Enzimas, Importância Ambiental e Fatores Que Afetam Sua Atividade

7/25/2019 Enzimas, Importncia Ambiental e Fatores Que Afetam Sua Atividade

1/17

FUNDAO DE ASSISTNCIA E EDUCAO FAESA

FACULDADES INTEGRADAS ESPIRITO-SANTENSES

ENGENHARIA AMBIENTAL

AMANDA DOS SANTOS SOARES

ANDR DE OLIVEIRA PEREIRA

ENZIMAS: IMPORTNCIA AMBIENTAL E FATORES QUE AFETAM SUAATIVIDADE

VITRIA

!"#


2/17

" INTRODUO

A clula pode ser comparada a um minsculo laboratrio no qual ocorre a sntese e

a degradao de grande nmero de substncias. Estes processos so efetuados por

$%&'()*+

Enzimas so catalisadores biolgicos que entram nas reaes qumicas mas no se

tornam parte delas. o consideradas o !crebro" da clula# porque ditam e

controlam todas as reaes celulares.

egundo $ic%aelis# a definio de enzima &do grego# en, dentro# e zmee# le'edura( )cada um dos catalisadores de ao especfica# produzidos pelas clulas# que

atuam nas reaes bioqumicas que nelas se passam.

As enzimas so utilizadas na *iologia $olecular e na *iomedicina#no desen'ol'imento de metodologias analticas# na fabricao deprodutos tecnolgicos e no tratamento de resduos. o bastanteati'as e 'ers+teis# no requerem altas temperaturas e 'alorese,tremos de p- e e,ecutam uma 'ariedade de transformaes demodo seleti'o e r+pido em condies brandas de reao# o que torna

altamente dese+'el o seu uso como catalisadores. /eralmente# osprocessos industriais que empregam enzimas so relati'amentesimples# f+ceis de controlar# eficientes energeticamente e requeremin'estimentos de bai,o custo.

$icrorganismos ou substncias com essa propriedade + eramusados por populaes %umanas muito antigas para modificaralimentos 0 fermentar u'as e fabricar o 'in%o# ou alterar o leite eproduzir queio# por e,emplo. 1epois que os cientistas des'endarama atuao das enzimas# estas passaram a ser cada 'ez maisempregadas# com 'ariadas finalidades. -oe# essas protenasespeciais so teis inclusi'e na indstria# no apenas na +rea dealimentos# mas em muitos outros setores.

Essa maior compreenso possibilitou o emprego dessas protenasespeciais em processos industriais de diferentes +reas2 mdica#alimentcia# t3,til# qumica# de papel e celulose e muitas outras. 4'antaoso usar enzimas na indstria# porque elas so naturais# not,icas e especficas para determinadas aes. Alm disso# socapazes de alterar as caractersticas de 'ariados tipos de resduos#contribuindo para reduzir a poluio ambiental. 5 mercado brasileirode enzimas# embora pequeno diante do mundial# apresenta grande

potencial# em funo da enorme disponibilidade de resduosagroindustriais e do dinamismo dos setores industriais citados acima.


3/17

OB,ETIVOS

6.7 1emonstrar a utilizao das enzimas em 'ariados setores eseu benefcio para o meio ambiente.

6.6 1emonstrar os fatores que afetam a ati'idade das enzimas.


4/17

A./'0)12$* 3)* $%&'()* : S$4 5$%$670'8 .)9) 8 ($'8)(5'$%$ $ 8 $6$'8* ;4$ )6$)( ) )'


5/17

As enzimas so bastante especficas# decompondo ou compondo apenas certassubstncias em certas condies de temperatura# p- e concentrao do substrato&substncia na qual a enzima atua(.

Algumas transformaes en'ol'em '+rias enzimas como a da glicose em +gua eg+s carb>nico que le'a 6? passos# cada passo com a participao de '+riasenzimas.

@uando as enzimas so aquecidas# elas aceleram ainda mais as reaes# masapenas at certo ponto a partir do qual elas se modificam e perdem suaspropriedades catalisadoras. @uando a temperatura cai# as enzimas 'oltam ao seuestado anterior.

As enzimas t3m a capacidade de agir sobre o sangue# gordura# muco# sali'a#

protenas em geral# produzindo um substrato mais f+cil de ser remo'ido pelosagentes de limpeza# tornando mais efeti'a a ao dos mesmos.

or que usar enzimasmicos# diminuindoo consumo de energia e recursosB mais confi+'eis e que poluem menos.

As enzimas so espantosamente eficientes : muito pouco necess+rio para um grande resultado. Elas so muito especficas# oque e'ita resultados indese+'eis. As altas temperaturas e presses#fortes +cidos ou +lcalis e perigosos qumicos necess+rios a muitosprocessos industriais significam perigo potencial ao ambiente detrabal%o e ao meio ambiente. Atualmente# as enzimas podemsubstituir muitos desses qumicos e permitir uma produo segura eambientalmente correta.

Enzimas e o $eio Ambiente

A grande preocupao ambiental desencadeou uma procura intensa por outras

alternati'as# as c%amadas Ctecnologias limpasC.


6/17

As enzimas so uma dessas tecnologias e iro# gradati'amente#substituir muitos componentes qumicos utilizados nos processosindustriais atuais. Dsso demonstra a grande capacidade deminimizao de problemas ambientais oferecida pelas enzimas e que

podem ser resumidas em2 trabal%am em bai,as temperaturas econdies amenasB podem ser usadas para substituir condies ecomponentes qumicos perigosos resultando em economia deenergia e diminuio da poluioB como so altamente especficas#no produzem efeitos inesperados no processo de produoB podemser utilizadas para o tratamento de resduos biolgicosB as enzimasem si so biodegrad+'eis# ou sea# so facilmente absor'idas pelanatureza. As indstrias esto diante de um grande desafio. Elasprecisam proteger o meio ambiente e# ao mesmo tempo# oferecer osprodutos# os ser'ios e os empregos e,igidos pela sociedade.

9om a conser'ao dos recursos naturais e a proteo ao meio ambiente tornando:se cada 'ez mais importantes# o camin%o para no'as aplicaes de enzimas est+aberto nos mais 'ariados tipos de indstrias.

;.7.7 Aplicao de Enzimas na Dndstria 3,til2

5s processos enzim+ticos podem ser utilizados para alterar aspropriedades das fibras t3,teis e t3m como principal 'antagem# sobrea utilizao de reagentes qumicos# o fato de no implicaremqualquer efeito noci'o ao meio ambiente. Fato este# pelo qual nosltimos anos# com a crescente conscientizao e preocupao pelomeio ambiente# muitas pesquisas t3m sido desen'ol'idas com oobeti'o de aplicar enzimas nas diferentes etapas do beneficiamentot3,til. A utilizao de enzimas no processo t3,til# 'isando = remoodas impurezas no celulsicas denomina:se biopreparao#biopurga# purga enzim+tica ou bioscouring e apresenta inmeras

'antagens# contribuindo para o mel%oramento ecolgico do processo#pois substitui produtos qumicos normalmente utilizados# em algunsprocessos t3,teis# reduzindo considera'elmente o impacto ambientalassim como os danos =s fibras. A enzima utilizada no processomel%ora a qualidade das fibras# pois altamente especfica#permitindo a produo de produtos acabados de mel%or qualidadecom relao ao aspecto 'isual# toque e propriedades de resist3ncia.Geduz o desgaste do equipamento e confere maior fle,ibilidade nasua utilizao. ossibilita economia de energia# requer maior controledo processo e possibilita aumento de produti'idade.


7/17

;.7.6 Enzimas para degradao da celulose

Ao in's do amido# cua funo biolgica de armazenamento deenergia facilmente recuper+'el# a celulose possui uma funo

estrutural e sua principal caracterstica biolgica a resist3ncia =degradao. or isso# a %idrlise enzim+tica de materiallignocelulsico requer doses de enzima dezenas de 'ezes maioresque o amido. 1e'ido a esses ele'ados consumos# as enzimas para%idrlise da celulose possuem um grande impacto econ>mico naproduo de etanol. 5 desen'ol'imento de misturas enzim+ticasmais eficazes e econ>micas que permitam reduzir a dosagemrepresenta um interesse estratgico para a competiti'idade do etanolde segunda gerao. 5s obeti'os do programa so por isso oaumento da efici3ncia das misturas enzim+ticas# assim como areduo de seu custo e consumo. As lin%as de in'estigao da A*Hno campo das enzimas para %idrlise de biomassa so as seguintes2

Dsolamento e e,presso de genes correspondentes a no'asati'idades enzim+ticas lignocelulsicas. Dsolamento e mel%oria demicroorganismos produtores de celulases. 9aracterizao eotimizao das misturas enzim+ticas produzidas. 5timizao dascondies de %idrlise da biomassa e posterior fermentao.Dncremento da produo de enzimas# assim como reduo doscustos de produo. Geduo da dose de enzima# mediante aaplicao dos a'anos obtidos nas lin%as anteriores. Alm disso#dispomos de uma equipe altamente qualificada de engen%eiros#qumicos e bioqumicos que esto trabal%ando no desen'ol'imentodessa tecnologia# abordando tanto os aspectos relati'os =adequao do organismo = produo do coquetel enzim+tico timo#

como o processo de fermentao necess+rio para sua obtenoindustrial. As instalaes piloto de IorJ e de demonstrao da *9KLso crticas para o desen'ol'imento dos enzimas e permitem =Abengoa *ioenerga dispor de uma base de ensaios nica a n'elmundial. or ltimo# a Abengoa *ioenerga dispe de uma licena da1Kadic para o uso e modificao de um organismo que produz asenzimas necess+rias para a con'erso da celulose em acares eque# portanto# controlam um passo crtico e necess+rio na tecnologiada %idrlise enzim+tica. 9om essa tecnologia# se dispe de umproduto necess+rio para a tecnologia da %idrlise enzim+tica# queser+ utilizada tanto em nossas instalaes como em f+bricas deterceiros que empreguem esse processo para produzir bioetanol.

rocesso tpico de bioetanol baseado em enzimas


8/17

;.7.; EHMD$A E$ G5185 1E LD$EMA

Ho incio do sculo NN# GO%m&7P7;(# desen'ol'eu o primeiro mtodode la'agem de tecidos com detergentes que contin%am enzimas#

abricando a primeira formulao desses detergentes. A empresa deGO%m patenteou o produto em 7P7; e a preparao foicomercializada at os anos sessenta. A formulao do produtobasea'a:se na tripsina# uma enzima digesti'a produzida no pncreasde mamferos. 5 produto no obte'e grande sucesso# pois a tripsinano era suficientemente ati'a em lquidos fortemente alcalinos &p-maior que P#Q(# obtidos pela diluio do detergente &*on# 7PP?(. Em7P?P# ocorreu um desen'ol'imento marcante na indstria dedetergentes. 5 qumico suo Raag# que trabal%ou para a compan%iade detergentes /ebrSder c%nKder# em *iel# na ua# desen'ol'euum produto no'o denominado *io TQ# que contin%a uma proteasebacteriana em substituio = tripsina. Embora a protease bacterianafosse mais adequada ao propsito industrial# esse ainda no era oproduto ideal. Em 7PU6# a empresa Ho'o HordisJ lanou no mercadoum produto denominado AlcalaseV. A ao dessa protease alcalinaobtida de microrganismos no era afetada por outros componentesdo detergente e era eficaz nas temperaturas deseadas &Ho'ozKme#6QQQ(.5 primeiro grande sucesso de marJeting de um detergenteformulado com enzimas foi o *iote,# que contin%a AlcalaseV e foiproduzido pela W5G$AHX9-8LE &atualmente Wortman Dntradal(em colaborao com /ebrSder c%nKder. 5 sucesso desse produto

marcou uma real ino'ao na utilizao de enzimas em detergentesa partir de ento &Ho'ozKme# 6QQQ(. 5 uso de enzimas parapropsitos industriais progrediu rapidamente aps 7PU?# de'ido#principalmente# ao uso crescente de diferentes enzimas emdetergentes. Entretanto# %ou'e um retrocesso tempor+rio no incio dadcada de setenta# quando se a'eriguou que as enzimas poderiamcausar reaes alrgicas &Ho'ozKme# 6QQQ(. or iniciati'a do .Foodand 1rug Administration. &F1A(# a Hational AcademK ofcience. &HA(# efetuou uma ampla in'estigao sobre esseassunto. A HA# em seu relatrio de 7PY7# concluiu que as enzimas

presentes nas formulaes de detergentes no s so inofensi'asaos consumidores# como tambm proporcionam 'antagenstecnolgicas definidas = indstria. 5s produtores de detergentes so%oe os maiores consumidores de enzimas industriais. or isso#constantemente# esto sendo desen'ol'idos no'os produtoscontendo no'as enzimas e no'as formulaes com tal finalidade. Aprincipal e mais recente ino'ao nesse campo foi a introduo# em7PZZ# de uma formulao com lpase &Ho'ozKme# 6QQQ(.


9/17

;.7.T 8so de enzimas em raes

5 interesse no uso de enzimas em raes para a'es tem aumentado de'ido aocusto cada 'ez maior das matrias primas tradicionais e a busca por outros

ingredientes alternati'os como a ce'ada# a'eia# arroz e trigo# entre outros.

As enzimas tambm so consideradas como uma forma de reduzira contaminao ambiental com nutrientes nas e,cretas# tais comoo fsforo# nitrog3nio# cobre e zinco. Alm disso# e,iste umapreocupao cada 'ez maior com a adio de aditi'osantimicrobianos nas raes.

A utilizao de enzimas seria# portanto# uma alternati'a para o usode promotores antibiticos# com o obeti'o de aumentar adigestibilidade dos alimentos e o desempen%o das a'es. @uemafirma o professor Ros Goberto artori# do 1epartamento de$el%oramento e Hutrio Animal# da Faculdade de $edicina[eterin+ria e Mootecnia 8HE : 9mpus de *otucatu. )A escol%ado tipo de enzima a ser utilizada 'ai depender do tipo de substratoque se desea trabal%ar\. &'ea tabela 7(.

abela 7

Gesumo das enzimas utilizadas em raes para a'es.

Enzima Substrato Efeitos

Xilanase Arabinoxilanas

Reduo da viscosidade da digesta.

Glucanases b-glucanos Reduo da viscosidade da digesta. Menorumidade na cama.

ectinases ectinas Reduo da viscosidade da digesta.

!elulases !elulose "egradao da celulose e liberao de nutrientes

roteases rote#nas Su$lementao das enzimas end%genas."egradao mais e&ciente de $rote#nas.

Amilases Amido Su$lementao das enzimas end%genas."egradao mais e&ciente do amido.

'itase (cido f#tico Mel)ora a utilizao do f%sforo dos vegetais.Remoo do *cido f#tico.

Galactosidases Galactos#dios Remoo de Galactos#dios


10/17

+i$ases +i$#dios e*cidosgraxos

Mel)ora a utilizao de gorduras animais evegetais

Ada$tado de !+E,AS et al. /0012.

+ F)89$* ;4$ )6$)( ) )'


11/17

do inibidor no permite que o substrato se ligue ao stio ati'o da enzima.

5s inibidores no:competiti'os so aqueles que no se assemel%am ao substrato e#

portanto# ocupam um stio diferente do stio ati'o. A ligao do inibidor permite que o

substrato se ligue ao stio ati'o da enzima# como mostra o esquema abai,o# mas

no ocorre reao com formao de produto.

5s inibidores irre'ers'eis so aqueles que se ligam =s enzimas com alta afinidade e

no apresentam um equilbrio de ligao como obser'amos com os re'ers'eis.

;.6.? Efeito da emperatura na Ati'idade Enzim+tica

A 'elocidade de uma reao qumica afetada pela temperatura 0 isso pode ser

e,plicado pela teoria de Arr%enius que se baseia na %iptese de que duas partculas

de'em se colidir na orientao correta e com energia cintica suficiente para que os

reagentes seam transformados em produtos.

ode:se dizer que o mesmo acontece com as reaes catalisadas por enzimas#

lembrando que a 'ariao de temperatura afeta as constantes cinticas &Wm e[m+,(.

Em bai,as temperaturas# as reaes so mais lentas de'ido = queda da energia

cintica do sistema. orm# como as enzimas so protenas# o aumento da

temperatura no causa apenas o aumento da 'elocidade de reao# mas# sim# dois

efeitos opostos2

at determinada temperatura# ocorre um A8$EH5 da 'elocidade de reaoB

a partir de determinada temperatura# %+ uma 1D$DH8D^_5 na 'elocidade de reao.


12/17

Figura 7

1iagrama

esquem+tico

mostrando o

efeito da

temperatura na

ati'idade de

uma enzimaB

``perodo de incubao curtoB ::::: longo perodo de incubao.

Hote que a temperatura em que se obser'a a m+,ima ati'idade enzim+tica 'aria

com o tempo de incubao.

Figura cedida pelo 1r. $artin 9%aplin# dosite %ttp2.lsbu.ac.uJbiologKenztec%temperature.%tml

Dsso acontece porque as enzimas so protenas e como tal# podem ser

desnaturadas. 5u sea# a partir de uma determinada temperatura# as enzimas

perdem sua estrutura nati'a# o que le'a = perda de funo.

Figura 6
http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/temperature.htmlhttp://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/temperature.html


13/17

1iagrama esquem+tico mostrando o efeito da temperatura na estabilidade de uma

enzima. As cur'as mostram o percentual de ati'idade remanescente em funo dotempo de incubao em diferentes temperaturas.

1e cima para bai,o# %+ um aumento equi'alente de temperatura &?Q9# ??9# UQ9#

U?9 e YQ9(.

Figura cedida pelo 1r. $artin 9%aplin# do

site %ttp2.lsbu.ac.uJbiologKenztec%temperature.%tml

ode:se notar que a ati'idade de uma enzima diminui com o tempo de incubaoem determinadas temperaturas. Ho e,emplo da figura 6# uma enzima perde 6Q desua ati'idade original quando incubada por TQ minutos a ??9. Hote que quantomaior a temperatura de incubao# mais r+pido o processo de desnaturaotrmica.

Ho processo de desnaturao trmica# a estrutura terci+ria se desfaz# pois a

protena perde interaes H_5:95[ALEHE. Ho %+ quebra de ligaes

peptdicasB com o aumento da temperatura rompem:se ligaes de %idrog3nio#

interaes eletrost+ticas e %idrofbicas. 9omo as ligaes de %idrog3nio soestabilizadoras de estruturas secund+rias# estas tambm podem ser perdidas

durante o processo de desnaturao trmica.

ara muitas enzimas# o processo de desnaturao trmica irre'ers'el. 5 tempo

de incubao da protena numa determinada temperatura pode acelerar o processo

de desnaturao trmica e definir se o mesmo ser+ re'ers'el.

Alm disso# a ligao do substrato na enzima causa mudanas estruturais que amantm mais est+'el. Esse o caso da %e,ocinase# que sofre uma grande

mudana conformacional quando glicose se liga ao seu stio ati'o2
http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/temperature.htmlhttp://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/temperature.html


14/17

-e,ocinase de le'edura na aus3ncia de

/licose

&6K%,.pdb(

-e,ocinase de le'edura na presena de

/licose

&6K%,.pdb(

Ha aus3ncia de glicose# a temperatura de desnaturao da enzima de TZ#6 9. Ha

presena de glicose# a estabilidade da enzima aumenta e a temperatura de

desnaturao sobe para to ?;.Y 9 7#6# podendo c%egar a U6 o9 com e,cesso de

glicose ;.

A ligao de glicose na %e,ocinase de le'edura aumenta# tambm# a estabilidade

trmica da enzima. Dsso foi obser'ado em e,perimentos semel%antes aos ilustrados

na Figura 6# sendo que calculou:se o tempo necess+rio para perda de ?Q de

ati'idade enzim+tica &tQ.?(. 5 tQ.? foi de ;T#U min para a enzima incubada emtampo# na aus3ncia de glicose. @uando o meio de incubao contin%a glicose# o

tQ.? aumentou para TQQ min# ou sea# a estabilidade da enzima aumentou mais de

7Q 'ezes T.

Ateno2 $uitas pessoas dizem @8DHAE quando se referem =s enzimas que

catalisam reaes de fosforilao. Dsso porque em ingl3s se diz WDHAE. $as essa

nomenclatura est+ equi'ocada# pois WDHEWDH5# de origem grega# o prefi,o usado

em ingl3s para denotar mo'imento como em Jinetic &cintica( ou mesmo em9DHE$A.


15/17

A 'elocidade de uma reao catalisada por enzimas pode aumentar em um fator de

7#6 a 6#? 'ezes para cada 7Q9 de aumento de temperatura. Dsso se de'e aos'alores tpicos de energia de ati'ao que 'ariam de 7? a YQ JR.$:7 ?. Esse

aumento de 'elocidade quantificado pelo termo @7Q# tambm con%ecido como

coeficiente de temperatura.

# CONCLUSO

A produo de enzimas uma +rea da *iotecnologia em e,panso# que mo'imenta

bil%es de dlares anualmente. Ho'as enzimas e usos esto sendo descobertas a

partir do trabal%o conunto de equipes multidisciplinares da $icrobiologia#

*ioqumica# @umica# Engen%aria *ioqumica# entre outras +reas# complementando

os con%ecimentos que cada +rea possui sobre as enzimas. E so decrescentes os

custos das enzimas industriaisB assim# a utilizao de enzimas tende a aumentar


16/17

continuamente.

or outro lado e,istem fatores que influenciam negati'amente na ati'idade das

enzimas# e so capazes de alterar sua ati'idade e# consequentemente# a 'elocidadedas reaes por elas catalisadas.

REFERNCIAS

*arcelos# E. D.B Friederic%s# D.B /oularte# . A./'0)1>8 3$ E%&'()* %) I%3?*9')T@'/+ Florianpolis# 6QQP. 1ispon'el em2h%ttp2.enq.ufsc.brlabsprobiodiscengbioqtrabal%osgradtrabal%osgrad6QQP7te,tilte,til.pdfj. Acesso em2 6P maio 6Q7T.

*ianconi# $. L.

E6$'8 3) T$(.$9)49) %) A'


17/17

de Raneiro2 Geader"s 1igestB o aulo2 $el%oramentos# 6QQQ.

E%&'()* .)9) 3$9)3)1>8 3) 0$/4/8*$. 1ispon'el em2h%ttp2.abengoabioenergK.comebptnue'astecnologiastecnologiasenzimas

j Acesso em2 6P maio 6Q7T.

$8A5# . D.B FEGHAH1E# $.B $DLA/GE# A. $. F. Enzimas2 poderosaferramenta na indstria. C'@%0') H8$# o aulo# '. T7# edio 6T6# p. 6Z:;;# out.6QQY.

,liveira3 !.4 Muller3 '4 Segato3 M. APLICAES DE ENZIMAS EMPRODUTOS DE LIMPEZA+ Florianpolis.1ispon'el em2h%ttp2.enq.ufsc.brlabsprobiodiscengbioqtrabal%osgrad6QQTdetergenteenzimasprodutoslimpeza.%tmj. Acesso em2 6P maio 6Q7T.

5GLAH1ELLD# G. 9. et al.Enzimas de interesse industrial2 produo por fungos e

aplicaes.S)5'8*2 re'ista de ade e biologia# 9ampo $ouro# '.Y# n.;# p.PY:7QP#set. dez. 6Q76.

G5*EGD# E. $. F. 1.B -D*# R. D$ R85$9'*2 *ases da *iologia 9elular e $olecular.T. ed. re'. e atual. Gio de Raneiro2 /uanabara Woogan# 6Q76# ;ZP p.

A*ED# . O .9'%07.'8 3) 8)/'3)3$2 uma an+lise do processo da energia 'ital.o aulo2 ummus Editorial# 7PP7.

U*8 3$ $%&'()* $( 9)12$*+ 1ispon'el em2h%ttp2.bic%oonline.com.brartigosaaQQT7.%tm j. Acesso em2 6P maio 6Q7T.

Enzimas, Importância Ambiental e Fatores Que Afetam Sua Atividade

Documents

Transcript of Enzimas, Importância Ambiental e Fatores Que Afetam Sua Atividade