TÓPICOS SOBRE ENZIMAS UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA ENGENHARIA DE ALIMENTOS Prof. Paulo Duarte...

TÓPICOS SOBRE ENZIMAS

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA

ENGENHARIA DE ALIMENTOS

Prof. Paulo Duarte Filho

BAGÉ – SETEMBRO/2010

2

Estrutura Estrutura EnzimáticaEnzimática

Se covalente

Apoenzima ouApoproteína

Grupo Prostético

Holoenzima

Cofator

Coenzima

Proteína

Pode ser:• íon inorgânico• molécula orgânica

MERCADO GLOBAL DA INDÚSTRIA DE ENZIMAS

- Mercado mundial é estimado em 2,3 bilhões de

dólares anuais:

• indústrias de tecidos e produtos de limpeza;

• indústria de alimentos e bebidas;

• ração animal.

- Brasil: em 2005

• importações chegaram a 31 milhões de dólares;

• exportações a 3 milhões de dólares.


Fonte: Dados de 1998


- as enzimas mais comercializadas no Brasil foram:

• amilases;

• proteases.

- Mesmo não tendo grande representatividade, o

mercado brasileiro apresenta grande potencialidade –

elevada geração de resíduos agroindustriais.


Embrapa e Novozymes buscam enzimas e microrganismos para agroenergia

(Brasília, 29 de junho de 2010) A Embrapa e a

Novozymes discutiram diversos temas para efetivar

parcerias de modo a executar projetos de pesquisa,

desenvolvimento e inovação em agroenergia. Foram

discutidas várias possibilidades de atuação conjunta

das empresas, realizando projetos de exploração de

novas fontes de enzimas e de microrganismos e

identificando aplicações em diferentes aspectos da

produção de alimentos, fibras e biocombustíveis.


Aplicação das enzimas

http://www.novozymes.com.br/produtosesolucoes_produtos.htm

MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Energia de ativação

Energia mínima necessária para que uma

molécula de reagente ou de substrato alcance o estado

de transição para a partir daí tornar-se uma molécula

de produto.

Diferença entre os níveis de energia do estado

basal e o estado de transição.

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


Estado

basal

Estado

basal

Não alteram o estado de equilíbrio• diminuem a energia de ativação;• Keq não é afetado pela enzima.

Não apresenta efeito termodinâmico global • G não é afetada pela enzima.


Sítio Ativo

Região da molécula enzimática (bolsão) que

participa da reação com o substrato.

EE ++ SS EE SS E E P P EE + + P P


Sítio Ativo

- a molécula que é ligada no sítio ativo e age

sobre a enzima é chamada de substrato;

- a superfície do sítio ativo é revestida com

resíduos de aminoácidos – ligam o substrato catalisam

sua transformação química;

- freqüentemente, o sítio ativo envolve um

substrato, seqüestrando-o completamente da solução.


Sítio Ativo

- Charles-Adolphe Wurtz (1880): primeiro a

propor a existência do complexo enzima-substrato;

- fator chave para ação das enzimas;

- ponto inicial para o tratamento matemático que

define o comportamento cinético das reações

catalisadas por enzimas e para descrição teórica dos

mecanismos enzimáticos.


Sítio Ativo

• Pode possuir componentes não protéicos:

cofatores.

• Possui aminoácidos auxiliares e de contato.

Coenzima: molécula orgânica complexa. Ex:NAD+

HOLOENZIMA

Porção protéicaAPOENZIMA

Grupamento prostético

Ativador:Íons inorgânicos que condicionam a ação catalítica das enzimas. Fe²+Cofator


Cofator

• Algumas enzimas que contêm ou necessitam de

um cofator para demonstrar sua atividade.

ENZIMA COFATOR

PEROXIDASE Fe+2 ou Fe+3

CATALASE

CITOCROMO OXIDASE Cu+2

ÁLCOOL DESIDROGENASE Zn+2

HEXOQUINASE Mg+2

UREASE Ni+2


Coenzimas

• Maioria deriva de vitaminas

hidrossolúveis Classificam-se em:

- transportadoras de

hidrogênio

- transportadoras de

grupos químicosCoenzima Abreviatura Reação

catalisadaOrigem

Nicotinamida adeninadinucleotídio

NAD+ Oxi-redução Niacina ouVitamina B3

Nicotinamida adeninadinucleotídio fosfato

NADP+ Oxi-redução Niacina ouVitamina B3

Flavina adeninadinucleotídio

FAD Oxi-redução Riboflavina ouVitamina B2

TRANSPORTADORAS DE HIDROGÊNIO


Coenzimas

TRANSPORTADORAS DE GRUPOS QUÍMICOS

Coenzima Abrev. Reação catalisada Origem Coenzima A CoA-SH Transferência de

grupo acil Pantotenato ou Vitamina B5

Biotina Transferência de CO2

Biotina ou Vitamina H

Piridoxal fosfato PyF Transferência de grupo amino

Piridoxina ou Vitamina B6

Metilcobalamina Transferência de unidades de carbono

Cobalamina ou Vitamina B12

Tetrahidrofolato THF Transferência de unidades de carbono

Ácido fólico

Tiamina pirofosfato

TPP Transferência de grupo aldeído

Tiamina ou Vitamina B1


Teorias propostas para explicar a ação enzimática

Teoria de Emil Fisher (1894): o alto grau de

especificidade originou a hipótese do modelo “chave

fechadura” – enzima possui uma região complementar

a estrutura do substrato em tamanho, forma e

natureza química.



Pesquisas mostraram que esta teoria às

vezes não é a mais adequada ou entra em

conflito com dados experimentais.



Teoria de Daniel Koshland (1958):chamado de

“enzima flexível” ou do ajuste induzido – a ligação do

substrato induz a uma mudança conformacional na

enzima que resulta em um encaixe complementar

depois que o substrato é ligado.



Permitiu a explicação de alguns fatos que não eram

contemplados pelo modelo chave-fechadura.


Dentre os fatos que levaram a proposição da teoria do

ajuste induzido, pode-se destacar:

• centro catalítico ou centro ativo: constituído por

grupos funcionais dos aminoácidos que estruturam as

proteínas na zona catalítica;

• número de grupos funcionais envolvidos na catálise

costuma ser pequeno;


Dentre os fatos que levaram a proposição da teoria do

ajuste induzido, pode-se destacar:

• complexo instável E-S: a estrutura química do

substrato deve ser compatível com grupos ativos da

enzima;

• nem sempre a ação catalítica depende da molécula

como um todo, ás vezes depende somente da parte

associada ao centro ativo.


Sendo assim, a teoria propõe:

a) deve ocorrerem mudanças consideráveis na

geometria da proteína quando o substrato se liga ao

centro ativo;

b) deve ser necessária uma orientação do

grupo catalítico para que a transformação ocorra;

c) o substrato deve induzir sua própria

orientação pela mudança na geometria, o que facilita

a ligação ao centro ativo.


As principais evidências experimentais desta teoria

são:

a) mudanças no centro ativo em ligação com o

substrato;

b) mudanças na reatividade dos do sítio

catalítico;

c) mudanças na fluorescência e absorbância

dos grupos;

d) mudanças demonstráveis por medidas

termodinâmicas.


- Nem todos os complexos enzima-substrato formados

originam um determinado produto;

- Substrato se liga ao sítio ativo de maneira incorreta;

- formação de intermediários covalentes entre a

enzima e o substrato:

a) formam intermediários covalentes: número

de posições – enzima e substrato;

b) não formam intermediários covalentes.


Por que as enzimas possuem a capacidade de

aumentar a velocidade das reações em ordens

de 108 a 1020 vezes???


Principais razões:

1) a enzima se liga ao substrato de modo que a

ligação susceptível está:

- estreita proximidade ao grupo catalítico

no sítio ativo;

- orientada de tal maneira em relação ao

grupo catalítico que o estado de transição é formado

facilmente.


Principais razões:

2) formação de intermediários covalentes

instáveis: sofrem a reação mais rapidamente para

formação de produtos – catálise ácido-básica

As enzimas possuem grupamentos que podem agir

como ácido ou como base – amínicos, carboxílicos,

fenólicos, hidroxílicos, entre outros.


3) algumas enzimas podem atuar como

catalisadores nucleofílicos e eletrofílicos;

4) enzima pode induzir uma distorção ou tensão

em ligações susceptíveis da molécula do substrato –

torna mais fácil o rompimento da ligação.


- Não se sabe ao certo como determinar

quantitativamente a influência de cada fator no

aumento da velocidade de reação;

- Mas sim uma combinação específica de fatores é a

responsável pela aceleração global da reação –

característica dos seres vivos – simultaneidade de

reações e efeitos.

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