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As enzimas são moléculas críticas de proteínas em sistemas vivos que, uma vez sintetizadas, geralmente não são transformadas em algum outro tipo de molécula, assim como as substâncias absorvidas como combustível para os processos digestivos e respiratórios (por exemplo, açúcares, gorduras, oxigênio molecular). Isso ocorre porque as enzimas são catalisadores, o que significa que eles podem participar de reações químicas sem serem alterados, um pouco como o moderador de um debate público que idealmente leva os participantes e o público a uma conclusão ditando os termos do argumento sem adicionar nenhuma informação única.
Mais de 2.000 enzimas foram identificadas e cada uma delas está envolvida com uma reação química específica. As enzimas são, portanto, específicas do substrato. Eles são agrupados em meia dúzia de classes com base nos tipos de reações em que participam.
Noções básicas de enzimas
As enzimas permitem que um grande número de reações ocorra no corpo sob condições de homeostaseou equilíbrio bioquímico geral. Por exemplo, muitas enzimas funcionam melhor em um nível de pH (acidez) próximo ao pH que o corpo normalmente mantém, que está na faixa de 7 (isto é, nem alcalino nem ácido). Outras enzimas funcionam melhor em pH baixo (alta acidez) devido às demandas de seu ambiente; por exemplo, o interior do estômago, onde algumas enzimas digestivas operam, é altamente ácido.
As enzimas participam de processos que vão da coagulação sanguínea à síntese de DNA e digestão. Alguns são encontrados apenas dentro das células e participam de processos envolvendo pequenas moléculas, como a glicólise; outros são secretados diretamente no intestino e atuam em grandes quantidades, como alimentos engolidos.
Como as enzimas são proteínas com massas moleculares razoavelmente altas, cada uma possui uma forma tridimensional distinta. Isso determina as moléculas específicas nas quais elas atuam. Além de ser dependente do pH, o formato da maioria das enzimas depende da temperatura, o que significa que elas funcionam melhor em uma faixa de temperatura bastante estreita.
Como as enzimas funcionam
A maioria das enzimas funciona diminuindo o energia de ativação de uma reação química. Às vezes, sua forma aproxima os reagentes fisicamente no estilo, talvez, de um treinador de equipe esportiva ou gerente de grupo de trabalho com a intenção de realizar uma tarefa mais rapidamente. Acredita-se que quando as enzimas se ligam a um reagente, sua forma muda de uma maneira que desestabiliza o reagente e o torna mais suscetível a quaisquer alterações químicas que a reação envolva.
As reações que podem prosseguir sem a entrada de energia são chamadas reações exotérmicas. Nessas reações, os produtos ou os produtos químicos formados durante a reação têm um nível de energia menor do que os produtos químicos que servem como ingredientes das reações. Dessa maneira, moléculas, como a água, "buscam" seu próprio nível (de energia); os átomos "preferem" estar em arranjos com menor energia total, assim como a água flui ladeira abaixo até o ponto físico mais baixo disponível. Juntando tudo isso, fica claro que as reações exotérmicas sempre ocorrem naturalmente.
No entanto, o fato de uma reação ocorrer mesmo sem entrada não diz nada sobre a taxa em que ocorrerá. Se uma substância absorvida no corpo se transforma naturalmente em duas substâncias derivadas que podem servir como fontes diretas de energia celular, isso faz pouco bem se a reação naturalmente leva horas ou dias para ser concluída. Além disso, mesmo quando a energia total dos produtos é maior que a dos reagentes, o caminho da energia não é um declive suave em um gráfico; em vez disso, os produtos devem atingir um nível de energia mais alto do que aquele com o qual começaram, para que possam "superar o obstáculo" e a reação prosseguir. Esse investimento inicial de energia nos reagentes que compensa na forma de produtos é o mencionado acima energia de ativaçãoou Euma.
Tipos de enzimas
O corpo humano inclui seis grandes grupos, ou classes, de enzimas.
Oxidoreductases aumentar a taxa de reações de oxidação e redução. Nessas reações, também chamadas de reações redox, um dos reagentes cede um par de elétrons que outro reagente ganha. Diz-se que o doador de pares de elétrons é oxidado e atua como um agente redutor, enquanto o receptor de pares de elétrons é reduzido é chamado de agente oxidante. Uma maneira mais direta de colocar isso é que, nesses tipos de reações, átomos de oxigênio, átomos de hidrogênio ou ambos são movidos. Exemplos incluem citocromo oxidase e lactato desidrogenase.
Transferases velocidade ao longo da transferência de grupos de átomos, como o metil (CH3), acetil (CH3CO) ou amino (NH2), de uma molécula para outra molécula. O acetato quinase e a alanina desaminase são exemplos de transferases.
Hidrolases acelerar reações de hidrólise. As reações de hidrólise usam água (H2O) para dividir uma ligação em uma molécula para criar dois produtos filhos, geralmente afixando o -OH (grupo hidroxila) da água em um dos produtos e um único -H (átomo de hidrogênio) no outro. Enquanto isso, uma nova molécula é formada a partir dos átomos deslocados pelos componentes -H e -OH. As enzimas digestivas lipase e sacarase são hidrolases.
Lyases aumentar a taxa de adição de um grupo molecular a uma ligação dupla ou a remoção de dois grupos de átomos próximos para criar uma ligação dupla. Eles agem como hidrolases, exceto que o componente removido não é deslocado pela água ou por partes de água. Esta classe de enzimas inclui oxalato descarboxilase e isocitrato liase.
Isomerases acelerar as reações de isomerização. São reações nas quais todos os átomos originais do reagente são retidos, mas são rearranjados para formar um isômero do reagente. (Isômeros são moléculas com a mesma fórmula química, mas com arranjos diferentes.) Exemplos incluem glicose-fosfato isomerase e alanina racemase.
Ligases (também chamadas sintetases) aumentam a taxa de união de duas moléculas. Eles geralmente conseguem isso usando energia derivada da quebra do adenosina trifosfato (ATP). Exemplos de ligases incluem acetil-CoA sintetase e DNA ligase.
Inibição enzimática
Além das mudanças de temperatura e pH, outros fatores podem resultar em uma atividade enzimática diminuída ou desligada. Em um processo chamado interação alostérica, o formato da enzima é temporariamente alterado quando uma molécula se liga a uma parte dela, longe de onde se junta ao reagente. Isso leva a uma perda de função. Às vezes, isso é útil quando o produto em si serve como inibidor alostérico, porque geralmente é um sinal de que a reação prosseguiu até o ponto em que o produto adicional não é mais necessário.
Na inibição competitiva, uma substância chamada composto regulador compete com o reagente pelo local de ligação. Isso é semelhante a tentar colocar várias chaves de trabalho no mesmo bloqueio ao mesmo tempo. Se um número suficiente desses compostos reguladores se juntar a uma quantidade suficientemente alta da enzima presente, ela diminui ou diminui o caminho da reação. Isso pode ser útil na farmacologia porque os microbiologistas podem projetar compostos que competem com os locais de ligação das enzimas bacterianas, dificultando muito a bactéria causar doenças ou sobreviver no corpo humano.
Na inibição não competitiva, uma molécula inibidora se liga à enzima em um local diferente do sítio ativo, semelhante ao que ocorre em uma interação alostérica. A inibição irreversível ocorre quando o inibidor se liga permanentemente ou degrada significativamente a enzima para que sua função não possa se recuperar. O gás nervoso e a penicilina fazem uso desse tipo de inibição, embora com intenções massivamente diferentes em mente.