Recebido em 24/11/06; aceito em 18/5/07; publicado na web em 19/12/07 A COMPUTATIONAL PERSPECTIVE ON ENZYMATIC CATALYSIS. Enzymes are extremely efficient catalysts. Here, part of the mechanisms proposed to explain this catalytic power will be compared to quantitative experimental results and computer simulations. Influence of the enzymatic environment over species along the reaction coordinate will be analysed. Concepts of transition state stabilisation and reactant destabilisation will be confronted. Divided site model and near-attack conformation hypotheses will also be discussed. Molecular interactions such as covalent catalysis, general acid-base catalysis, electrostatics, entropic effects, steric hindrance, quantum and dynamical effects will also be analysed as sources of catalysis. Reaction mechanisms, in particular that catalysed by protein tyrosine phosphatases, illustrate the concepts.Keywords: enzymatic catalysis; computer simulation; reaction mechanism.
INTRODUÇÃOEnzimas são catalisadores de extraordinária eficiência. Os aumentos de velocidade de reações alcançados por enzimas podem chegar a vinte ordens de magnitude 1 ! Por outro lado, enzimas possuem uma grande especificidade pelos substratos, sua atividade é controlável e totalmente seletiva.Sob uma perspectiva teórica, a sugestão de Fischer 2 , conhecida como a hipótese da "chave e fechadura", foi a primeira proposta para explicar o poder catalítico das enzimas. Com o advento da teoria do estado de transição 3 nos anos 1930, Pauling 4 propôs que esta espécie seria preferencialmente ligada pelo sítio ativo enzimático. Já em 1969, Jencks 5 escreveu que "o estudo dos mecanismos moleculares de catálise enzimática é necessariamente empírico e qualitativo". No entanto, nos últimos 30 anos, simulações computacionais que permitem determinações quantitativas de propriedades termodinâmicas têm alterado este panorama, apontando e quantificando os mecanismos catalíticos empregados por enzimas.Cabem aqui duas definições. O termo "mecanismo catalítico" é usado para descrever as forças ou interações microscópicas utilizadas pelas enzimas para amplificar a velocidade de reações. Já "mecanismo de reação" é a seqüência de transformações (quebra e formação de ligações químicas) e mudanças de estrutura do complexo enzimático observadas ao longo do progresso da reação.Diversos mecanismos catalíticos já foram propostos para explicar as acelerações enzimáticas em nível microscópico. Por exemplo, Menger contabilizou 21 teorias sobre catálise enzimática 6 . Este número é elevado em conseqüência de diferentes interpretações semânticas e imprecisas definições de quantidades termodinâmicas nas teorias propostas, e também porque a maior parte destas teorias não foi (ou não pode ser) testada quantitativamente. Portanto, há muita controvérsia sobre a importância de cada um dos diferentes mecanismos e teorias propostos para explicar o poder catalítico das enzimas 7-9 . Sem dúvida, cada enzima possui sua própria "receita" 6 para catálise, em que uma combinação das interações prop...