Complexo chave e fechadura

Mestre em Ciências Biológicas (UFRJ, 2016)
Graduada em Biologia (UFRJ, 2013)

As enzimas são proteínas que atuam como catalisadoras de reações metabólicas, ou seja, elas aceleram as reações químicas que ocorrem no organismo sem sofrer desgaste ou alterar o curso da reação. Para isso, as enzimas apresentam certa especificidade com os elementos das reações nas quais vai atuar.

As enzimas apresentam locais de ligação através dos quais ocorre o processo de catalisação. Esses locais são chamados de sítios ativos e se adaptam as moléculas sobre as quais a enzima atua, sendo essas moléculas chamadas de substratos enzimáticos. Quando ocorre a ligação se forma o complexo enzima-substrato. Para explicar a especificidade observada entre enzimas e seus substratos, Emil Fischer propôs em 1894 que o complexo enzima-substrato obedeceria a um modelo “chave-fechadura”. De acordo com ele, a especificidade se dá pelo fato do sítio ativo da enzima ter um formato complementar ao seu substrato, promovendo um encaixe perfeito, como uma chave que encaixa em determinada fechadura. Esse encaixe facilita a modificação do substrato por parte da enzima de forma a fazê-lo reagir mais rapidamente e formar os produtos da reação. Como a enzima não participa da reação, após sua ação ela se solta do substrato e se encontra disponível novamente.

Esquema de funcionamento de uma enzima. Ilustração: Srhat / via Wikimedia Commons [adaptado]

Este modelo inicial explica a especificidade observada, porém a relação entre enzimas e seus substratos pode ser algo complexo. Há casos em que tanto enzima quanto substrato apresentam certa plasticidade e podem mudar sua configuração. Dessa forma, um se adapta ao outro para uma melhor ligação, sendo esse processo chamado de encaixe induzido.

Além disso, mesmo quando há menor plasticidade de forma, há graus diferentes de especificidade do complexo chave-fechadura de uma enzima. Ela pode ser exclusiva de um substrato específico ou se estender a um grupo de substratos com estrutura química semelhante. Devido a isso, moléculas com estrutura semelhante ao substrato de uma enzima podem se ligar a mesma, funcionando com inibidores sua ação.

Esse processo é chamado de inibição competitiva, pois o substrato e a molécula inibidora competem pela ligação com o sítio ativo da enzima. Quando o inibidor se liga, a enzima para de funcionar, pois não tem mais seu sítio ativo disponível. Um exemplo de inibição competitiva enzimática é a provocada pelo íon cianeto (CN), que cria uma ligação irreversível com a enzima citocromo oxidase, importante na respiração celular, causando assim a morte das células. Entretanto, alguns inibidores ajudam o organismo, pois agem sobre enzimas de agentes patogênicos. Como exemplo disso, temos a penicilina que possui efeito antibiótico por se ligar ao sítio ativo da enzima transpeptidase, fundamental na multiplicação bacteriana, pois atua na produção de sua parede celular. A penicilina não traz danos ao organismo humano já que nossas células não utilizam enzimas como a transpeptidase.

Alguns fatores ainda podem afetar a atividade das enzimas como é o caso da temperatura. Cada enzima atua melhor em uma faixa de temperatura considerada sua temperatura ótima. Quando a temperatura sai dessa faixa, a atividade da enzima vai caindo gradativamente e a tendência da enzima é a desnaturação. As enzimas desnaturadas perdem características naturais como sua conformação e estrutura tridimensional, o que afeta o formato do seu sítio ativo. Isso prejudica a formação do complexo chave-fechadura com o substrato, impossibilitando a ação enzimática.

Referências:

Amabis, J. M. & Martho, G. R. 2006. Fundamentos da Biologia Moderna: Volume único. 4ª Ed. Editora Moderna: São Paulo, 839 p.

Brown, T.; Lemay Jr, H. E.; Bursten, B. E; Murphy, C. J.; Woodward, P. M.; Stoltzfus, M. W. 2014. Chemistry: The Central Science. 13ª ed., Prentice-Hall, 1246 pp.

Cooper, G. M. 2000. The Cell: A Molecular Approach. 2ª ed. Sunderland (MA): Sinauer Associates. The Central Role of Enzymes as Biological Catalysts. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9921/

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