DROGAS QUE ALTERAM A CINETICA ENZIMATICA

1 INTRODUÇÃO

A cinética enzimática estuda as reações químicas catalisadas pelas enzimas, em especial a velocidade de reação. O estudo da cinética de uma enzima permite elucidar os pormenores do seu mecanismo catalítico, o seu papel no metabolismo, como é controlada a sua atividade na célula e como pode ser inibida a sua atividade por drogas ou venenos, ou potenciada por outro tipo de moléculas. A cinética das reações enzimáticas tem como objetivos principais os seguintes: Medir as velocidades das transformações que se processam; Estudar a influencia das condições de trabalho (concentração de enzima e de substrato, temperatura, pH, concentrações de ativadores e inibidores); Correlacionar (equações empíricas ou modelos matemáticos) as velocidades das transformações com alguns dos fatores que os afetam; Colaborar na otimização do processo; Estabelecer critérios para o controle do processo; Projetar o reator mais adequado.

O estudo da cinética enzimática dividi-se em duas vertentes, sendo elas a Michaeliana e Não- Michaeliana. A primeira considera que a reação enzimática ocorre em dois passos, determinando a velocidade em função das constantes de equilíbrio da reação e das concentrações de substrato e enzima. Já a segunda é utilizada para reações catalisadas por enzimas alostéricas.

Uma reação catalisada por uma enzima utiliza a mesma quantidade de substrato e gera a mesma quantidade de produto que uma reação não catalisada. Tal como ocorre em outros tipos de catálise, as enzimas não alteram em absoluto o equilíbrio da reação e das concentrações de substrato e enzima. Já a segunda é utilizada para reações catalisadas por enzimas alostéricas. Uma reação catalisada por uma enzima utiliza a mesma quantidade de substrato e gera a mesma quantidade de produto que uma reação entre substrato e produto. Ao contrário do que acontece em outras reações químicas, as enzimas saturam-se. Isto significa que com uma maior quantidade de substrato, mais centros catalíticos estarão ocupados, o que incrementará a eficiência da reação, até ao momento em que todos os sítios possíveis estejam ocupados. Neste momento ter-se-á alcançado o ponto de saturação da enzima e, embora adicione-se mais substrato, não aumentará mais a eficiência.

As duas propriedades cinéticas mais importantes de uma enzima são: o tempo que demora a saturar-se com um substrato em particular e o seu ponto máximo de saturação. O conhecimento destas propriedades torna possível formular hipóteses sobre o comportamento de uma enzima no ambiente celular e prever como responderá frente a mudanças nessas condições.

2 CINÉTICA ENZIMÁTICA

A cinética enzímica é um ramo da Bioquímica que estuda as enzimas em ação; a sua atividade catalítica. No entanto, pode também ser encarada como um ramo da cinética química que estuda as propriedades catalíticas das enzimas. O estudo cinético de uma enzima visa primariamente caracterizar, ou seja, descrever, a atividade dessa enzima. In vitro estuda-se a atividade da enzima procurando saber que tipo de reações pode catalisar com que substratos podem interatuar e como se modifica essa atividade (qualitativa e/ou quantitativamente) quando se fazem variar as condições em que é ensaiada. O valor de pH, a temperatura, o tempo de incubação, as concentrações dos substratos, de cofactores ou de outras substâncias (inibidores ou ativadores) são exemplos de condições de ensaio que podem ser modificadas com o objetivo de observar como varia a atividade da enzima, ou seja, como varia a velocidade da conversão ou conversões que esta catalisa.

A cinética de Reações Enzimáticas apresentam os seguintes objetivos:

• Medir as velocidades das transformações que se processam;

• Estudar a influência de condições de trabalho (concentrações de reagentes e das enzimas, temperatura, pH, concentrações de ativadores e de inibidores) naquelas velocidades;

• Correlacionar (equações empíricas ou modelos matemáticos) as velocidades das transformações com alguns dos fatores que as afetam;

• Colaborar na otimização do processo;

• Estabelecer critérios para o controle do processo;

• Projetar o reator mais adequado.

3 INFLUÊNCIA DA CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATO

Um dos fatores que afetam a velocidade de uma reação catalisada por uma enzima purificada é a concentração do substrato presente [S]. O estudo dos efeitos da concentração de substrato é complicado pelo dato de a [S] variar durante o curso de uma reação à medida que o substrato é convertido em produto. Uma forma de simplificar este problema é medir a velocidade inicial da reação (V0). Em um experimento cinético a [S] é sempre muito maior que a concentração da enzima [E], e se o tempo de reação é suficientemente curto, as mudanças da [S] serão negligenciáveis, podendo ser considerada com uma constante.

O efeito provocado em V0 pela variação da [S], quando a concentração de enzima é mantida constante. Em concentrações pequenas do substrato, V0 aumenta quase linearmente com os aumentos de [S]. Em concentrações maiores de substrato V0 aumenta por incrementos menores em respostas aos aumentos da [S]. Finalmente, é alcançado um ponto acima do qual ocorrem apenas aumentos insignificantes em V0, mesmo diante de aumentos em [S], sendo este ponto chamado de velocidade máxima (V max).

(Imagem: Efeito da concentração de substrato na velocidade inicial de uma reação catalisada enzimaticamente.)

Existem alguns casos em que a velocidade inicial não pode ser medida, ou porque não existe uma técnica experimental que permita acompanhar as variações das concentrações no sistema, ou a transformação não pode ser representada por uma equação química com reagentes e produtos definidos. A velocidade da reação, nesses casos, é freqüentemente representada por uma velocidade média de consumo, ou de produção, de substâncias convenientemente escolhidas, ou, ainda, pela variação de uma propriedade do sistema (viscosidade, textura, absorbância, etc.) em um intervalo de tempo prefixado.

(Imagem: Medida da velocidade média de formação do produto no intervalo de tempo ∆t)

O perfil cinético apresentado na imagem levou Victor Henri a propor, em 1903, que uma enzima liga-se à molécula