Cinética Enzimática

Curva de Progresso de Reação

• O progresso da reação é determinado por variações na energia livre dos substratos (S), estado de transição e produtos (P).
• A energia livre pode ser calculada através da equação de energia livre de Gibbs: ΔG = ΔH – TΔS
  • ΔG: variação na energia livre
    • Valores mais baixos significam que a reação é mais provável de ocorrer.
    • Valores negativos significam que a reação ocorrerá espontaneamente.
  • ΔH: variação de entalpia
    • Associada a variações no calor de uma reação em que as reações exotérmicas têm alta entalpia e libertam calor
    • As reações endotérmicas têm baixa entalpia e requerem calor
  • T: temperatura atual do ambiente
  • ΔS: variação na entropia
    • A entropia é uma medida da desordem de um sistema, que depende do número de microestados possíveis.
    • Exemplo: sistemas com um número ↑ de microestados possíveis → ↑ entropia
• O estado de transição representa o ponto mais instável de interações entre a enzima e o(s) substrato(s) e é o ponto de maior energia da reação.
• As enzimas estabilizam o estado de transição e diminuem a energia de ativação (ΔG ⁰ ) da reação, tornando a reação significativamente mais fácil de acontecer.
• Uma vez atingido o estado de transição, a reação deve prosseguir para um estado de energia mais baixa. Tal é possível pela conversão dos substratos em produtos ou reversão à forma de substrato.

Dependência da Taxa de Reação na Temperatura

• Um aumento de dez graus centígrados na temperatura aumenta a atividade da maioria das enzimas em 50 a 100%, e variações tão pequenas quanto 1 ou 2 graus podem aumentar a atividade em 10 a 20%.
• Isto só pode ocorrer dentro de uma faixa limitada de temperaturas, uma vez que as enzimas têm uma temperatura ótima e desnaturam-se (degradam irreversivelmente) em temperaturas muito altas.
• Temperaturas corporais comuns:
  • 36–38 ^o C: Temperatura corporal ideal; permite que as enzimas funcionem adequadamente.
  • < 36 ^o C: A hipotermia causa uma desaceleração dramática da função enzimática.
  • > 38 ^o C: A febre pode permitir que as enzimas funcionem melhor inicialmente.
  • > 40 ^o C: A hipertermia faz com que as enzimas comecem a desnaturar e a perder função (exaustão pelo calor e insolação).

Dependência da Taxa de Reação no pH

• As enzimas funcionam a um pH ótimo. Aletarções no valor do pH causam variações nos grupos funcionais da enzima ou do seu substrato.
• Variações no pH levam a variações nas forças iónicas ou hidrofóbicas que afetam a estrutura espacial no centro ativo e melhoram ou deterioram a capacidade da enzima se ligar ao seu substrato.
• Variações de pH mais fortes, em qualquer direção, podem até desnaturar a enzima. A pepsina, por exemplo, funciona efetivamente num pH de cerca de 2, onde outras enzimas teriam sido desnaturadas há muito tempo.
• Enzimas em diferentes áreas do corpo atuam nos valores de pH mais comuns dessas áreas.
• Valores de pH comuns:
  • Corrente sanguínea: 7,35–7,45
  • Estômago: < 2 quando cheio; 2-6 em jejum
  • Duodeno: 5–7
  • Jejuno: 6-7
  • Íleo: 7-8

Dependência da Taxa de Reação na Concentração de Substrato

Condições de estado estacionário

Variações precoces nas concentrações de S, enzima (E), complexo enzima-substrato (ES) e P mudam drasticamente e são difíceis de medir. O estado estacionário ocorre quando as variações em E e ES são relativamente pequenas.

• E e S são altos no início da reação, enquanto ES e P são baixos.
• ES e P aumentam à medida que a reação prossegue, diminuindo E e S.
• À medida que S diminui, também diminui a formação de ES no final da reação. Neste ponto, torna-se provável uma reação inversa.

Taxa de reação inicial (V _o )

A velocidade inicial da reação é usada para evitar a medição da reação inversa, uma vez que tenha sido feito produto suficiente.

• Concentrações de substrato mais altas aumentam V ₀ até que a reação se aproxime de V _max .
• V ₀ = V _max [S] / K _M + [S]
• À medida que [S] aumenta, V ₀ aproxima-se de V _max .
• À medida que [S] desce, V ₀ aproxima-se de K _M .
• K _cat = a quantidade de produto produzida quando a reação atinge V _max . Isto permite a medição de resultados concretos de uma reação em vez de taxas.

Gráfico Michaelis-Menten

Traçar a taxa de reação inicial (V ₀ ) no eixo y contra a concentração de substrato no eixo x num gráfico resulta numa curva hiperbólica, que se aproxima da velocidade máxima V _max em altas concentrações de substrato devido à saturação da enzima com substrato.

Constante de Michaelis-Menten (K _M )

K _M é a concentração de substrato na qual é alcançada metade da velocidade máxima (½ V _max ) (K _M é medido no eixo x enquanto ½ V _max é medido no eixo y).

• Indica a afinidade de uma enzima para o seu substrato de maneira inversa e é característica do complexo enzima-substrato específico
• Se o valor de _KM for baixo, a enzima tem uma forte afinidade pelo substrato e menos é necessário para atingir ½ V _max .
• Se o valor de _KM for alto, a enzima tem menos afinidade pelo substrato e mais é necessário para atingir ½ V _max .
• Dependente da temperatura e do valor do pH, mas independente da concentração da enzima

Trama Lineweaver-Burke

É traçado 1/V ₀ no eixo y e 1 / [S] no eixo x, que resulta num gráfico linear dos mesmos dados usados na cinética de Michaelis-Menten.

• A inclinação da linha é igual a K _M / V _max .
• A intersecção y é igual a 1/V _max .
• A interceptação x é igual a -1 / K _M .