DISCIPLINA: BIOLOGIA

PROFESSOR: JULIO ANDRADE

SumárioSumário• Histórico

• Introdução

• Conceitos

• Classificação e Nomenclatura

• Fatores que Influenciam a Atividade Enzimática

• Enzimas X Catalisadores Químicos

• Aplicações

• Conclusão

• Referências

HISTÓRICOHISTÓRICO

• Catálise biológica início séc. XIX– digestão da carne: estômago;– digestão do amido: saliva.

• Década de 50– Louis Pasteur - concluiu que a fermentação do açúcar açúcar em

álcoolálcool pela levedura era catalisada por “fermentos” = enzimas

• Eduard Buchner (1897)– extratos de levedo podiam fermentar o açúcar açúcar até álcoolálcool;– enzimas funcionavam mesmo quando removidas da célula

viva.

• James Sumner (1926)– Isolou e cristalizou a urease;– Cristais eram de proteínas;– Postulou que “todas as enzimas são proteínas”.

• John Northrop (década 30)– Cristalizou a pepsina e a tripsina bovinas;

• Década de 50 – séc. XX– 75 enzimas isoladas e cristalizadas;– Ficou evidenciado caráter protéico.

• Atualmente + 2000 enzimas são conhecidas.

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

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ENZIMAS

•Definição:– Catalisadores biológicos;

– Longas cadeias de pequenas moléculas chamadas aminoácidos.

•Função:– Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou

juntando-as para formar novos compostos.

•Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS.

Aminoácidos:

H

R C* COOH

NH2

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ENZIMAS – PROTEÍNA

Classificação proteínas

Proteínas globulares Proteínas fibrosas Estrutura das proteínas

Primaria Secundaria Terciária Quaternária

ENZIMAS

Proteínas globulares

Estrutura terciária

Proteínas com alto peso molecular, maioria entre 15 a 1000 Kilo Daltons Unit (KD)OBS: 1 Dalton = 1 unidade de peso molecular (AMU)

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ENZIMAS – COMPONENTES DA REAÇÃO

EE ++ SS EE SS P P + + EE

Substrato se liga ao SÍTIO ATIVOda enzima

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ENZIMAS – COFATOR

Algumas enzimas que contêm ou necessitam de elementos inorgânicos como cofatores

ENZIMA COFATOR

PEROXIDASE Fe+2 ou Fe+3

CATALASE

CITOCROMO OXIDASE Cu+2

ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn+2

HEXOQUINASE Mg+2

UREASE Ni+2

• Definição:– Catalisadores biológicos;– Longas cadeias de pequenas moléculas chamadas

aminoácidos.

• Função:– Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou

juntando-as para formar novos compostos.

• Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMASRIBOZIMAS, todas as enzimasenzimas são PROTEÍNASPROTEÍNAS (globulares, de estrutura terciária).

RNARNA

Estrutura Estrutura EnzimáticaEnzimática

RibozimasRibozimas

Se covalente

Apoenzima ouApoproteína

Holoenzima

CofatorProteína

Pode ser:• íon inorgânico• molécula orgânica

Coenzima

Grupo Prostético

Cofator

ENZIMAS:

• Apresentam alto grau de especificidade;

• São produtos naturais biológicos;

• Reações baratas e seguras;

• São altamente eficientes, acelerando a velocidade das reações (108 a 1011 + rápida);

• São econômicas, reduzindo a energia de ativação;

• Não são tóxicas;

• Condições favoráveis de pH, temperatura e concentração do substrato

CONCEITOSCONCEITOS

As enzimas...

• Aceleram reações químicas

Ex: Decomposição do H2O2

H2O2 H2O O2+Catalase

Condições da Reação Energia livre de AtivaçãoKJ/mol Kcal/mol

VelocidadeRelativa

Sem catalisador

Enzima Catalase

75,2 18,0

23,0 5,5

1

6,51 x 108

• Não são consumidas na reação

H2O2 H2O O2+Catalase

E E ++ SS EE ++ PP

• Atuam em pequenas concentrações

1 molécula de Catalase

decompõe5 000 000 de moléculas de

H2O2

pH = 6,8 em 1 min

Número de renovação =Número de renovação = n° de moléculas de substrato convertidas em produto por uma única molécula de enzima em uma dada unidade de tempo.

• Não alteram o estado de equilíbrio•Abaixam a energia de ativação;

Diferença entrea energia livre

de S e P

Caminho da Reação

Energia de ativação com enzima

En

erg

ia

Energia de ativação sem enzima

SSPP

• Emil Fischer (1894): alto grau de especificidade das enzimas originou Chave-Fechadura Chave-Fechadura , que considera que a enzima possui sitio ativo complementar ao substrato.

• Koshland (1958): Encaixe InduzidoEncaixe Induzido,, enzima e o o substrato sofrem conformação para o encaixe. O substrato é distorcido para conformação exata do estado de transição.

NOMENCLATURA E NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃOCLASSIFICAÇÃO

• Século XIX - poucas enzimas identificadas

• Adição do sufixo “ASE”“ASE” ao nome do substrato:

Ex:

- gorduras (lipo - grego) – LIPASE

- amido (amylon - grego) – AMILASE

• Nomes arbitrários:

- Tripsina e pepsina – proteases

• 1955 - Comissão de Enzimas (EC) da União Internacional de Bioquímica (IUB) nomear e classificar.

• Cada enzima código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de reação catalisada:

•1° dígito - classe

•2° dígito - subclasse

•3° dígito - sub-subclasse

•4° dígito - indica o substrato

FATORES QUE FATORES QUE INFLUENCIAM A INFLUENCIAM A

ATIVIDADE ENZIMÁTICAATIVIDADE ENZIMÁTICA

A atividade enzimática é influenciada por:

• pH;

• temperatura;

• concentração das enzimas;

• concentração dos substratos;

• presença de inibidores.

pHpH

• O efeito do pH sobre a enzima deve-se às variações no estado de ionização dos componentes do sistema à medida que o pH varia.

• Enzimas grupos ionizáveis, existem em ≠ estados de ionização.

TEMPERATURATEMPERATURA

temperatura dois efeitos ocorrem:(a) a taxa de reação aumenta, como se observa na maioria das

reações químicas;(b) a estabilidade da proteína decresce devido a desativação

térmica.

A temperatura ótima para que a enzima atinja sua atividade máxima, é a temperatura máxima na qual a enzima possui uma atividade cte. por um período de tempo.

CONCENTRAÇÃO DOS SUBSTRATOSCONCENTRAÇÃO DOS SUBSTRATOS

• [S] varia durante o curso da reação à medida que S é convertido em P.

• Medir Vo = velocidade inicial da reação.

•[E] = cte.•[S] pequenas Vo linearmente.•[S] maiores Vo por incrementos cada

vez menores.•Vmax [S] Vo insignificantes.•Vmax é atingida E estiverem na forma

ES e a [E] livre é insignificante, então, E saturada com o S e V não com de [S].

vo

[S]

Vmax

PRESENÇA DE INIBIDORESPRESENÇA DE INIBIDORES

• Inibidor é qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática.

INIBIDORES

REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS

COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS INCOMPETITIVOS

CINÉTICA CINÉTICA ENZIMÁTICAENZIMÁTICA

• Cinética Enzimática é estudada para:

• Determinar as constantes de afinidade do S e dos inibidores;

• Conhecer as condições ótimas da catálise;

• Ajudar a elucidar os mecanismos de reação;

• Determinar a função de uma determinada enzima em uma rota

metabólica.

ENZIMAS ENZIMAS XX

CATALISADORES QUÍMICOSCATALISADORES QUÍMICOS

CaracterísticaCaracterística EnzimasEnzimas

Especificidade ao substrato alta

Natureza da estrutura complexa

Sensibilidade à T e pH alta

Condições de reação (T, S e pH) suaves

Custo de obtenção (isolamento e purificação) alto

Natureza do processo batelada

Consumo de energia baixo

Formação de subprodutos baixa

Separação catalisador/ produtos difícil/cara

Atividade Catalítica (temperatura ambiente) alta

Presença de cofatores sim

Estabilidade do preparado baixa

Energia de Ativação baixa

Velocidade de reação alta

APLICAÇÕESAPLICAÇÕES

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ENZIMAS – APLICAÇÕES Proteases

Leite: na preparação do leite de soja.

Carnes e Peixes: recuperação de proteínas do osso ou espinha.

Vinhos: clarificação.

Queijo: coagulação da caseína.

TIPOS DE APLIÇÕES INDUSTRIAISTIPOS DE APLIÇÕES INDUSTRIAIS

• Alimentos

• Rações animais

• Papel e celulose

• Couro

• Têxtil

ALIMENTOSALIMENTOS

• Indústria de azeite de oliva:

- Aplicação de polygalacturonase e pectinesterase na melhoria de aspectos organolépticos e estabilidade a longo prazo.

• Panificação:

- Melhoria de cor, sabor e estrutural através de preparado enzimático que contém alfa-amilase fúngicas. Atua sobre a farinha de trigo, acelerando

o processo de fermentação devido a uma maior formação de açúcares para o fermento.

RAÇÕES ANIMAISRAÇÕES ANIMAIS

• Utilização de enzimas nas rações para leitões durante o período de lactação:

- Emprego de Xilanase, Beta-glucanase e Alpha-amylase com o objetivo de digestão de amido e, em decorrência disso, ganho de peso e abate precoce.

INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSEINDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE

•Remoção de depósitos em máquinas de papel:

- Substituição de álcalis e ácidos fortes por enzimas com o objetivo de assegurar a integridade física dos funcionários e cumprir leis ambientais.

CONCLUSÃOCONCLUSÃO

• Ampla aplicabilidade da atividade enzimática

• Vantagens frente aos catalisadores químicos

• Importância de fatores externos

• Necessidade de maiores estudos para viabilizar o uso de diversas enzimas

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ENZIMAS – INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA

O efeito da temperatura depende:- pH e a força iônica do meio;- a presença ou ausência de ligantes.

Acima desta temperatura, o velocidade de reação devido a temperatura é compensado pela perda de atividade catalítica devido a desnaturação térmica.

ENZIMA TEMPERATURA ÓTIMA (°C)

Pepsina 31,6

Tripsina 25,5

Urease 20,8

REFERÊNCIASREFERÊNCIAS

- JUNIOR, AGENOR FURIGO; DIRLEY, DIEDRICH KIELING. Enzimas. Aspectos Gerais. Florianópolis, 2002.

- JUNIOR, AGENOR FURIGO; PEREIRA, ERNANDES BENEDITO. Enzimas e suas Aplicações. Cinética Enzimática. Florianópolis, 2001.

-http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/

-http://www.suino.com.br/nutricao

-http://www.aboissa.com.br/azeitedeoliva/enzima.htm

-http://www.deb.uminho.pt/imprensa/curtumes.htm

-http://www.mylner.com.br/enzimas.htm

-http://www.novozymes.com/library/Publications/Biotimes_Sprog/pwhere.pdf