Actividade enzimática

   Os processos fermentativos que estão na base da produção ou transformação de alimentos resultam do metabolismo dos microrganismos envolvidos nesses processos.

• Anabolismo: síntese de moléculas complexas a partir de moléculas simples, com gasto de energia;
• Catabolismo: moléculas complexas são convertidas em moléculas mais simples, com libertação de energia.

   As reações de anabolismo e catabolismo relacionam-se de tal modo que a energia libertada pelas últimas é utilizada nas primeiras.


Energia de ativação
   A ocorrência de uma reação química implica a ruptura de ligações químicas nas moléculas dos reagentes e a formação de novas ligações químicas que dão origem aos produtos da reação.
   A energia que é necessário fornecer ao sistema para se iniciar uma reação química é a energia de ativação.

Catalisadores biológicos 
   As reações químicas que ocorrem nas células envolvem moléculas muito estáveis e cuja energia de ativação é elevada.
   Não pode ser o calor a fornecer a energia de ativação, uma vez que causaria a desnaturação das proteínas e a morte celular. 

• Enzimas são biocatalisadores que intervêm no metabolismo celular:  

   - diminuem a energia de ativação e, consequentemente, aumentam a velocidade das reação quimicas;
   - não são destruídas nas reações químicas que catalisam nem alteram os seus equilíbrios químicos;
   - são moléculas proteicas,  com conformação tridimensional. Algumas possuem elementos não proteicos;
   - são especificas;
   - a sua actividade é influenciada por factores ambientais, como a temperatura, o pH ou a presença de  outras substâncias.

Vias metabolicas
   A sequência de enzimas que funcionam em cooperação num conjunto de reações constitui uma cadeia enzimática.
   O conjunto ordenado de reações que ocorrem com intervenção de uma cadeia enzimática é uma via metabólica. 

 Estrutura das enzimas
   A molécula sobre a qual a enzima atua 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 ativo.
   O centro ativo corresponde, geralmente, a uma reentrância na molécula da enzima onde se localizam determinados aminoácidos.

   A ligação do substrato ao centro ativo 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 ativo e a enzima fica livre para catalisar a transformação de outro substrato.

 Mecanismo da ação enzimática
   Nas reações quimicas catalisadas por enzimas verifica-se, ao longo do tempo:
   - a diminuição da concentração de substrato;
   - a diminuição, seguido de estabilização, da concentração da enzima livre;
   - o aumento, seguido de estabilização, da concentração do  complexo enzima-substrato;
   - o aumento da concentração do produto.
   

   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 ativo da enzima está na origem da especificidade de ação enzimática.
   - Especificidade absoluta:  a enzima atua apenas num determinado substrato;
   - Especificidade relativa: a enzima atua sobre um conjunto de substratos químicos e estruturalmente relacionados. 


Cofactores
   Certas enzimas estão associadas a elementos não proteicos essenciais à sua atividade - os cofactores.
   Nestes casos, a região proteica da enzima designa-se apoenzima e a associação entre a apoenzima e o cofactor designa-se holoenzima.

   Os cofactores podem ser:
   - iões metálicos, como o magnésio ou o ferro;
   - moléculas orgânicas designadas coenzimas, como certas vitaminas do complexo B. 


Inibição enzimática
   As substâncias capazes de provocar uma diminuição da atividade das enzimas designam-se inibidores enzimáticos.
   Os inibidores podem apresentar diferentes mecanismos de atuação.

• Inibição irreversível

    O inibidor combina-se permanentemente com a enzima, através de ligações covalentes, tornando-a inativa ou provocando a sua destruição. 
   Muitos venenos são inibidores enzimáticos irreversivies, como é o caso do DDT, do mercúrio, do cianeto, etc. 

• Inibição reversível  

   O inibidor combina-se temporariamente com a enzima, atarvés 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.

 

1. Inibição competitiva - o inibidor é uma molécula estruturalmente semelhante ao substrato, mas resistente à ação da enzima, e que compete com o substrato pelo centro ativo da enzima.

    O efeito da inibição sobre a velocidade da reação depende  da concentração relativa de substrato e de inibidor.

     2.  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 ativo.
   Esta ligação do inibidor à enzima provoca uma alteração da conformação do centro ativo, de tal modo que impede a ligação do substrato.
   A inibição não competitiva é utilizada na regulação das vias metabólicas.

 Factores que influenciam a atividade enzimática
    A atividade das enzimas é condicionada por diversos factores:
   - temperatura;
   - pH;
   - concentração do substrato;
   - concentração da enzima;
   - inibidores.

• Temperatura

   As enzimas são ativadas 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 ótima.
   Acima da temperatura ótima, a actividade enzimática diminui rapidamente - a agitação térmica dos átomos desestabiliza as ligações químicas e a conformação da molécula altera-se.

   A elevadas temperaturas a enzima sofre desnaturação,  com consequente perda permanente de atividade biológica.
   Ao contrário das temperaturas elevadas, as baixas temperaturas causam a inativação das enzimas, mas não as destroem.
   A atividade é retomada em valores de temperatura mais elevados.
   A maioria das enzimas humanas tem uma temperatura ótima de atuação de 37º.

• pH

   As enzimas têm um pH ótimo de atuação, acima e abaixo do qual a sua atividade diminui a acaba por ceder.
    O pH do meio influencia a conformação do centro ativo da enzima e, consequentemente, a sua interação com o substrato.

• Concentração do substrato

   Ao aumento da concentração de substrato corresponde o aumento da atividade enzimática, desde que haja enzima disponível.
   Estando todos os centros ativos ocupados atinge-se o seu ponto de saturação pelo que a atividade enzimática estabiliza, uma vez que a taxa de formação de novas ligações ao substrato é igual à taxa de separação dos produtos.

•  Concentração de enzima

   Aumentando a concentração da enzima, aumenta a velocidade da reação desde que haja substrato disponível.

• Inibidores

   A presença de inibidores diminui a atividade enzimática. Os efeitos dependem do tipo de inibição:
    - Inibição irreversivel: ao aumento da concentração de inibidor corresponde a diminuição da atividade enzimática, dado que os centros ativos da enzima vão ficando progressivamente bloqueados.
   - Inibição reversível competitiva: o aumento da concentração de substrato permite aumentar a atividade enzimática, dado que cada vez mais centros ativos passam a ser ocupados pelo substrato.
   - Inibição reversível não competitiva: a atividade 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 reversiveis não competitivos.
   Estas moléculas ligam-se a um centro alostérico da primeira enzima da via metabólica e alteram a sus conformação. O resultado dessa alteração pode ser a inibição ou a ativação da enzima.

   Frequentemente, é produto final de uma via metabólica, quando se acumula por 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 atividade, fazendo aumentar de novo a concentração do produto final.