Efeito de pH na Atividade Enzimática

As enzimas sofrem os mesmos efeitos estruturais observados com as  proteínas globulares pela variação de pH e de temperatura. Mudanças extremas de pH podem alterar a estrutura da enzima devido a uma repulsão de cargas.

Mudanças mais brandas de pH podem levar a uma dissociação de enzimas oligoméricas. Esse é o caso, por exemplo, das isoformas PI e PII hexocinase de levedura que é dimérica em pH < 7,5 e monomérica em pH > 8 [1,2]. Neste caso, a forma monomérica é mais ativa que a dimérca, mas há casos em que a dissociação de enzimas oligoméricas leva à sua completa inativação.

Por outro lado, as mudanças de pH que não afetam totalmente a estrutura de uma enzima podem diminuir sua atividade apenas por estar afetando resíduos do sítio catalítico, como veremos mais adiante.

 

Muitas enzimas apresentam um pH ótimo, determinado a partir de uma curva do efeito do pH na atividade enzimática:

 

 

Porém, muitas enzimas não apresentam uma curva na forma de sino, indicando que não existe um único valor de pH ótimo, mas uma faixa de pH ótimo (6,0 a 8,5), como mostra a figura ao lado e a Tabela 1.

Tabela 1: pH Ótimo de algumas enzimas

fonte: http://www.worthington-biochem.com/introBiochem/effectspH.html

 

Enzyme

pH Optimum

Lipase (pancreas)

8.0

Lipase (stomach)

4.0 - 5.0

Lipase (castor oil)

4.7

Pepsin

1.5 - 1.6

Trypsin

7.8 - 8.7

Urease

7.0

Invertase

4.5

Maltase

6.1 - 6.8

Amylase (pancreas)

6.7 - 7.0

Amylase (malt)

4.6 - 5.2

Catalase

7.0

 

Deve-se, também, considerar o fato de que podem existir grupos ionizáveis no sítio ativo. Isso afeta:

É possível determinar o pK de grupos ionizáveis que afetam a catálise, analisando o gráfico da velocidade inicial de reação (V0) em função do pH. Assim, teremos:

Apenas um grupo ionizável, com a enzima ativa na forma desprotonada - os grupos que podem estar afetando a catálise são Histidina (pKa = 6,0) ou até mesmo os resíduos de aminoácido com grupos carboxila (Asp e Glu), já que o pK desses grupos pode estar bastante alterado pelo microambiente em que se encontra. No caso da cadeia lateral do Asp, por exemplo, o pKa passa de 3,9 (aminoácido livre) para 0,6 na ribonuclease T1 ou para 6,4 numa forma mutante dessa mesma enzima [2]. No gráfico ao lado, o pKa do resíduo é 7,1.

Apenas um grupo ionizável, com a enzima ativa na forma protonada - ao contrário do caso acima, quando o grupo ionizável começa a desprotonar, a enzima perde atividade. O pKa desse grupo da enzima representada ao lado é igual a 9,5.

Dois grupos ionizáveis envolvidos na catálise - neste caso, observamos uma curva de sino com pH ótimo = 7,5. Um dos grupos ionizáveis envolvidos na catálise (pK1 = 5,5) necessita estar desprotonado e o outro (pK2 = 9,0) deve estar protonado para que a velocidade de reação seja 100% (ou seja, com atividade relativa igual a 1,0 como mostrado no gráfico ao lado).

 

Referências:

[1] Hoggett JG and  Kellet GL (1976), Yeast hexokinase: substrate-induced association--dissociation reactions in the binding of glucose to hexokinase P-II, Eur. J. Biochem., Vol 66, 65-77

[2] Williams DC, Jones JG (1976) Dissociation and catalysis in yeast hexokinase A, Biochem J. 155, 661-667.

[3] Thurlkill RL, Grimsley GR, Scholtz JM, Pace CN (2006) Hydrogen bonding markedly reduces the pK of buried carboxyl groups in proteins, J Mol Biol. 362, 594-604

Texto: Profa. M. Lucia Bianconi (IBqM/UFRJ)

e-mail: enzimas@bioqmed.ufrj.br

Página atualizada em: 16/10/2006

 

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