterismo enzimático

Regulação por moléculas que se ligam a sítios alostéricos (distintos do sítio ativo), induzindo mudanças conformacionais e curva sigmoide.

Cooperatividade homotrópica positiva

A ligação de uma molécula de substrato a uma subunidade aumenta a afinidade das outras subunidades pelo substrato subsequente.

Regulação por modificação covalente reversível

Alteração da atividade catalítica por adição/remoção de grupos químicos, mais comumente fosforilação por quinases e fosfatases.

Zimogênios ou pró-enzimas

Precursores enzimáticos inativos que requerem clivagem proteolítica específica irreversível para se tornarem cataliticamente ativos.

Catálise ácido-base geral

Mecanismo em que resíduos de aminoácidos do sítio ativo doam ou removem prótons para estabilizar intermediários e acelerar a reação.

Catálise covalente

Mecanismo no qual a enzima forma transitoriamente uma ligação covalente entre um resíduo nucleofílico do sítio catalítico e o substrato.

Tríade catalítica da Quimiotripsina

Composta por Serina 195 (nucleófilo), Histidina 57 (base geral) e Aspartato 102 (estabilizador de carga).

Isoenzimas (Isómeros enzimáticos)

Formas estruturalmente distintas de uma enzima que catalisam a mesma reação química, mas diferem em sequência, Km ou regulação tecidual.

Efeito do pH na atividade enzimática

Altera os estados de ionização de resíduos críticos do sítio ativo e da estrutura terciária, gerando um perfil com pH ótimo.