Enzimas

Enzimas são proteínas que atuam controlando a velocidade e regulando as reações que ocorrem no organismo. Elas catalizam reações químicas específicas atuando sobre substratos específicos e em locais específicos desses substratos.

A ação das enzimas pode ser influenciada por alguns fatores, como a temperatura elevada. A seguir falaremos um pouco mais sobre elas, sua importância, seu mecanismo de ação, e sua nomenclatura e classificação.

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O que são enzimas?

As enzimas são proteínas globulares especializadas que atuam controlando a velocidade e regulando as reações químicas do organismo. É importante destacar que algumas moléculas de RNA, conhecidas como ribozimas, atuam como enzimas. Estas ainda apresentam papel catalizador, ou seja, atuam aumentando a velocidade das reações químicas.

As enzimas são altamente específicas, sendo que cada uma delas atua sobre um substrato específico em uma reação. Atualmente são conhecidas mais de 2.000 enzimas, e cada uma atua em uma reação específica.

Nomenclatura das enzimas

A nomenclatura das enzimas ocorre de diversas maneiras. As três formas mais utilizadas são:

• Nome clássico ou recomendado: nomeia, geralmente, acrescentando a terminação -ase ao nome do substrato sobre o qual atua a enzima. Essa é a forma mais utilizada por quem trabalha com enzimas. Por exemplo, a enzima amilase atua na reação de hidrólise do amido em moléculas de glicose, e a urease cataliza a reação de hidrólise da ureia em amônia e CO_2.
• Nome usual: utiliza nomes consagrados pelo uso, como tripsina e pepsina.
• Nome sistemático: forma mais complexa e instituída pela União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (IUBMB), apresenta mais informações que as demais em relação à funcionalidade da enzima. O nome sistemático apresenta, geralmente, três partes: o nome do substrato, o tipo de reação catalizada e o sufixo -ase. Por exemplo, a reação de conversão da glicose-6-fosfato à frutose-6-fosfato é catalizada pela enzima denominada glicose fosfato isomerase. Além do nome sistemático, a enzima recebe também um número, que deverá ser utilizado para uma precisa identificação. Essa numeração segue o modelo: EC XXXX. A sigla EC representa a Comissão de Enzimas (Enzyme Comission) da  União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular, e a sequência de quatro números é referente à sua classificação.

Classificação das enzimas

As enzimas podem ser classificadas, segundo a União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular e de acordo com o tipo de reação que catalizam, da seguinte maneira:

Classe 1. Óxido-redutases: reações de óxido-redução ou transferências de elétrons (íons hidreto ou átomos de H). Exemplos: desidrogenases e peroxidases.

Classe 2. Transferases: reações de transferências de grupos funcionais entre as moléculas. Exemplos: aminotransferases e quinases.

Classe 3. Hidrolases: reações de hidrólise, em que ocorre a quebra de uma molécula em moléculas menores com a participação da água. Exemplos: amilase, pepsina e tripsina.

Classe 4. Liases: reações em que pode ocorrer a adição de grupos a duplas ligações ou a remoção de grupos deixando dupla ligação. Exemplo: fumarase.

Classe 5. Isomerase: reações em que ocorrem a formação de isômeros. Exemplo: epimerase.

Classe 6. Ligase: reações de síntese em que ocorre a união de moléculas com gasto de energia, geralmente, proveniente do ATP. Exemplo: sintetases.

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Mecanismo de ação das enzimas

A energia necessária para que uma reação inicie é chamada de energia de ativação. As enzimas atuam reduzindo essa energia de ativação e fazendo com que a reação ocorra de forma mais rápida do que na ausência dela. Essa capacidade catalizadora das enzimas aumenta a velocidade das reações em cerca de 10¹⁴ vezes.

A ação das enzimas ocorre por sua associação temporária com as moléculas que estão reagindo, aproximando-as. Com isso, as enzimas podem enfraquecer também as ligações químicas existentes, facilitando a formação de novas ligações. Elas se ligam a moléculas específicas, denominadas de substratos, e em locais específicos, os sítios de ativação, formando um complexo transitório. Ao fim do processo, esse complexo decompõe-se, liberando os produtos e a enzima, que, geralmente, recupera sua forma, podendo usada novamente para catalisar reações.

As enzimas atuam em cadeia, sendo que diversas delas podem atuar em sequência, num determinado conjunto de reações, formando as chamadas vias metabólicas. Uma célula apresenta diversas vias metabólicas, cada uma responsável por uma função específica, por exemplo, a síntese de substâncias, como os aminoácidos.

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Sítios de ligação

Como dito, as enzimas ligam-se aos substratos nos denominados sítios de ligação. Elas apresentam resíduos de aminoácidos específicos arranjados de forma tridimensional, formando os sítios de ligação, locais em que os substratos ligam-se durante a reação.

Além desse arranjo tridimensional, as enzimas apresentam, nesses sítios, um arranjo adequado de regiões hidrofílicas (interagem com água) e hidrofóbicas (não interagem com água), carregadas (apresentam cargas elétricas) e neutras (não apresentam cargas elétricas).

O substrato deve apresentar uma configuração adequada, estrutural e química, de forma a alojar-se no sítio de ligação. Esse modelo de encaixe perfeito é conhecido como modelo chave-fechadura, devido à relação com o fato de que cada chave encaixa-se em uma fechadura específica. No entanto, é sabido que a aproximação e a ligação do substrato ao sítio de ligação induzem na enzima uma mudança conformacional, tornando-a ideal. Esse modelo é conhecido como modelo do ajuste induzido.

Fatores que regulam a atividade enzimática

As enzimas podem ter sua atividade influenciada por alguns fatores. Dentre esses  podemos destacar a temperatura, o pH e as enzimas reguladoras.

• Temperatura: Grande parte das enzimas aumenta suas taxas de reações na medida em que a temperatura em que elas atuam eleva-se em 10 ºC. Entretanto, essa taxa começa a decair a partir do momento em que a temperatura atinge os 40 ºC. A partir dessa temperatura, observa-se que as enzimas passam a sofrer desnaturação, um desdobramento de sua estrutura.
• pH: Alterações no pH do meio em que a enzima encontra-se leva a alterações em suas cargas. A manutenção da forma das enzimas deve-se à atração e repulsão entre as cargas dos aminoácidos que a constituem. Mudanças nessas cargas alteram a forma da enzima, afetam a ligação entre ela e substrato e, assim, a sua funcionalidade.
• Enzimas reguladoras: Estas atuam regulando a taxa das vias metabólicas. Muitas vezes, elas ocupam o primeiro lugar da sequência da via metabólica e aumentam ou diminuem a atividade mediante alguns sinais, como os níveis de substrato ou a demanda energética da célula.

Resumo sobre enzimas

• As enzimas são proteínas que atuam como catalisadores biológicos.
• Catalisadores são substâncias que atuam diminuindo a energia de ativação das reações, aumentando a velocidade em que essas ocorrem e não sendo consumidas no processo.
• As enzimas apresentam alta especificidade, atuam apenas sobre substratos específicos.
• As enzimas atuam diminuindo a energia de ativação das reações nas células.
• A temperatura, o pH e as enzimas reguladoras são fatores que influenciam na atividade enzimática.