Fiz um resumo do Lehninger, Princípios de Bioquímica, não só porque estou lendo DNA O segredo da vida, mas também porque estou estudando pro doutorado, enfim. Fiz esse resumo e gostaria de partilhar com vcs. Qualquer argumentação, comentário ou crítica é só deixar que responderei o mais breve possível.
"As enzimas promovem sequências de reações químicas com velocidade significante, ou seja, são biocatalizadores que aumentam muito a velocidade das reações químicas específicas e, tão importante quanto a própria reação em si, é que as enzimas não são consumidas nesses processo. Na verdade, a enzima oferece um ambiente específico para que a reação ocorra mais rapidamente, o chamado sítio ativo, onde o substrato, uma molécula, se liga. Essa superfície do sítio ativo é revestida por resíduos de aminoácidos com grupos substituintes que ligam o substrato e catalisam sua transformação química.
Para transformar o reagente no produto precisa-se passar por uma barreira de ativação, ou seja, uma barreira, como o nome diz, para que uma reação ocorra. Primeiro as ligações existentes devem ser quebradas para a formação de outras novas, isso cria o chamado estado de transição, que possui energia livre maior que a dos reagentes ou produtos. Para isso, o reagente precisa de energia de ativação, uma enzima catalisa essa reação, liberando energia e reduzindo a energia de ativação para a reação.
A velocidade de uma reação reflete essa energia de ativação, ou seja, uma alta energia de ativação corresponde a uma reação mais lenta. As velocidades de reação podem ser aumentadas pela elevação da temperatura, aumentando assim o nº de moléculas com energia suficiente para ultrapassar a barreira de energia, ou, de maneira mais "simples", adicionando um catalisador.
O que é catálise? É a aceleração das reações químicas por meio das enzimas. As enzimas catalisam as reações que degradam as moléculas, conservam e transformam a energia química, sintetizam macromoléculas. As interações das ligações fracas entre a enzima e seu substrato podem ser usadas para catalisar uma reação. Com exceção de algumas moléculas de RNA catalítico, todas as enzimas são proteínas e sua estrutura é essencial para a sua atividade catalítica, pois se for desnaturada ou dissociada em subunidades, ela perde sua atividade catalítica. Já algumas precisam de um componente químico adicional (um ou mais íons inorgânicos), chamado de co-fator, ou de uma molécula metalorgânica, a coenzima, sendo o conjunto com a enzima sendo chamado de grupo prostético. Se essa enzima é catalicamente ativa, temos uma holoenzima. Sua parte proteica é chamada de apoenzima ou apoproteína. Na verdade, essa molécula metalorgânica ligada à enzima, muitas vezes sendo derivada de uma vitamina, atua como transportador transitório de determinados grupos funcionais.
Geralmente cada enzima catalisa uma reação devido ao sítio de ligação da superfície da enzima com o reagente se específica, mas essas reações são organizadas funcionalmente de maneira que o produto de uma reação seja o reagente da próxima, em vias metabólicas. Algumas dessas vias degradam substâncias para conversão de energia livre (catabolismo), outras são vias para produção de substâncias complexas, que requer energia (anabolismo). Isso tudo engloba o metabolismo celular, que é regulado para alcançar o balanço e a economia. Além disso, as enzimas também organizam e controlam as reações de forma que a maior parte da energia liberada é recuperada em outras formas químicas e tornadas disponíveis à celula para outras tarefas.
Cada enzima é classificada de acordo com a reação que catalisa. Foram separadas em 6 classes, cada uma com subclasses, baseadas no tipo de reação catalisada:
1- oxidorredutases - catalisa a transferência de elétrons (íons hidretos ou átomos de H)
2- transferases - reações de transferência de grupos
3- hidrolases - reações de hidrólise (transferência de grupos funcionais da água)
4- liases - adição de grupos a ligações duplas, ou formação de duplas ligações pela remoção de grupos
5- isomerases - transferência de grupos dentro de moléculas para produzir formas isoméricas.
6- ligases - formação de ligações C-C, C-S, C-O e C-N pelas reações de condensação acopladas à clivagem do ATP.
Mas como a célula faz isso? Em todo esse metabolismo, a célula degrada e sintetiza as substâncias que necessita em quantidades exatas, exceto em casos excepcionais, onde ocorrem mutações genéticas ou por problemas ambientais que causam desordens celulares, mas por exemplo as enzimas principais de cada via metabólica são reguladas de forma que cada tipo de molécula precursora é produzida em quantidades exatas para o que a célula necessita. Quando o produto final já se encontra em quantidade ideal e começa a se acumular, por exemplo, esse aumento da concentração inibe a atividade a atividade catalítica da primeira enzima, diminuindo imediatamente a síntese do produto final. Tal processo é chamado de retroalimentação, que mantém o balanço nas concentrações de cada intermediário metabólico. Esses intermediários têm um tempo de vida finito mas podem ser substâncias químicas estáveis.
Os equilíbrios da reação estão ligados à variação da energia livre padrão para ela e as velocidades de reação são ligadas à energia de ativação. Um equilíbrio é descrito por uma constante de equilíbrio (K) e é diretamente relacionada à variação total de energia livre padrão para a reação.
Uma questão interessante que explica a diminuição da energia de ativação em reações específicas é que a interação da enzima com o substrato libera uma pequena quantidade de energia livre que estabiliza a interação, chamada de energia de ligação. Na maior parte das enzimas, essa energia de ligação é um dos vários contribuintes para a catálise em geral, mas de maneira diferente a catálise ácido-base, covalente e por íons metálicos envolvem uma interação covalente transitória com um substrato ou a um grupo de transferência para ou de um substrato.
Muitas dessas reações como por exemplo catálise ácido-base, envolvem a formação de intermediários carregados instáveis que tendem a se degradar rapidamente aos seus reagentes constituintes iniciais, o que impediria a reação. Fazendo a estabilização deles por meio de transferência de prótons forma algo que degrada mais fácil em produtos, pode ser apenas com os constituintes da água ou outros doadores ou receptores de prótons. Essa é uma das reações mais comuns.
Na catálise covalente, uma ligação covalente transitória é formada entre a enzima e o substrato e esses complexos sempre sofrem reação posterior para regenerar a enzima livre. Essa ligação covalente pode ativar um substrato para reação posterior de maneira que seja usualmente específica para o grupo particular ou a coenzima.
Na catálise por íons metálicos, como o nome já diz, os metais podem participar, quer estejam ligados à enzima, quer sejam retirados da solução junto com o substrato. Isso pode orientar o substrato para a reação ou estabilizar estados de transição carregados.
As enzimas aumentam a velocidades das reações químicas específicas mas existem diversos fatores que afetam isso e podem interferir de maneira significativa nessa velocidade. Como já falei um pouco quando toquei no assunto retroalimentação. É óbvio que um dos fatores que afetam a velocidade é a concentração do substrato. A velocidade inicial, quando a concentração do substrato é muito maior que a concentração da enzima, aumenta até alcançar a velocidade máxima, ou seja, quando a enzima estiver saturada com seu substrato, de forma que aumentos adicionais na concentração do substrato não tem efeito na velocidade porque não há mais enzima para se ligar. Quando a concentração do substrato onde a velocidade inicial é metade da velocidade máxima, temos o Km, ou seja, a constante de Michaelis, que é equivalente à concentração de substrato quando a velocidade inicial for metade da velocidade máxima, mas Km não pode ser considerada uma simples medida da afinidade do substrato, ela pode se tornar uma função muito complexa de muitas constantes de velocidade, que não pode ser aplicado a todas as enzimas, apesar dos parâmetros de velocidade máxima e Km poderem ser obtidos experimentalmente para qualquer enzima.
Uma coisa interessante a ser abordada é que as enzimas estão sujeitas à inibição por agentes moleculares que interferem na catálise, diminuindo ou parando as reações enzimáticas e isso pode ser reversível ou não. A inibição reversível é feita por um competidor que ocupa o sítio ativo da enzima e impede a ligação da mesma com seu substrato. Isso pode ser revertido aumentando-se a concentração do substrato. Um inibidor irreversível se liga de forma covalente com a enzima ou destrói um grupo funcional da mesma que é essencial para sua atividade, ou ainda pode formar uma associação não-covalente bastante estável.
Além da atividade enzimática depender da concentração do substrato, ela também é bastante dependente do pH pois elas possuem um valor ou um intervalo no qual elas trabalham melhor, em que possuem atividade máxima. As cadeias laterais dos aminoácidos no sítio ativo podem atuar como ácidos e bases fracos e com funções críticas que dependem da manutenção de um estado de ionização específico e, onde estiverem na proteína, as cadeias laterais ionizadas podem desempenhar um papel essencial nas interações que mantém a estrutura proteica.
Uma enzima não trabalha só, no metabolismo celular, grupos de enzimas trabalham juntas em vias sequenciais para realizar um processo metabólico específico e, nesse caso, o produto da reação de uma enzima acaba se tornando o substrato para a próxima. A primeira enzima é uma reguladora e sua atividade pode ser modulada de várias maneiras, sua atividade é complexa, e qual a vantagem disso? Justamente ter o controle das reações que são necessárias a cada momento dentro da célula, síntese e armazenamento de metabólitos, degradação de materiais, energia química usada economicamente de acordo com a necessidade, com regulação específica mantendo vivo o organismo que dela necessita.
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