Cinética enzimática

Imagem gerada por computador de um modelo da estrutura tridimensional da enzima purina nucleósido fosforilasa bacteriana.

A cinética enzimática estuda a velocidade das reacções químicas que são catalisadas pelas enzimas, e em especial na sua taxa de reacção. O estudo da cinética de uma enzima permite elucidar os pormenores do seu mecanismo catalítico, o seu papel no metabolismo, como é controlada a sua actividade na célula e como pode ser inibida a sua actividade por drogas ou venenos, ou potenciada por outro tipo de moléculas.

Introdução

Enzimas

Ver artigo principal: Enzima

As enzimas são macromoléculas com a capacidade de manipular outras moléculas, denominadas substratos. Um substrato pode unir-se ao centro catalítico da enzima que o reconheça e transformar-se num produto ao longo de uma série de passos denominados mecanismo enzimático. Algumas enzimas podem unir vários substratos diferentes e/ou libertar diversos produtos, como é o caso das proteases ao romper uma proteína em dois polipéptidos. Noutros casos, produz-se a união simultânea de dois substratos, como no caso da DNA-polimerase, que é capaz de incorporar um nucleótido (substrato 1) a um fio de ADN (substrato 2). Embora todos estes mecanismos costumem seguir uma complexa serie de passos, também podem apresentar uma etapa limitadora que determina a velocidade final de toda a reacção. Esta etapa limitadora pode consistir numa reacção química ou numa mudança de forma da enzima ou do substrato.

O conhecimento adquirido acerca da estrutura das enzimas foi de grande ajuda na visualização e interpretação dos dados cinéticos. Por exemplo, a estrutura pode sugerir como permanecem unidos substrato e produto durante a catálise, que mudanças de forma ocorrem durante a reacção, ou mesmo o papel em particular de determinados aminoácidos no mecanismo catalítico. Algumas enzimas modificam a sua forma significativamente durante a reacção, em cujo caso pode ser crucial saber a estrutura molecular da enzima com e sem substrato unido (costumam usar-se análogos que se unem mas não permitem levar a cabo a reacção e mantêm a enzima permanentemente na forma de substrato unido).

Os mecanismos enzimáticos podem ser divididos em mecanismos de substrato único e mecanismos de múltiplos substratos. Os estudos cinéticos com enzimas que apenas unem um substrato, como a triosafosfato isomerasa, visam medir a afinidade com a que se une o substrato e a velocidade com que o transforma em produto. Por outro lado, ao estudar una enzima que une vários substratos, como a dihidrofolato reductasa, a cinética enzimática pode mostrar também a ordem por que se unem os substratos e a ordem pela qual os produtos são libertados.

Nem todas as catálises biológicas são efectuadas por enzimas proteicas. Existem moléculas catalíticas baseadas no ARN, como as ribozimas e os ribosomas, essenciais para o splicing alternativo e a tradução do ARNm, respectivamente. A principal diferença entre as ribozimas e os ribosomas radica no limitado número de reacções que as primeiras podem efectuar, embora os seus mecanismos de reacção e as suas cinéticas possam ser estudadas e classificadas pelos mesmos métodos.

Princípios gerais

A taxa de reacção cresce com o aumento da concentração do substrato, eventualmente ficando saturada com altas concentrações de substrato.

Cinética não-Michaeliana

Ver artigo principal: Regulação alostérica

Inibição enzimática

Ver artigo principal: Inibição enzimática

Mecanismos de catálise

Ver artigo principal: Catálise enzimática

Leituras adicionais

• Athel Cornish-Bowden, Fundamentals of Enzyme Kinetics. (3rd edition), Portland Press 2004, ISBN 1-85578-158-1.
• Irwin H. Segel, Enzyme Kinetics : Behavior and Analysis of Rapid Equilibrium and Steady-State Enzyme Systems. Wiley-Interscience; New Ed edition 1993, ISBN 0-471-30309-7.
• Alan Fersht, Structure and Mechanism in Protein Science : A Guide to Enzyme Catalysis and Protein Folding. W. H. Freeman, 1998. ISBN 0-7167-3268-8
• Santiago Schnell, Philip K. Maini, A century of enzyme kinetics: Reliability of the K_M and v_max estimates, Comments on Theoretical Biology 8, 169–187, 2004 DOI: 10.1080/08948550390206768
• Chris Walsh, Enzymatic Reaction Mechanisms. W. H. Freeman and Company. 1979. ISBN 0-7167-0070-0
• Nicholas Price, Lewis Stevens, Fundamentals of Enzymology, Oxford University Press, 1999. ISBN 0-19-850229-X
• Tim Bugg, An Introduction to Enzyme and Coenzyme Chemistry Blackwell Publishing, 2004 ISBN 1-4051-1452-5

Ligações externas

• Animação de um ensaio enzimático
• MACiE — Uma base de dados de mecanismos de reacção enzimática
• ENZYME — Base de dados de nomenclatura enzimática
• ExCatDB — Base de dados de mecanismos catalíticos enzimáticos
• BRENDA — Base de dados de enzimas, com substratos, inibidores e diagramas de reacção
• SABIO-RK — Base de dados de cinética reactiva
• Joseph Kraut's Research Group, University of California San Diego — Animação de vários mecanismos de reacção enzimática
• Symbolism and Terminology in Enzyme Kinetics — Conceitos e terminologia em cinética enzimática
• An introduction to enzyme kinetics — Tutoriais sobre cinética enzimática
• Enzyme kinetics animated tutorial — Tutorial animado, com som