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uma enzima sob essas condições. Descrever a aplicação das formas lineares da equação de Michaelis-Menten para estimar Km e Vmáx. Fornecer uma razão pela qual a forma linear da equação de Hill é utilizada para avaliar como a ligação do substrato infl uencia o comportamento cinético de certas enzimas multiméricas. Diferenciar os efeitos de uma concentração crescente de substrato sobre a ciné- tica da inibição competitiva e da inibição não competitiva simples. Descrever como os substratos são adicionados a, e os produtos são formados de, uma enzima que segue o mecanismo em pingue-pongue. Descrever como os substratos são adicionados a, e os produtos são formados de, uma enzima que segue o mecanismo de equilíbrio rápido. Fornecer exemplos da utilidade da cinética enzimática em determinar o meca- nismo de ação de fármacos. 74 SeÇÃO II Enzimas: cinética, mecanismo, regulação e bioinformática AS REAÇÕES QUÍMICAS SÃO DESCRITAS UTILIZANDO EQUAÇÕES BALANCEADAS Uma equação química balanceada lista as espécies químicas iniciais (substratos) presentes e as novas espécies químicas (pro- dutos) formadas em uma determinada reação química, todas em suas respectivas proporções ou estequiometria. Por exemplo, a equação balanceada (1) indica que uma molécula de cada um dos substratos A e B reage para formar uma molécula de cada um dos produtos P e Q: (1) As setas duplas indicam a reversibilidade, uma propriedade intrínseca de todas as reações químicas. Assim, para a rea- ção (1), se A e B podem formar P e Q, então P e Q também podem formar A e B. A designação de um determinado rea- gente como um “substrato” ou “produto” é, então, um tanto arbitrária, pois os produtos para uma reação escrita em uma direção são os substratos para a reação inversa. Contudo, o termo “produto” é frequentemente utilizado para designar os reagentes cuja formação é favorecida do ponto de vista termo- dinâmico. As reações para as quais os fatores termodinâmicos favorecem fortemente a formação dos produtos para os quais a seta aponta geralmente são representadas com uma seta úni- ca, como se elas fossem “irreversíveis”: (2) As setas unidirecionais também são utilizadas para descrever as reações em células vivas em que os produtos da reação (2) são imediatamente consumidos por uma reação catalisada por uma enzima subsequente ou escapam rapidamente da célu- la, como, por exemplo, o CO2. Portanto, a rápida remoção do produto P ou Q impede efetivamente a ocorrência da reação inversa, tornando a equação (2) funcionalmente irreversível sob condições fisiológicas. AS VARIAÇÕES NA ENERGIA LIVRE DETERMINAM A DIREÇÃO E O ESTADO DE EQUILÍBRIO DAS REAÇÕES QUÍMICAS A variação de energia livre ΔG de Gibbs (também chamada de energia livre ou energia de Gibbs) descreve tanto a direção para a qual uma reação química tende a prosseguir quanto as concentra- ções dos reagentes e produtos que estão presentes no equilíbrio. A ΔG de uma reação química é igual à soma das energias livres de formação dos produtos de reação, ΔGp, subtraída pela soma das energias livres de formação dos substratos, ΔGs. Um termo semelhante, mas diferente, designado ΔG0, indica a variação da energia livre que acompanha a transição do estado-padrão, no qual a concentração de substratos e produtos é de um molar até o equilíbrio. Um termo bioquímico mais útil é ΔG0′, que de- fine ΔG0 em um estado-padrão de 10–7 M de prótons, pH 7,0. Quando a energia livre da formação dos produtos é menor que aquela dos substratos, os sinais de ΔG0 e ΔG0′ serão negativos, indicando que a reação, conforme escrita, é favorecida na dire- ção da esquerda para a direita. Essas reações são referidas como espontâneas. O sinal e a magnitude da variação de energia li- vre determinam até onde prosseguirá a reação. A equação (3) ilustra a relação entre a constante de equilí- brio, Keq, e ΔG0: (3) em que R é a constante gasosa (1,98 cal/moloK ou 8,31 J/mo- loK) e T é a temperatura absoluta em graus Kelvin. A Keq é igual ao produto das concentrações dos produtos da reação, cada um elevado à potência de sua estequiometria, dividido pelo produto dos substratos, cada um elevado à potência de sua este quiometria: Para a reação =K [P][Q] [A][B]eq (4) e para a reação (5) (5) =K [P] [A]eq 2 (6) a ΔG0 pode ser calculada a partir da equação (3) quando as concentrações molares dos substratos e produtos presentes em equilíbrio são conhecidas. Quando ΔG0 é um número ne- gativo, Keq será maior que uma unidade, e as concentrações dos produtos em equilíbrio superarão aquelas dos substratos. Quando ΔG0 é positivo, a Keq será inferior a uma unidade, e a formação de substratos será favorecida. Observe que, como ΔG0 é uma função exclusivamente dos estados inicial e final das espécies reagentes, ela pode fornecer informações apenas sobre a direção e o estado de equilíbrio da reação. A ΔG0 independe do mecanismo da reação e, assim, não fornece informações a respeito das velocidades das rea- ções. Consequentemente – e como explicado adiante –, em- bora uma reação possa ter ΔG0 ou ΔG0′ negativos grandes, ela pode, apesar disso, ocorrer em uma velocidade desprezível. AS VELOCIDADES DAS REAÇÕES SÃO DETERMINADAS pELAS SUAS ENERGIAS DE ATIVAÇÃO As reações prosseguem via estados de transição O conceito do estado de transição é fundamental para com- preender as bases químicas e termodinâmicas da catálise. A equação (7) demonstra uma reação de transferência de gru- pamento em que o grupo de entrada E desloca o grupo de saí da L, inicialmente ligado a R: (7) CAPÍTuLO 8 Enzimas: cinética 75 O resultado líquido desse processo é a transferência do grupa- mento R de L para E. Na trajetória desse deslocamento, a liga- ção entre R e L foi enfraquecida, mas ainda não foi totalmente desfeita, sendo que a nova ligação entre E e R ainda não está completamente formada. Esse intermediário transitório – em que nem o substrato livre nem o produto existem – é chamado de estado de transição, E…R…L. As linhas pontilhadas re- presentam as ligações “parciais” que estão sofrendo formação e ruptura. A Figura 81 fornece uma ilustração mais detalhada do intermediário do estado de transição formado durante a transferência de um grupamento fosforil. Pode-se pensar na reação (7) como sendo composta por duas “reações parciais”, com a primeira correspondendo à for- mação (F), e a segunda, ao decaimento (D) subsequente do intermediário do estado de transição. Assim como para todas as reações, as alterações características na energia livre, ΔGF e ΔGD, estão associadas a cada reação parcial: (8) (9) (10) Para a reação geral (10), ΔG é o somatório de ΔGF e ΔGD. Como para qualquer equação de dois termos, não é possível deduzir de sua ΔG resultante o sinal ou a magnitude de ΔGF ou ΔGD. Muitas reações envolvem vários estados de transição su- cessivos, cada um com uma mudança associada de energia li- vre. Para essas reações, o ΔG total representa o somatório de todas as mudanças na energia livre associadas à formação e ao decaimento de todos os estados de transição. Portanto, não é possível inferir do ΔG geral o número ou o tipo de estados de transição pelos quais a reação prossegue. Ou seja, a ter- modinâmica geral da reação não diz nada sobre o mecanismo ou a cinética. ΔGF define a energia de ativação Independentemente do sinal ou da magnitude de ΔG, para a imensa maioria das reações químicas, a ΔGF possui sinal po- sitivo, que indica que a formação do estado de transição exi- ge superar uma ou mais barreiras de energia. Por isso, a ΔGF necessária para alcançar um estado de transição é frequente- mente denominada energia de ativação, Eat. A facilidade – e, consequentemente, a frequência – com que essa barreira é su- perada