Bioquímica Básica
5 Enzimas
A manutenção da vida celular depende da contínua ocorrência de um conjunto de reações químicas, que devem atender duas exigências fundamentais: (1) devem ocorrer em velocidades adequadas à fisiologia celular — a insuficiência na produção ou na remoção de metabólitos pode levar a condições patológicas, e (2) precisam ser altamente específicas, de modo a gerar produtos definidos.
Quando se examina a composição química de uma célula simples como
a de Escherichia coli (Tabela 5.1), uma bactéria presente no trato intestinal humano, pode parecer improvável obter a exatidão das reações necessárias para a manutenção e reprodução desta bactéria frente à grande variedade de compostos ali presentes. Em células de eucariotos, o número de compostos químicos é ainda maior e, mesmo considerando a separação em diferentes compartimentos celulares, cada organela contém uma formidável diversidade de compostos, potencialmente capazes de reagir uns com os outros. Por outro lado, nas temperaturas relativamente baixas em que vivem as células, as velocidades destas reações são desprezíveis, e as moléculas presentes, praticamente inertes. De fato, uma reação química pode ser
termodinamicamente viável ou espontânea (Seção 4.1), mas ter velocidade igual a zero ou muito próxima de zero. Por exemplo, glicose cristalizada ou em solução pode ser mantida em contato com oxigênio, sem que ocorra oxidação do açúcar, apesar da oxidação de glicose liberar grande quantidade de energia. A velocidade com que esta transformação ocorre, em tempo mensurável, é igual a zero.
A presença de proteínas com função catalítica, as enzimas, dirigindo todas as reações celulares permite atender as duas exigências inicialmente apresentadas.
Como catalisadores, as enzimas aumentam de várias ordens de
grandeza a velocidade das reações que catalisam (Tabela 5.2) — a oxidação de glicose por oxigênio por meio de uma sequência de reações catalisadas por enzimas pode ser feita nas células em minutos. Para ter uma ideia do papel indispensável das enzimas, basta lembrar que mesmo reações que têm água como reagente (e a concentração da água é 55,5 M) são catalisadas por enzimas. Ademais, por serem altamente específicas, as enzimas “selecionam”, entre todas as reações potencialmente possíveis, aquelas que efetivamente irão ocorrer.
Durante muito tempo, admitiu-se que todos os catalisadores biológicos fossem proteínas. No início da década de 1980, entretanto, verificou-se que moléculas de RNA catalisavam reações químicas celulares. A descoberta foi surpreendente e este tipo particular de catalisador recebeu o nome de ribozima. Comporta-se de forma semelhante às proteínas enzimáticas,
obedecendo também à cinética de Michaelis-Menten (Seção 5.6). Sua atuação nas reações metabólicas está restrita a alguns casos especiais, conquanto importantes. Cerca de 10 anos depois da identificação das ribozimas, foram selecionados, in vitro, pequenos segmentos de DNA com atividade catalítica, as desoxirribozimas, que, todavia, não são encontradas na natureza.
Tabela 5.1 Composição química aproximada de uma célula de E. coli.
Substâncias % do peso celular Número de tipos diferentes
Água 70 1
Íons inorgânicos (Na+ + 2 + – 2 – 1 20 , K , Ca , Cl , SO 4 )
Proteínas 15 2.500
Aminoácidos e seus precursores 0,5 100
Carboidratos e seus precursores 3 200
Lipídios e seus precursores 2 50
DNA 1 1
RNA 6 1.000