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:
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variável independente: a que o experimentador faz variar (concentração de substrato, presença do inibidor);
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variável dependente: a que se mede (velocidade inicial);
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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.
| 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.
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.
- 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.
- 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.
- 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.
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:
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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.
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Não competitiva: a velocidade é menor em todas as concentrações e a curva estabiliza num máximo inferior.
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 |
- a) Representa as três séries de dados num único gráfico no teu caderno: velocidade inicial em função da concentração de substrato.
- b) Indica, justificando com os dados, qual dos inibidores é competitivo e qual é não competitivo.
- 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.
- d) Prevê, justificando, o que aconteceria às velocidades medidas com o inibidor competitivo se a sua concentração fosse duplicada, mantendo-se as restantes condições.
Inibidores no dia a dia
Muitos venenos e medicamentos são inibidores enzimáticos:
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Cianeto: liga-se a uma enzima da respiração celular, impedindo a produção de energia. É geralmente considerado um inibidor não competitivo.
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Ibuprofeno e aspirina: inibem uma enzima que produz moléculas envolvidas na dor e na inflamação.
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Antibióticos como a penicilina: inibem enzimas que as bactérias usam para construir a parede celular.
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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
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Um inibidor reduz a atividade de uma enzima sem a desnaturar; mede-se pela velocidade inicial.
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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.
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Não competitiva: o inibidor liga-se a outro local, altera a forma da enzima; mais substrato não resolve e o máximo fica mais baixo.
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Nas tabelas e gráficos, compara os valores com muito substrato para distinguir os dois tipos.
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Controla as variáveis (temperatura, pH, concentração de enzima e de inibidor) para a comparação ser válida.