Atividade enzimática: unidade, medição, regulação e fatores

A actividade enzimática é uma forma de expressar a quantidade de enzima presente em um determinado momento. Indica a quantidade de substrato transformado em produto, pela ação catalítica da enzima por unidade de tempo.

É influenciado pelas condições em que a reação enzimática ocorre, e é por isso que geralmente é referida à temperatura em que é medida. Mas o que são enzimas? São catalisadores biológicos, capazes de acelerar a velocidade de uma reação sem experimentar uma mudança irreversível durante o processo catalisado.

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Abacaxi ou abacaxi, fruta que contém a enzima bromelina e, portanto, exibe alta atividade enzimática.Fonte: H. Zell [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

As enzimas, em geral, são proteínas com exceção dos ribossomos, moléculas de RNA com atividade enzimática.

As enzimas aumentam a velocidade da reação reduzindo a barreira energética (energia de ativação); isso deve ser superado para alcançar o estado de transição e, assim, a reação ocorre.

As moléculas de substrato que atingem o estado de transição sofrem alterações estruturais, o que as leva a originar as moléculas do produto. Com base em suas funções, as enzimas são classificadas em seis grandes grupos: oxirredutases, transferases, hidrolases, liases, isomerases e ligases.

As enzimas bromelina e papaína, por exemplo, são enzimas proteolíticas (hidrolases) encontradas no abacaxi ou no abacaxi e no mamão ou leite, respectivamente.

Sabe-se que tanto o abacaxi quanto o mamão facilitam o processo digestivo, pois, ao atuarem as enzimas proteolíticas, eles ajudam a digerir proteínas, ou seja, carnes e grãos.

Unidade de atividade enzimática

A unidade de enzima (UI) é a quantidade de enzima que catalisa a transformação de 1 µmol de substrato em um minuto.

Posteriormente, o Sistema Internacional de Unidades (SI) definiu a unidade de atividade enzimática como a quantidade de enzima que converte 1 mole de substrato em produto por segundo. Esta unidade foi chamada de katal (kat).

1 mole = 10 6 µmoles e 1 minuto = 60 segundos.

Portanto, 1 katal é igual a 60 · 10 6 UI. Como o katal é uma unidade grande, geralmente são usadas unidades menores, como: o microkatal (µkat), 10 -6 katal e o nanokatal (πkat), 10 -9 katal.

Atividade específica

É o número de unidades de atividade enzimática dividido pelos miligramas de proteína na amostra em teste. A atividade específica está diretamente relacionada ao grau de purificação da enzima.

Como é medida a atividade enzimática?

Existem vários métodos para determinar a atividade de uma enzima. A escolha de um método específico dependerá do objetivo do ensaio enzimático; a aplicabilidade do método; acesso ao equipamento necessário para realizar o experimento; o custo de usar um método específico, etc.

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Existem métodos espectrofométricos, fluorométricos, quimioluminescentes, calorimétricos, radiométricos e cromatográficos.

Os métodos espectrofotométricos podem ser colorimétricos e leituras na região da luz ultravioleta (UV) da radiação eletromagnética.

-Método colorimétrico

É baseado na geração de um cromóforo por ação enzimática. A atividade enzimática pode ser seguida contínua ou descontinuamente.

Forma contínua

Na forma contínua, os reagentes são colocados em uma cubeta no espectrofotômetro no comprimento de onda desejado, o que corresponde àquele em que o cromóforo tem seu valor máximo de densidade óptica; e que, além disso, não há interferência com outra substância que possa ser gerada.

A reação enzimática é iniciada pelo vício da amostra que contém a enzima, cuja atividade deve ser determinada. Simultaneamente, o cronômetro é iniciado e, de tempos em tempos, o valor da densidade óptica é registrado.

Como é conhecida a equivalência da densidade óptica com as moles de substrato ou com o produto da ação enzimática, dependendo da técnica utilizada, as moles do substrato consumido ou as moles produzidas podem ser calculadas.

Além disso, como o tempo decorrido da reação enzimática foi medido, as moles consumidas ou produzidas por segundo podem ser obtidas. Assim, a atividade enzimática é estabelecida em unidades katal.

Forma descontínua

No modo descontínuo de determinação da atividade enzimática, os tubos de ensaio são colocados com os componentes da reação, com exceção da amostra que contém a enzima ou outro componente, em um banho a 37 ° C. A reação começa com a adição do componente ausente.

É permitido que o tempo indicado pela técnica ocorra, e a reação é encerrada pela adição de um composto que interrompe a reação. A densidade óptica é lida naquele momento e, finalmente, procede da mesma maneira que na maneira contínua para determinar a atividade enzimática.

-Método de leituras em luz ultravioleta

A nicotinamidadinucleotídeo da coenzima, por exemplo, tem duas formas: NADH (reduzido) e NAD + (oxidado). Da mesma forma, a coenzima nicotinamidadinucleotidofosfato possui duas formas NADPH e NADP + , reduzidas e oxidadas, respectivamente.

As formas de coenzima reduzida e oxidada são lidas a um comprimento de 260 nm de luz ultravioleta; enquanto apenas as formas reduzidas são lidas a 340 nm de luz ultravioleta.

Portanto, tanto nas reações de oxidação quanto de redução nas quais as coenzimas nomeadas intervêm, elas são lidas a 340 nm.

A determinação da atividade enzimática, em essência, é a mesma que a seguida na forma contínua do método colorimétrico; exceto que a densidade óptica é lida a 340 nm para observar a geração de NADH ou NADPH, ou para medir o consumo dessas coenzimas.

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Isso dependerá se a reação medida é oxidação ou redução. Por correspondência entre a densidade óptica e as moles de NADH e NADPH, conforme o caso, a atividade enzimática pode ser calculada dividindo-se as moles da coenzima pelo tempo decorrido em segundos.

Regulação da atividade enzimática

Controle no nível do substrato ou do produto

À medida que a concentração do substrato aumenta, a atividade enzimática aumenta. Mas, a uma certa concentração do substrato, o local ativo ou os locais ativos da enzima são saturados, de modo que a atividade enzimática se torna constante.

No entanto, o produto da ação enzimática também pode interagir com os locais ativos da enzima, produzindo uma inibição da atividade enzimática.

O produto pode atuar como um inibidor competitivo; por exemplo, a enzima hexoquinase pode ser mencionada. Essa enzima produz a fosforilação da glicose, causando glicose-6-fosfato, um composto que se acumula inibe a hexoquinase.

Controle de Feedback

Pode acontecer que um grupo de enzimas (A, B, C, D, E e F) atue seqüencialmente em uma via metabólica. A enzima B usa o produto da enzima A como substrato e assim por diante.

A célula, dependendo de seus requisitos metabólicos, pode ativar ou inibir as seqüências de atividades enzimáticas. Por exemplo, o acúmulo do produto da enzima F pode atuar inibindo a enzima A ou qualquer outra enzima na sequência.

Enzimas alostéricas

Uma enzima pode ser formada por várias subunidades, cada uma com seus respectivos locais ativos. Mas essas subunidades não agem de forma independente, portanto a atividade de uma das subunidades pode ativar ou inibir a ação das demais.

Embora a hemoglobina não seja considerada uma enzima, é um modelo magnífico do fenômeno do alosterismo. A hemoglobina consiste em quatro cadeias de proteínas, duas cadeias α e duas cadeias β, cada uma ligada a um grupo heme.

Entre as subunidades, dois fenômenos podem ocorrer: homoalosterismo e heteroalosterismo.

Homoalosterismo

A ligação do substrato a uma das subunidades aumenta a afinidade das outras subunidades para o substrato, aumentando a atividade enzimática de cada uma das subunidades restantes.

Da mesma forma, a inibição da atividade enzimática em uma das subunidades produz o mesmo efeito nas demais.

No caso da hemoglobina, a ligação do oxigênio a um grupo heme de uma das cadeias da proteína causará um aumento na avidez do oxigênio nas demais cadeias.

Da mesma forma, a liberação de oxigênio de um grupo heme causa a liberação de oxigênio dos demais grupos das cadeias de proteínas.

Heterolosterismo

A ligação de uma substância ativadora ou inibidora, além do substrato, a uma das subunidades causará uma ativação ou inibição da atividade enzimática nas outras subunidades.

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No caso da hemoglobina, a ligação ao grupo heme de H + , CO 2 e 2,3-difosfoglicerato a uma das subunidades diminui a afinidade do grupo heme pelo oxigênio, causando sua liberação. Essa liberação de oxigênio também é produzida nas outras cadeias de hemoglobina.

Fatores que influenciam a atividade enzimática

-Contratando o substrato

À medida que a concentração do substrato aumenta, a atividade enzimática também aumenta. Isto é devido ao maior acesso das moléculas de substrato aos locais ativos da enzima.

Mas, para uma dada concentração do substrato, todos os locais ativos da enzima são saturados com isso, fazendo com que a atividade enzimática não aumente, mesmo que a concentração do substrato seja aumentada.

-pH da reação enzimática

As enzimas têm um pH ideal no qual a afinidade da enzima pelo substrato é máxima. Nesse pH, é atingido o valor máximo da atividade enzimática.

O excesso de acidez ou basicidade do meio pode causar uma desnaturação da enzima, diminuindo assim sua atividade.

O perfil de pH da atividade enzimática é variado. Assim, por exemplo, a pepsina tem uma atividade máxima entre 1-2 unidades de pH; a tripsina tem um pH ideal de 8; e a papaína tem uma atividade constante entre uma faixa de pH entre 4 e 8.

Temperatura de reação enzimática

A atividade enzimática aumenta à medida que a temperatura aumenta. Em geral, a atividade enzimática dobra a cada 10 graus de aumento, até atingir a temperatura ideal da atividade enzimática.

No entanto, ao exceder a temperatura ideal, a atividade enzimática tende a diminuir à medida que a temperatura da reação aumenta. Isso ocorre porque as proteínas e, portanto, as enzimas sofrem desnaturação devido a um aumento excessivo da temperatura.

-Concentração de reação iônica

Em geral, as enzimas têm uma atividade ideal em uma faixa de concentração entre 0 e 500 mmol / L. No entanto, para concentrações mais altas, a atividade enzimática tende a diminuir.

Nessas circunstâncias, certas interações iônicas nas enzimas, necessárias para a atividade máxima, são bloqueadas.

Referências

  1. Segel, IH (1975). Cálculos bioquímicos (2 nd Edition). John Wiley & Sons, INC Empresas
  2. Lehninger, AL (1975). Bioquímica (2 nd Edition). Publicação Worth, inc.
  3. Mathews, CK, van Holde, KE e Ahern, KG (2002). Bioquímica (3 ra Edition). Pearson Addison Weshley.
  4. Wikipedia (2019). Ensaio enzimático Recuperado de: en.wikipedia.org
  5. González Juan Manuel. (sf). Cinética enzimática Curso de biomoléculas. Recuperado de: ehu.eus

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