Atividade enzimática: unidade, medição, regulação e fatores - Ciência - 2023

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

É influenciada pelas condições em que ocorre a reação enzimática, razão pela qual geralmente se refere à temperatura na qual é medida. Mas o que são enzimas? São catalisadores biológicos, capazes de acelerar a velocidade de uma reação sem sofrer uma mudança irreversível durante o processo catalisado.

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 de energia (energia de ativação); isso deve ser superado para atingir o estado de transição e, assim, a reação ocorre.

As moléculas do substrato que atingem o estado de transição sofrem mudanças estruturais, que as levam a dar origem às moléculas produto. Com base nas funções que desempenham, as enzimas são classificadas em seis grandes grupos: oxiredutases, transferases, hidrolases, liases, isomerases e ligases.

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

Sabe-se que tanto o abacaxi quanto o mamão facilitam o processo digestivo, pois, agindo pelas enzimas proteolíticas que contêm, auxiliam na digestão das 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 da enzima como a quantidade de enzima que converte 1 mol de substrato em produto por segundo. Esta unidade foi chamada de katal (kat).

1 mole = 10⁶ µmol e 1 minuto = 60 segundos.

Portanto, 1 katal é igual a 6010⁶ UI. Como o katal é uma unidade grande, costuma-se usar 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 particular dependerá do objetivo do ensaio enzimático; a aplicabilidade do método; acesso ao equipamento necessário para a realização do experimento; o custo de usar um método específico, etc.

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

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

-Método colorimétrico

Baseia-se na geração de um cromóforo por ação enzimática. A atividade da enzima pode ser monitorada de forma contínua ou descontínua.

Forma contínua

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

A reação enzimática é iniciada pela adição da amostra contendo a enzima, cuja atividade deve ser determinada. Simultaneamente, o cronômetro é iniciado e o valor da densidade óptica é anotado de tempos em tempos.

Como é conhecida a equivalência da densidade óptica com os moles de substrato ou produto da ação enzimática, dependendo da técnica utilizada, podem-se calcular os moles de substrato consumidos ou produzidos.

Além disso, uma vez que o tempo decorrido da reação enzimática foi medido, os moles consumidos ou produzidos por segundo podem ser obtidos. Assim, a atividade enzimática é estabelecida em unidades katais.

Forma descontínua

Na forma de lote para determinação da atividade enzimática, os tubos de ensaio com os componentes da reação, exceto a amostra contendo a enzima ou outro componente, são colocados em um banho a 37ºC. A reação é então iniciada com a adição do componente em falta.

O tempo indicado pela técnica é permitido ocorrer, e a reação é encerrada pela adição de um composto que interrompe a reação. A densidade óptica é lida nesse momento e, finalmente, procede da mesma forma que no modo contínuo para determinar a atividade enzimática.

-Método de leituras em luz ultravioleta

A coenzima nicotinamitinucleotídeo, por exemplo, tem duas formas: NADH (reduzido) e NAD⁺ (oxidado). Da mesma forma, a coenzima nicotinamitinucleotídeo fosfato tem duas formas NADPH e NADP⁺, reduzido e oxidado, respectivamente.

Tanto a forma reduzida quanto a forma oxidada da coenzima são lidas a 260 nm de luz ultravioleta; enquanto isso, apenas as formas reduzidas são lidas a 340 nm da luz ultravioleta.

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

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

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

Regulação da atividade enzimática

Controle no nível do substrato ou produto

Conforme a concentração do substrato aumenta, a atividade da enzima aumenta. Mas, em uma determinada concentração do substrato, o sítio ativo ou os sítios ativos da enzima ficam saturados, de modo que a atividade da enzima se torna constante.

Porém, o produto da ação enzimática também pode interagir com os sítios ativos da enzima, produzindo uma inibição da atividade enzimática.

O produto pode atuar como um inibidor competitivo; por exemplo, pode ser mencionada a enzima hexoquinase. Essa enzima produz a fosforilação da glicose dando origem à glicose-6-fosfato, composto que, quando acumulado, inibe a hexoquinase.

Controle de feedback

Pode acontecer que um grupo de enzimas (A, B, C, D, E e F) atuem sequencialmente 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 sequências 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 composta de várias subunidades, cada uma com seus respectivos sítios ativos. Mas essas subunidades não agem de forma independente, então 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 para o fenômeno do alosterismo. A hemoglobina é composta por quatro cadeias de proteínas, duas cadeias α e duas cadeias β, cada uma delas ligada a um grupo heme.

Dois fenômenos podem ocorrer entre as subunidades: homoalosterismo e heteroalosterismo.

Homoalosterismo

A ligação do substrato a uma das subunidades aumenta a afinidade das outras subunidades para o substrato, por sua vez 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 protéicas causará um aumento na avidez por oxigênio nas cadeias restantes.

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

Heterolosterismo

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

No caso da hemoglobina, a ligação ao grupo heme de H⁺, CO₂e o 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

-Concentração do substrato

À medida que a concentração do substrato aumenta, também aumenta a atividade da enzima. Isso se deve ao aumento do acesso das moléculas do substrato aos sítios ativos da enzima.

Mas, para uma dada concentração do substrato, todos os sítios ativos da enzima ficam saturados com ele, 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 ótimo, no qual a afinidade da enzima pelo substrato é mais alta. Neste pH, o valor máximo da atividade enzimática é alcançado.

O excesso de acidez ou basicidade do meio pode causar uma desnaturação da enzima, conseqüentemente reduzindo 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 ótimo de 8; e a papaína tem atividade constante entre uma faixa de pH entre 4 e 8.

-Temperatura da reação enzimática

A atividade da enzima aumenta com o aumento da temperatura. Em geral, a atividade enzimática dobra a cada 10 graus de aumento, até que a temperatura ideal para a atividade enzimática seja atingida.

No entanto, quando a temperatura ótima é excedida, a atividade da enzima tende a diminuir à medida que a temperatura da reação aumenta. Isso se deve ao fato de que as proteínas e, portanto, as enzimas, sofrem desnaturação devido ao aumento excessivo da temperatura.

-Concentração iônica da reação

Em geral, as enzimas têm atividade ótima em uma faixa de concentração compreendida entre 0 e 500 mmol / L. Porém, para concentrações mais altas, a atividade enzimática tende a diminuir.

Nessas circunstâncias, certas interações iônicas em enzimas, necessárias para sua atividade máxima, são bloqueadas.

Referências

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González Juan Manuel. (s.f.). Enzima cinética. Curso de biomoléculas. Recuperado de: ehu.eus