Enzimas Ciência Hoje

7/25/2019 Enzimas Cincia Hoje

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Produtos naturais encontrados em abundnciano corpo humanoe na natureza, as enzimas so protenas capazes depromover e acelerar reaes qumicas, que regulamgrande nmero de processos biolgicos. Presentesem microrganismos, animais e vegetais, elas sousadas direta ou indiretamente pela humanidade hmilhares de anos, mas sua importncia s foi reco-nhecida em meados do sculo 19, quando cientistasdescobriram como atuam. A partir de ento, e so-bretudo no sculo 20, aumentou rapidamente o co-nhecimento sobre tais substncias, e foram deter-minados os mecanismos de ao e as estruturas de

milhares delas.Essa maior compreenso possibilitou o empregodessas protenas especiais em processos industriaisde diferentes reas: mdica, alimentcia, txtil, qu-mica, de papel e celulose e muitas outras. vantajo-so usar enzimas na indstria, porque elas so natu-rais, no txicas e especficas para determinadasaes. Alm disso, so capazes de alterar as caracte-rsticas de variados tipos de resduos, contribuindopara reduzir a poluio ambiental. O mercado brasi-leiro de enzimas, embora pequeno diante do mun-dial, apresenta grande potencial, em funo daenorme disponibilidade de resduos agroindustriais

As enzimas, importantes componentes do metabolismo

de todos os seres vivos, tm a capacidade de promover

e acelerar reaes qumicas. Microrganismos

ou substncias com essa propriedade j eram usados

por populaes humanas muito antigas para modicaralimentos fermentar uvas e fabricar o vinho,

ou alterar o leite e produzir queijo, por exemplo.

Depois que os cientistas desvendaram a atuao

das enzimas, estas passaram a ser cada vez mais

empregadas, com variadas nalidades.

Hoje, essas protenas especiais so teis inclusive

na indstria, no apenas na rea de alimentos,

mas em muitos outros setores.

Solange Ins Mussatto,Marcela FernandeseAdriane Maria Ferreira MilagresDepartamento de Biotecnologia,

Escola de Engenharia de Lorena,

Universidade de So Paulo

EN

e do dinamismo dos setores industriais citadosacima.Nas clulas, as enzimas esto envolvidas em

todos os processos bioqumicos. Para atuar correta-mente, porm, precisam de condies especficas,pois so ativas apenas em uma faixa estreita deacidez-alcalinidade (pH) e so sensveis a mudanasnesse fator e na temperatura do meio.

Os microrganismos so a principal fonte de en-zimas de aplicao industrial, mas diversas podemser obtidas de animais (pancreatina, tripsina, qui-motripsina, pepsina, renina e outras) ou vegetais(papana, bromelina, ficina e outras). Hoje, porm,como possvel modificar geneticamente os micror-ganismos para que forneam qualquer enzima, atendncia substituir as produzidas por vegetais eanimais pelas de origem microbiana.

O uso de enzimas em processos industriais degrande interesse, em especial devido facilidade deobteno (por biotecnologia) e s vantagens em rela-o aos catalisadores (aceleradores de reaes) qu-micos, como maior especificidade, menor consumoenergtico e maior velocidade de reao. Alm disso,a catlise enzimtica tem outros benefcios, como oaumento da qualidade dos produtos, em relao

PODEROSA

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PHILIPGOULD/CORBIS/LATINSTOCK


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ZIMAS

catlise qumica; a reduo dos custos de laboratrioe de maquinrio, graas melhoria do processo; oua fabricao controlada de pequenas quantidades.

Atuao na produo de alimentos Asenzimas tm destacado papel no setor alimentcio,pois podem influir na composio, no processamen-to e na deteriorao dos alimentos. Elas s vezes soindesejveis: provocam, por exemplo, o escurecimen-to de frutas e vegetais ( o caso das polifenoloxidases),o rano de farinhas (lipases e lipoxigenases) e o amo-lecimento de tecidos vegetais (enzimas pcticas).

Em certas situaes, porm, a deteco da ativi-dade prejudicial de uma enzima em um produtopode servir como indicador da eficincia de umaoperao. No leite pasteurizado, por exemplo, aconstatao da atividade de fosfatase indica que oprocesso trmico no foi bem executado. Da mesmaforma, se a peroxidase est ativa em vegetais quepassaram pelo mtodo de secagem conhecido comobranqueamento, o processo foi ineficaz. Por outrolado, existem vrios exemplos do uso de enzimascom o objetivo de modificar matrias-primas e/ouobter produtos especficos (ver Aplicaes em va-riados processos).

Medicamentos e anlises clnicas V-rias enzimas tm propriedades que permitem seuuso como medicamentos. So exemplos as que tmao antibitica ou antiinflamatria (lisozima, bro-melina, hialuronidase e outras), as que auxiliam aterapia da leucemia (L-asparaginase) ou facilitam adigesto (papana, bromelina, tripsina e outras). Emgeral, enzimas utilizadas com essa finalidade devemter pureza e especificidade altas, antigenicidadebaixa (para evitar reaes imunolgicas) e estabili-dade em condies fisiolgicas.

Alm das aplicaes teraputicas, diversas enzi-mas so empregadas na sntese de frmacos (peni-cilina, por exemplo). As lipases, que degradamgorduras, so teis em reaes qumicas necessrias produo de remdios.

Na rea mdica, aplicaes de grande interesseso o diagnstico e prognstico de doenas e oacompanhamento do tratamento, por meio da de-teco de enzimas em anlises laboratoriais. Algunsdesses diagnsticos so feitos, por exemplo, comdosagens de enzimas como amilase (pancreatiteaguda), aspartato-aminotransferase e transaminaseglutmico-oxalactica (infarto, doenas hepticas emusculares), aldolase (doenas musculares), creati-

FERRAMENTA NA INDSTRIA


A fermentaode malte( esquerda)e de uva,para a fabricaode bebidas, realizadapor enzimas demicrorganismos

M

ORTONBEEBE/CORBIS/LATINSTOC

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APLICAES EM VARIADOS PROCESSOS

nacinase e creatina-fosfotransferase (infarto e doen-as musculares), fosfatase cida (cncer da prstatae metstase) e fosfatase alcalina (doenas hepticase sseas), entre muitas outras. A anlise enzimtica muito importante, em alguns casos, para o esta-

belecimento da causa, da localizao e da extensoda leso, para o controle do tratamento e para aconstatao da cura.

Enzimas, celulose e papel Muitas enzimasinteressam indstria de papel e celulose. Paraproduzir papel, composto basicamente de fibras decelulose, preciso picar a madeira, transform-laem polpa, por processos qumicos, e retirar dessapolpa a hemicelulose, a lignina, certas resinas eoutros componentes. Enzimas capazes de realizaralgumas dessas tarefas permitem, nessa indstria,substituir produtos qumicos responsveis por sriosproblemas ambientais.

Fungos e outros organismos que obtm alimento(glicose) da madeira degradam a celulose por meioda ao conjunta de trs grupos de enzimas deno-minadas celulases: (1) as endo-1,4-beta-glucanases,que quebram a longa molcula de celulose, ao aca-so, em variados fragmentos; (2) as exo-1,4-beta-glu-canases, que dividem os fragmentos em pedaosainda menores; e (3) as 1,4-beta-D-glucosidases, quedegradam tais pedaos, liberando molculas simplesde glicose (ver figura). J a hemicelulose, por terestrutura qumica diferente, requer um conjunto de

enzimas mais complexo (as hemicelulases) para suadegradao. Tais enzimas incluem xilanases, querompem ligaes entre molculas de xilose; mana-nases, que quebram ligaes entre molculas demanose; glucuronidases, que rompem ligaes entre

cidos urnicos e molculas de acares (comoxilose e manose), e outras.

A quebra daslongas molculasda celulose, umdos componentesda madeira,em fragmentoscada vez menorespode ser feitaem etapas,por meioda utilizaode diferentesenzimas

Na panificao, a enzima alfa-amilase promove a decomposio do amido,que leva produo de maltose, aumentando a maciez e a textura da massa

e do miolo e mantendo o po fresco por mais tempo. J a amilase maltogni-cae axilanasedo estabilidade massa, enquanto a protease altera a elas-ticidade e a textura do glten e melhora a cor e o sabor do po. No processa-

mento de amidos, enzimas como glicose isomerase, alfa-amilase, beta-ami-lase, pululanase e isoamilase convertem o amido em dextrose ou xaropesricos em acares simples.

Na indstria de laticnios,a quimosinapromove a coagulao do

leite (para a produo de queijos),

a lactasedecompe a lactoseem acares mais simples,

a proteasequebra protenas de soro.Neste e em outros setores,

as lipasesdecompem gorduras.

( )

Endo 1,4 glucanases

Exo 1,4 glucanases

1,4 D glucosidases

Celulose

Molcula de glicose

- - -

- - -

-- -



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de absoro de tintas por fibras sintticas, e amilaseseliminam gomas usadas para aumentar a resistn-cia dos fios no processo de tear. Outras enzimas(peroxidases e catalases) reduzem os resduos desubstncias usadas no alvejamento de tecidos.

Aumento do poder de limpeza cadavez maior o nmero de produtos de limpeza quecontm enzimas, em especial amilases, proteases,lipases e celulases. Cada uma delas ataca um tipode substncia, tornando-a solvel em gua e facili-tando sua remoo: as amilases atuam sobre oamido (presente em manchas de molhos, frutas,chocolate e outras), as proteases quebram protenas,as lipases degradam gorduras e as celulases ajudama remover fibrilas de celulose que aparecem com otempo nos tecidos (essa remoo melhora o brilhoe a maciez das roupas).

A atuao conjunta dessas enzimas amplia mui-to a ao dos detergentes. A combinao, por exem-plo, de lipases com proteases e celulases facilita aremoo de manchas como as de batom, frituras,manteiga, azeite, molhos, e mesmo os difceis pon-tos encardidos de colarinhos e punhos. Quandoadicionadas a detergentes de uso hospitalar, doms-tico e industrial, tais enzimas agem digerindo edissolvendo resduos orgnicos (sangue, fezes, urina,vmitos e outros), higienizando instrumentos cirr-gicos e partes (tubos e outras) de aparelhos (endos-cpios e outros), e removendo contaminantes dasroupas hospitalares. Esses resduos podem ser re-

Na rea de

sucos de frutas,a pectinase

facilita a extrao,

clarificao e

filtrao do suco, a

celulaseliquefaz otecido vegetal e

permite extrair

pigmentos do fruto

e a glicoamilasedecompe o amido,

evitando turvao e

gelatinizao

durante o

processamento.

Enzimas como papana, bromelinae ficinaajudam a amaciarcarnes, e outras so empregadas nos processos de produode bebidas alcolicas. No caso das bebidas destiladas, aalfa-amilasee a glicoamilasedecompem o amido. No casodosvinhos, a pectinasefacilita a prensagem, a filtrao e aclarificao e reduz o tempo de processamento. Nos dois tipos

de bebidas, as proteasesquebram protenas. As cervejariasusam diferentes enzimas para

liquefazer e fermentar a matria-

prima (alfa-amilase), aumentaro teor de certos acares (gli-coamilase), aumentar a ve-locidade de filtrao (gluca-nase), remover compostosindesejveis (pentosana-ses) e evitar a turbidez doproduto final (papana, bro-

melinaou ficina).

A lignina, por sua vez, degradada por duas clas-ses de enzimas: algumas que produzem perxidode hidrognio e outras (as fenoloxidases, divididasem peroxidases e lacases) que precisam dessa subs-tncia para atuar. Essa degradao contribui para obranqueamento da polpa de celulose (ver Operrios

microscpicos em ao). Diversas outras enzimastm aplicao na indstria de papel e celulose, emespecial as lipases, que ajudam a remover impurezas(resinas e outras), aumentando a produtividade doprocesso e elevando a qualidade do produto final.

Tecidos com maior requinte Na indstriatxtil, a presena das enzimas tem crescido nasltimas dcadas. Elas podem atuar nas fases defiao, tingimento e acabamento dos tecidos. Nesseltimo caso, ajudam a limpar a superfcie do mate-rial, a reduzir as pilosidades e a melhorar a aparncia,o brilho, o caimento, a resistncia e a estabilidade.Em outra aplicao relevante, certas enzimas (protea-ses) conferem resistncia ao encolhimento s fibrasda l. Em muitos processos txteis, substncias qu-micas sintticas podem ser substitudas por enzi-mas, que tm ao mais especfica e geram benef-cios ambientais, pois so biodegradveis e dependemde menor consumo de energia.

A celulase, por exemplo, torna os tecidos maislisos e macios. Pode ainda produzir a aparncia la-vada dosjeans, destruindo menos as fibras do que apedra-pomes, tambm empregada com esse fim. Li-pases, proteases e nitrilases melhoram a capacidade

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movidos com lavagem a altas temperaturas, semenzimas, mas o emprego destas permite reduzir atemperatura, o consumo de gua e a energia mec-nica na limpeza e aumenta sua eficcia. Detergentescom enzimas podem ainda substituir produtoscusticos, cidos e solventes txicos (que agridemo ambiente e desgastam materiais e instrumentos).

Novos cosmticos no mercado Outrarea em que as enzimas vm ganhando espao ade cosmticos. J h enzimas incorporadas formu-lao de vrios produtos presentes no mercado, comotinturas, depilatrios, alisantes de cabelo, sais debanho, dentifrcios, desodorantes, produtos anticas-pa, curativos e outros, ou aplicadas em limpezas depele (descamao) e produtos aromticos. Enzimas

OPERRIOS MICROSCPICOSEM AOA busca por microrganismos que produzem enzimas capazes de

decompor a celulose (celulases), a hemicelulose (hemicelulases)

e a lignina (ligninases) e que, por ter caractersticas variadas, pos-

sam ser usadas em processos industriais, vem sendo feita pelo

grupo de pesquisas em microbiologia e bioqumica do Departa-

mento de Biotecnologia da Escola de Engenharia de Lorena (EEL/

USP). Esses estudos visam determinar com preciso como as en-

zimas encontradas atuam sobre os materiais lignocelulsicos,

contribuindo para o desenvolvimento de tecnologias biolgicas

de polpao da madeira e branqueamento de polpas celulsicas

no Brasil.

Em 1998, um dos trabalhos revelou que a capacidade degrada-

dora da cepa brasileira do fungo Thermoascus aurantiacus, isolada

de pilhas de cavacos de eucalipto em uma empresa de polpa e

papel, tem caractersticas diferentes das observadas na maioria

das cepas desse fungo conhecidas anteriormente. Em 1999, outros

trabalhos revelaram que essa cepa apresenta alta produo da

enzima xilanase (2.880 micromoles por minuto e por grama de

substrato) durante a fermentao em estado slido de bagao de

cana-de-acar. J no farelo de trigo, esse fungo produziu cerca de

2.700 micromoles/min da enzima por grama de substrato. Em 2004foi demonstrado que a produo de xilanase por T. aurantiacusde-

pende principalmente da natureza e concentrao do substrato.

No ano passado, estudo sobre a biodegradao de madeira de

eucalipto (Eucalyptus grandis) e pinho (Pinus taeda) pelo fungo

Ceriporiopsis subvermispora revelou nveis diferenciados (para

cada tipo de rvore) de secreo de hemicelulases e celulases.

Em sntese, alguns trabalhos desenvolvidos pelo grupo de pes-

quisa da EEL/USP indicaram que, quanto mais extensa a degra-

dao da biomassa vegetal (ou seja, a infestao pelo fungo),

maior a taxa de produo das enzimas pelo fungo.

que quebram protenas tm recebido ateno espe-cial da cosmetologia, com destaque para a papana,capaz de promover a penetrao de compostos napele e atuar como agente de raspagem e depilaoem produtos de uso local. importante, no desen-volvimento do cosmtico, conhecer as caractersti-cas da enzima usada, dos demais componentes dafrmula e do recipiente onde acondicionado,alm das condies de armazenamento, para evitarreaes entre essas substncias, que prejudicariama eficcia e a segurana do produto.

Uso no tratamento de euentes O de-senvolvimento das chamadas tecnologias limpas, ouseja, que reduzem o impacto ambiental de umaatividade industrial, tambm conta com a partici-pao de enzimas. Um exemplo o uso na produode polpa de celulose e no branqueamento desta.Combinadas com tcnicas de processamento, as

enzimas permitem reduzir ou at eliminar o uso decloro nessas atividades industriais, evitando a emis-so de substncias organocloradas altamente txi-cas e mesmo cancergenas para o ambiente.

Enzimas so aplicadas ainda no tratamento deefluentes e resduos industriais. As guas residuaisdas indstrias alimentcias, por exemplo, contmgorduras slidas ou lquidas (graxas e leos), quecausam srios problemas de poluio, ao formarfilmes na superfcie dos corpos receptores (impe-dindo o fluxo do oxignio necessrio vida aquti-ca) e ao causar entupimentos. A adio de lipases

a esses efluentes gera substncias mais simples,facilmente degradadas, evitando tais problemas.A indstria txtil uma das maiores geradoras

de efluentes lquidos, em geral txicos e contendocorantes. Tais resduos so normalmente tratadospor processos fsico-qumicos que precipitam e/oucoagulam parcialmente os resduos, seguidos detratamento biolgico com lodos ativados, que contmbactrias capazes de degradar as substncias org-nicas ainda no removidas. Embora esse sistemaretire at cerca de 80% dos compostos poluentes, olodo acumulado, com elevada concentrao de co-rantes, no pode ser reaproveitado. Por isso, tm

sido estudados vrios microrganismos capazes dedegradar poluentes txteis com eficincia e baixocusto. Entre eles esto Bacillus subtillis (que oxidacertos corantes), Phanerochaete chrysosporium ,

Pleorotus ostreatus, Trametes (versicolor e hirsuta),Coriolus versicolor, Pycnoporus (sanguineus e cin-

nabarinus), Phlebia tremellosa, Neurospora crassaeGeotrichum candidum(todos degradam variadoscorantes e mineralizam poluentes resistentes de-gradao),Agaricus bispora(produz a enzima tiro-sinase, que altera a estrutura dos corantes, levando sua precipitao, o que facilita a remoo).


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Essenciais nos biocombustveis Osexemplos mais comuns de biocombustveis, quepodem ser empregados nos motores de forma iso-lada ou misturados com combustveis convencio-nais, so o biodiesel, o bioetanol e o biogs. A uti-lizao dessas fontes de energia renovveis, biode-gradveis e no txicas vem crescendo em todo omundo, o que aumenta a importncia do uso de

enzimas em sua produo.O primeiro pode ser produzido a partir de varia-das fontes, como leos vegetais crus e refinados,resduos da extrao de leos vegetais, leos usadosem cozinha e gorduras animais, com o uso de enzi-mas do tipo lipases, com alto rendimento. No casodo bioetanol, usado h dcadas no Brasil comocombustvel para automveis, a degradao enzim-tica da biomassa vegetal (principalmente bagao epalha de cana-de-acar) bastante estudada hoje.Tal processo consiste no uso de celulases para que-brar as longas molculas de celulose, gerando mo-lculas menores (acares) que em seguida sofermentadas e transformadas em etanol. O bioetanol considerado mais potente que o lcool comum eat 20% menos poluente. No entanto, o custo dasenzimas empregadas no processo precisa ser redu-zido para tornar a produo de bioetanol de celulo-se economicamente vivel.

O biogs uma mistura gasosa combustvel quepode ser produzida a partir de diversos resduosorgnicos (esterco de animais, lodo de esgoto, lixodomstico, resduos agrcolas, efluentes industriaise plantas aquticas) por digesto anaerbia, ou seja,por degradao de matria orgnica pela ao de

bactrias na ausncia de oxignio. O biogs umcombustvel muito menos poluente que o carvo, agasolina e o diesel, pois sua combusto no liberafuligem nem monxido de carbono.

O mercado de enzimas O mercado mundialde enzimas industriais estimado hoje em US$ 2,3bilhes anuais e tem trs segmentos: enzimas tcni-

cas (destinadas a indstrias de tecidos e de produ-tos de limpeza), enzimas para alimentos e bebidas eenzimas para rao animal. As principais enzimas deaplicao industrial so proteases, amilases, lipases,celulases, xilanases e fitases, e as maiores empresasprodutoras so europias: Gist-Brocades (Holanda),Genencor International (Finlndia) e Novo Nordisk(Dinamarca). A ltima detm, sozinha, cerca de me-tade do mercado mundial de enzimas industriais.

No Brasil, em 2005, as importaes de enzi-mas chegaram a US$ 31 milhes e as exportaes aUS$ 3 milhes. As mais importadas foram amilases(US$ 4 milhes), seguidas de proteases (US$ 2,5milhes). O mercado brasileiro de enzimas, emboraainda pouco representativo (cerca de 2% do totalmundial), revela grande potencial, devido enormegerao de resduos agroindustriais e ao dinamismodas indstrias de alimentos, medicamentos, tecidose celulose/papel. A reduo do custo de produode enzimas favorecida, no pas, pela possibilidadede bioconverso de subprodutos agrcolas como fa-relo de trigo, farelo de algodo, casca de soja e outros.Acredita-se, por isso, em um aumento rpido do usode enzimas, de forma geral, e em particular emprocessos industriais, no pas.

SUGESTESPARA LEITURA

AQUARONE, E.,BORZANI, W.,SCHMIDELL, W.,

LIMA, U.A.

Biotecnologia

industrial,volume 3(Processos

fermentativose enzimticos)

e volume 4(Biotecnologiana produo

de alimentos).So Paulo,

Editora EdgardBlcher, 2001.

CASTRO, H. F.;

MENDES, A. A.;SANTOS, J. C.

e outros.Modicaode leos

e gorduras por

biotransformao,in Qumica Nova,

v. 27-1, p. 146,2004.

COSTA, R. B.; SILVA,M. V. A.; FREITAS,S. P. e outros.

Enzimasindustriais:

avaliao domercado nacional(disponvel na

internet em http://www.im.ufrj.br/

~biazutti/jic/programacoes/SESSAO_PAINEL_

IQP-08.pdf).LEMOS, J. L. S.

Seleo demicrorganismopara produo

de xilanasesem bagao de

cana-de-acar,in Srie TecnologiaAmbiental, v. 35,

2006 (disponvelna internet em

http://www.cetem.gov.br/publicacao/

cetem_sta_35.pdf).

NOVONORDISK As pesquisas

feitas em umagrande empresaprodutorade enzimasindustriaisutilizamsosticadosmtodoscomputacionais

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