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Enzimas em Reações Químicas e Vias Metabólicas: Síntese, Estrutura e Regulação

Definição e papel central

Enzimas são catalisadores biológicos (proteínas, exceto ribozimas) que aceleram reações químicas em 10⁶–10¹²×, sem serem consumidas. Cada célula expressa seu "enzymeoma" específico.

Síntese: do gene à enzima funcional

1. Transcrição: DNA → pre-mRNA (polimerase II) → mRNA maduro (splicing, cap, poly-A).
2. Tradução: mRNA + ribossomo + tRNA → cadeia polipeptídica (códon → aminoácido).
3. Dobramento (folding): chaperonas (Hsp70, GroEL/ES) → estrutura 3D nativa.
4. Modificações pós-traducionais: glicosilação, fosforilação, clivagem de pró-peptídeo (zigôgenos), ligação cofatores (metais, coenzimas).
5. Endereçamento: sinais de localização (núcleo, mitocôndria, lisossomo, secreção).

Estrutura e sítio ativo

• Estrutura terciária/quaternária cria bolsão (sítio ativo) com geometria e carga complementares ao substrato.
• Modelo "chave-fechadura" (Fischer) → "ajuste induzido" (Koshland): enzima muda conformação ao ligar substrato.
• Cofatores: íons metálicos (Zn²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺/³⁺) ou coenzimas (NAD⁺, FAD, CoA, TPP, PLP, biotina).

Cinética enzimática (Michaelis-Menten)

v₀ = (Vₘₐₓ × [S]) / (Kₘ + [S])

• Kₘ = [S] em v₀ = ½ Vₘₐₓ (afinidade aparente).
• kcat = Vₘₐₓ / [E]ₜ (número de turnover).
• Eficiência catalítica = kcat/Kₘ.

Regulação da atividade

Mecanismo	Exemplo
Inibição competitiva	Estatinas (HMG-CoA redutase), metotrexato (DHFR)
Inibição não-competitiva / alostérica	ATP inibe fosfofrutoquinase-1 (PFK-1); AMP ativa
Modificação covalente	Fosforilação (quinases/fosfatases): glicogênio sintetase (inativa), piruvato desidrogenase (inativa)
Proteólise (zigôgenos)	Tripsinogênio → tripsina; cascata coagulação
Expressão gênica	Indução CYP450 por fármacos; repressão insulina gluconeogênese

Vias metabólicas como redes enzimáticas

• Glicólise (10 enzimas), ciclo de Krebs (8), β-oxidação, gluconeogênese, síntese de colesterol, esteróides, neurotransmissores.
• Enzimas-chave regulatórias (rate-limiting): hexoquinase, PFK-1, piruvato quinase (glicólise); HMG-CoA redutase (colesterol); tirosina hidroxilase (catecolaminas).
• Canalização metabólica: complexos multienzimáticos (piruvato desidrogenase, sintase de ácido graxo) aumentam eficiência.

Farmacologia baseada em enzimas

~30% fármacos alvos são enzimas (ACE, PDE5, COX, HMG-CoA redutase, protease HIV, reverse transcriptase, cinases oncológicas).