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Atividade enzimática e aplicações biotecnológicas · Atividade enzimática

Inibição enzimática

Há medicamentos e venenos que atuam sobre uma única enzima e conseguem alterar o funcionamento de um organismo inteiro. O cianeto, por exemplo, é letal em doses minúsculas, e o ibuprofeno que tomas quando tens dores também é um inibidor enzimático. Como é que uma molécula consegue «travar» uma enzima? E porque é que, nalguns casos, basta juntar mais substrato para a reação recuperar? Vamos descobrir.

O que é um inibidor?

Uma enzima é um catalisador biológico: liga-se ao substrato no seu centro ativo e acelera a reação. Um inibidor é uma molécula que se liga à enzima e diminui a sua atividade, sem a destruir.

Isto distingue a inibição da desnaturação (por temperatura ou pH extremos): o inibidor atua sobre a enzima já formada e, em muitos casos, o efeito é reversível.

O efeito mede-se pela velocidade inicial da reação, isto é, a velocidade logo no início, quando a quantidade de substrato ainda é praticamente a de partida. Com inibidor, esta velocidade é menor do que sem inibidor, nas mesmas condições de temperatura, pH e concentração de enzima.

Para interpretar qualquer estudo experimental, identifica sempre as variáveis:

  • variável independente: a que o experimentador faz variar (concentração de substrato, presença do inibidor);

  • variável dependente: a que se mede (velocidade inicial);

  • variáveis controladas: as que se mantêm iguais (temperatura, pH, concentração de enzima, concentração do inibidor).

Inibição competitiva e não competitiva

Os dois tipos distinguem-se pelo local onde o inibidor se liga à enzima.

Esquemas da inibição competitiva, em que o inibidor ocupa o centro ativo, e da inibição não competitiva, em que o inibidor se liga a outro local da enzima Competitiva Não competitiva Enzima Inibidor no centro ativo Enzima Substrato no centro ativo Inibidor ligado noutro local
Inibição competitiva Inibição não competitiva
Onde se liga o inibidor No centro ativo Noutro local da enzima
Semelhança com o substrato Tem forma semelhante Não precisa de ter
Efeito Impede o substrato de entrar Altera a forma da enzima, que deixa de catalisar bem
Mais substrato resolve? Sim, em parte ou totalmente Não

Na inibição competitiva, substrato e inibidor competem pelo mesmo centro ativo. A ligação do inibidor é reversível, por isso o resultado depende da proporção entre as duas moléculas: se houver muito mais substrato do que inibidor, é mais provável que o substrato ocupe o centro ativo.

Na inibição não competitiva, o inibidor liga-se a outro local e deforma a enzima, de modo que o centro ativo deixa de funcionar bem, mesmo que haja substrato. O substrato não «disputa» nada com o inibidor, por isso aumentá-lo não resolve: há sempre uma fração das enzimas inativas.

Pratica★★☆Por começar
A atividade de uma enzima pode ser reduzida por moléculas chamadas inibidores. A figura representa, de forma simplificada, dois tipos de inibição enzimática: em cada…

A atividade de uma enzima pode ser reduzida por moléculas chamadas inibidores. A figura representa, de forma simplificada, dois tipos de inibição enzimática: em cada esquema estão representados uma enzima, o seu substrato e um inibidor.

esquema A esquema B enzima substrato inibidor inibidor enzima substrato
  1. a) Indica qual dos esquemas representa a inibição competitiva e qual representa a inibição não competitiva, justificando com o local onde o inibidor se liga à enzima.
  2. b) Explica em qual dos dois tipos de inibição o aumento da concentração de substrato pode fazer a velocidade da reação voltar a aproximar-se do valor registado sem inibidor.
  3. c) No envenenamento por metanol, uma das medidas de urgência consiste em administrar etanol ao doente: o etanol ocupa o centro ativo da enzima que, de outro modo, transformaria o metanol em compostos tóxicos. Indica que tipo de inibição está em causa neste tratamento e explica por que razão o etanol atua como antídoto.
Resolver

Ler dados: velocidade inicial e substrato

Sem inibidor, a velocidade inicial aumenta com a concentração de substrato e estabiliza num valor máximo (velocidade máxima), porque todas as enzimas já estão ocupadas (saturação).

Com inibidor, o comportamento da curva revela o tipo de inibição:

  • Competitiva: a velocidade é menor com pouco substrato, mas, com substrato em grande quantidade, a curva aproxima-se do mesmo máximo da curva sem inibidor.

  • Não competitiva: a velocidade é menor em todas as concentrações e a curva estabiliza num máximo inferior.

Gráfico da velocidade inicial em função da concentração de substrato: sem inibidor, com inibidor competitivo que atinge o mesmo máximo e com inibidor não competitivo que atinge um máximo inferior Concentração de substrato Velocidade inicial Sem inibidor Competitiva Não competitiva
Pratica★★☆Por começar
Mediu-se a velocidade inicial de uma reação enzimática para diferentes concentrações de substrato, sem inibidor e na presença de dois inibidores, X e Y, sempre na mesma…

Mediu-se a velocidade inicial de uma reação enzimática para diferentes concentrações de substrato, sem inibidor e na presença de dois inibidores, X e Y, sempre na mesma concentração. Os resultados estão na tabela (velocidades em unidades arbitrárias).

Concentração de substrato (mmol/L) Sem inibidor Com inibidor X Com inibidor Y
1 25 12 13
2 40 22 22
4 57 36 28
8 73 52 34
16 84 67 40
  1. a) Representa as três séries de dados num único gráfico no teu caderno: velocidade inicial em função da concentração de substrato.
  2. b) Indica, justificando com os dados, qual dos inibidores é competitivo e qual é não competitivo.
  3. c) Explica por que razão, com o inibidor competitivo, a velocidade continua a aumentar e a aproximar-se da velocidade máxima quando a concentração de substrato é muito elevada, enquanto com o outro inibidor a velocidade estabiliza num valor mais baixo.
  4. d) Prevê, justificando, o que aconteceria às velocidades medidas com o inibidor competitivo se a sua concentração fosse duplicada, mantendo-se as restantes condições.
Resolver

Inibidores no dia a dia

Muitos venenos e medicamentos são inibidores enzimáticos:

  • Cianeto: liga-se a uma enzima da respiração celular, impedindo a produção de energia. É geralmente considerado um inibidor não competitivo.

  • Ibuprofeno e aspirina: inibem uma enzima que produz moléculas envolvidas na dor e na inflamação.

  • Antibióticos como a penicilina: inibem enzimas que as bactérias usam para construir a parede celular.

  • Inseticidas organofosforados: inibem uma enzima do sistema nervoso dos insetos.

Também há inibição natural nas células: o produto final de uma via metabólica pode inibir uma das suas enzimas, para a célula não produzir mais do que precisa.

De volta ao início: uma molécula trava uma enzima ocupando o centro ativo (competitiva) ou ligando-se a outro local (não competitiva); só no primeiro caso mais substrato faz a velocidade recuperar.

Em resumo

  • Um inibidor reduz a atividade de uma enzima sem a desnaturar; mede-se pela velocidade inicial.

  • Competitiva: o inibidor liga-se ao centro ativo, tem forma semelhante ao substrato e compete com ele; mais substrato faz a velocidade aproximar-se do máximo sem inibidor.

  • Não competitiva: o inibidor liga-se a outro local, altera a forma da enzima; mais substrato não resolve e o máximo fica mais baixo.

  • Nas tabelas e gráficos, compara os valores com muito substrato para distinguir os dois tipos.

  • Controla as variáveis (temperatura, pH, concentração de enzima e de inibidor) para a comparação ser válida.

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