Complexo enzima-substrato
As enzimas são proteínas especializadas na catálise de reações biológicas. Elas estão entre as biomoléculas mais notáveis devido a sua extraordinária especificidade e poder catalítico, que são muito superiores aos dos catalisadores produzidos pelo homem. Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas.
Como catalisadores celulares extremamente poderosos, as enzimas aceleram a velocidade de uma reação, sem no entanto participar dela como reagente ou produto.
As enzimas atuam ainda como reguladoras deste conjunto complexo de reações.
As enzimas são, portanto, consideradas as unidades funcionais do metabolismo celular.
O substrato, ou substratos, liga-se à enzima num sítio especial desta, chamado o sítio activo. A aproximação do substrato em relação ao sítio activo conduz a uma ligeira alteração da forma da molécula da enzima, a nível do sítio activo, por forma a que esta se adapte à molécula de substrato, enquanto este se orienta no sítio activo. Completada esta ligação do substrato ao sítio activo, temos formado o complexo enzima-substrato; dá-se a reacção e a libertação dos produtos, e a molécula da enzima retoma a sua forma inicial.
Esta teoria, a teoria do encaixe induzido, permite explicar a especificidade de grupo. A especificidade absoluta é explicada pela teoria da fechadura-chave, em que não há alterações significativas da forma da molécula da enzima durante o processo de formação do complexo enzima-substrato, pelo que uma enzima só pode ligar-se a um único substrato, ou conjunto específico de substratos se a reacção envolve mais de um substrato.
Além do substrato ou substratos, podem ligar-se à molécula da enzima outras moléculas, geralmente de natureza não proteica: os coenzimas, que transportam grupos químicos e iões que são removidos ou adicionados ao substrato; os cofactores, geralmente catiões divalentes como o Mg++; e ainda os efectores alostéricos.
COFACTORES ENZIMÁTICOS E COENZIMAS Cofactores são pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que podem ser necessárias para a função de uma enzima. Estes cofactores não estão ligados permanentemente à molécula da enzima mas, na ausência deles, a enzima é inativa.
A fração protéica de uma enzima, na ausência do seu cofactor, é chamada de apoenzima.
Enzima + Cofactor, chamamos de holoenzima.
Coenzimas são compostos orgânicos, quase sempre derivados de vitaminas, que atuam em conjunto com as enzimas. Podem atuar segundo 3 modelos:
- Ligando-se à enzima com afinidade semelhante à do substrato.
- Ligando-se covalentemente em local próximo ou no próprio sítio catalítico da apoenzima.
- Atuando de maneira intermediária aos dois extremos acima citados.
Alguns modelos procuram explicar a especificidade substrato/enzima: -
Modelo Chave/Fechadura que prevê um encaixe perfeito do substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura. No exemplo da figura abaixo, uma determinada região da proteína - o módulo SH2 - liga-se à tirosina fosfatada, que se adapta ao sítio ativo da enzima tal como uma chave faz a sua fechadura.
-
Modelo do Ajuste Induzido que prevê um sítio de ligação não totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato; a enzima se ajustaria à molécula do substrato na sua presença.
- Evidências experimentais sugerem um terceiro modelo que combina o ajuste induzido a uma "torção" da molécula do substrato, que o "activaria" e o prepararia para a sua transformação em produto.
Fermentação
Á
fermentação do ponto de vista bioquímico é um processo anaeróbio de transformação de uma substância em outra, produzida a partir de microorganismos, tais como bactérias e fungos, chamados nesses casos de fermentos. Exemplo de fermentação é o processo de transformação dos açúcares das plantas em álcool, tal como ocorre no processo de fabricação da cerveja, cujo álcool etilico é produzido a partir do consumo de açúcares presentes no malte, que é obtido através da cevada germinada.
Outro exemplo é o da massa do [bolo,pao..] onde os fermentos (leveduras) consomem amido.
Esses fungos começam a digerir o açúcar da massa do pão, liberando CO2 (gás carbônico), que aumenta o volume da massa.
De um modo geral o termo fermentação também é usado na biotecnologia para definir processos aeróbios.
Há dois tipos de fermentação:Fermentação Aeróbica: ocorre na presença de oxigênio do ar, como por exemplo em: Ácido cítrico, Penicilina.
Fermentação Anaeróbica: ocorre na ausência de oxigênio, como por exemplo em: Iogurte, Vinagre, Cerveja, Vinho.
Na
fermentação láctica, o ácido pirúvico oxida o NADH, formado durante a glicólise, originado ácido láctico (3C). O rendimento é também de 2 ATP, permanecendo a energia remanescente no ácido láctico.
Na
fermentação alcoólica, o ácido pirúvico (3C) é descarboxilado e, assim, liberta CO2 e origina uma molécula de etanol (2C). Essa redução deve-se à transferência de um H do NADH, formado durante a glicólise, que passa à sua forma oxidada (NAD+), podendo ser novamente reduzido. O rendimento energético final é de 2 ATP, formados durante a glicólise, ficando grande parte da energia da glicose armazenada no etanol.
Fermentação Acética consiste na oxidação parcial, aeróbica, do álcool etílico, com produção de ácido acético. Esse processo é utilizado na produção de vinagre comum e do ácido acético industrial. Desenvolve-se também na deterioração de bebidas de baixo teor alcoólico e na de certos alimentos. É realizada por bactérias denominadas acetobactérias, produzindo ácido acético e CO2.
Respiração Aeróbia
Etapas:
1- Glicólise: é o conjunto de reacções iniciais da degradação da glicose, semelhantes em todos os tipos de fermentação e na respiração aeróbia. Tem início com a activação da glicose, que recebe dois grupos fosfato, fornecidos pelo ATP, que se transforma em ADP;
2-Ciclo de Krebs:decorre na matriz da mitocôndria e consiste numa série de reacções complexas de descarboxilações e desidrogenações. Recebe o nome do bioquímico inglês que esclareceu o seu mecanismo em 1938.
Inicia-se com a combinação do grupo acetil com o ácido oxalacético, originando ácido cítrico. Este isomeriza-se transformando-se em ácido isocítrico. A sua desidrogenação origina ácido oxalsuccínico e os átomos de hidrogénio reduzem o NADP a NADPH2.
Uma descarboxilação liberta dióxido de carbono e forma ácido cetoglutárico. Este é novamente descarboxilado e desidrogenizado, originando ácido succínico e GTP (guanosina trifosfato, equivalente ao ATP) e reduzindo NAD a NADH2.
A desidrogenação transforma o ácido succínico em fumárico, com redução do FAD a FADH2. Este ácido reage com a água e forma ácido málico, que desidrogenizado recupera o ácido oxalacético, reduzindo NAD a NADH2.
Note-se que, por cada molécula de glicose decorrem 2 ciclos de Krebs pois formam-se 2 moléculas de ácido pirúvico no fim da glicólise;
3- Cadeia respiratória:decorre na membrana interna da mitocôndria e consiste na transferência de 12 átomos de hidrogénio, libertados durante a oxidação da glicose, para o oxigénio.
Esta transferência forma água e liberta energia. Em condições não celulares a libertação de energia seria explosiva mas este mecanismo gradual permite que esta seja utilizada. Cada conjunto completo de moléculas receptoras intermédias de hidrogénio (por vezes apenas o seu electrão, ficando o protão em solução) designa-se, então, cadeia respiratória. Além das moléculas de NAD e FAD, já referidas anteriormente, são fundamentais nesta cadeia os citocromos.
De cada vez que um electrão é transferido há libertação de energia mas apenas se forma ATP quando a energia é superior a 10000 calorias. Por vezes, a energia é suficiente para formar mais que uma molécula de ATP mas apenas uma é sintetizada.
O oxigénio, aceptador final de electrões, fica carregado negativamente e combina-se com os protões em solução, originando água;
4- Oxidação do ácido pirúvico - decorre ainda no citoplasma e produz acetilcoenzima A. Inicia-se aqui a diferença entre a fermentação e a respiração aeróbia, pois o ácido pirúvico vai ser descarboxilado (liberta uma molécula de dióxido de carbono) e transforma-se em ácido acético.
Este é desidrogenado (liberta hidrogénio que reduz NAD a NADH2) e combina-se com a coenzima A, formando acetilcoenzima A. O grupo acetil da acetilcoenzima A será transferido para o interior da mitocôndria, onde decorrem as etapas seguintes do processo.
"Descobertas duas proteínas que destroem HIV"
Cientistas da Universidade Estadual de Ohio (EUA) descobriram um mecanismo celular contra o vírus da aids que pode abrir caminho para uma nova estratégia médica contra a doença.
Em artigo publicado hoje na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, os cientistas do Centro Integral contra o Câncer (CCC, na sigla em inglês) afirmam que duas proteínas que normalmente reparam o DNA também podem destruir o DNA do Vírus de Imunodeficiência Humana (HIV) quando este invade uma célula.
Segundo os pesquisadores, o DNA do HIV é essencial para a sobrevivência e reprodução do vírus que causa a aids.
Atualmente, os tratamentos contra a doença usam uma combinação de medicamentos que não eliminam o HIV do corpo, mas neutralizam sua capacidade de propagação e multiplicação.
"Nossa descoberta identifica um novo alvo potencial para um remédio", segundo Richard Fishel, professor de virologia molecular, imunologia e genética molecular, e diretor do estudo.
O cientista acrescenta que os resultados dos experimentos realizados com as proteínas confirmam que estas participam da destruição do DNA do HIV.
"Esse processo reduz o volume do DNA do HIV que pode atingir os cromossomos e protege com isso as células de uma infecção", acrescentou.
A próxima tarefa será determinar a forma com que as proteínas destroem o DNA do vírus, o que poderia ajudar na criação de medicamentos que ajudariam essas proteínas a destruírem uma maior quantidade de DNA, afirmam.
