msc. elizonete peres de farias enzimologia e tecnologia das fermentaÇÕes

MSc. Elizonete Peres de FariasMSc. Elizonete Peres de Farias

ENZIMOLOGIA E TECNOLOGIA DAS ENZIMOLOGIA E TECNOLOGIA DAS FERMENTAÇÕESFERMENTAÇÕES

Apesar de possuírem centenas de resíduos de aminoácidos, apenas alguns deles são diretamente responsáveis pela catálise

EnzimasEnzimas

As enzimas, conhecidas como biocatalisadores, são proteínas, formadas por longas cadeias de aminoácidos com ligações peptídicas.

Moléculas de origem biológica que apresentam atividade catalítica.

Podem ocorrer naturalmente ou ser criadas sinteticamente.Geralmente são proteínas, entretanto moléculas deRNA CATALITÍCO e DNA CATALÍTICO também foram identificadas.

Catálise biológica → início séc. XIXdigestão da carne: estômago;digestão do amido: saliva.

Na década de 1850Louis Pasteur ‐ concluiu que a fermentação do açúcar em álcool pela levedura era catalisada por “fermentos” = enzimas

Eduard Buchner (1897)extratos de levedo podiam fermentar o açúcar até álcool;enzimas funcionavam mesmo quando removidas da célula viva.

Histórico EnzimasHistórico Enzimas

Histórico Enzimas Histórico Enzimas

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.

Os principais benefícios da utilização Os principais benefícios da utilização de enzimas como catalisadores de enzimas como catalisadores

Possuem alta capacidade catalítica;São estereoseletivas quanto ao substrato;São extremamente versáteis;Atuam em condições e temperaturas moderadas;O meio onde vão agir deve apresentar condições favoráveis de pH, temperatura,polaridade do solvente e força iônica. São altamente específicas;São catalisadores altamente eficientes;São também usadas no tratamento de resíduos e de material biológico, pois são biodegradáveis, o que as tornam rapidamente absorvidas pela natureza;.

Os principais benefícios da Os principais benefícios da utilização de enzimas como utilização de enzimas como catalisadores catalisadores

Por atuarem geralmente em condições amenas, as enzimasminimizamminimizam reações laterais indesejadas, como: decomposição, isomerização e rearranjos que, no caso específico dos alimentos, modificariam características fundamentais, como aparência, cor e paladar.aparência, cor e paladar.

Destacam‐se ainda pela químio‐seletividade, ou seja, a atuação em um único tipo de grupo funcional, proporcionando para a indústria farmacêutica a obtenção de fármacos com efeitos colaterais efeitos colaterais reduzidos.reduzidos.

Atuação das EnzimasAtuação das EnzimasAs enzimas aceleram a velocidade de uma reação por

diminuir a ENERGIA LIVRE DE ATIVAÇÃO ENERGIA LIVRE DE ATIVAÇÃO da mesma, sem alterar a termodinâmica da reação, ou seja:

A energia dos reagentes e produtos da reaçãoA energia dos reagentes e produtos da reaçãoenzimática e de sua equivalente não enzimática sãoenzimática e de sua equivalente não enzimática são

idênticas.idênticas.

Para se superar a energia de ativação de uma reação, passa-se pela formação de um estado intermediário

chamado "Estado de Transição", "Estado de Transição", sempre um composto instável e de alta energia, representado por “ES*", ligado

com altíssima afinidade ao sítio catalítico.

Atuação das EnzimasAtuação das EnzimasNas reações enzimáticas, este composto de transição “ES*" não pode ser isolado ou mesmo considerado um intermediário, uma vez que não é liberado para o meio de reação; sua formação ocorre NO SÍTIO sua formação ocorre NO SÍTIO CATALÍTICO da enzima!CATALÍTICO da enzima!

Como a afinidade do “ES*" ao sítio catalítico é muito maior que a afinidade do substrato com o mesmo, a pequena quantidade de moléculas em “ES*" será rapidamente convertida em produto. Assim, todo o fator que leva a um aumento do aumento do número de moléculas em “ES*" número de moléculas em “ES*" aumenta a velocidade da reaçãoaumenta a velocidade da reação.

Atuação das EnzimasAtuação das EnzimasNão alteram o estado de equilíbrioNão alteram o estado de equilíbrio

Abaixam a energia de ativação;Keq não é afetado pela enzima.

Não apresenta efeito termodinâmico globalNão apresenta efeito termodinâmico globalΔG não é afetada pela enzima.

Atuação das EnzimasAtuação das Enzimas

Atuação das EnzimasAtuação das EnzimasAceleram reações químicasAceleram reações químicas

Ex: Decomposição do HEx: Decomposição do H22OO22

Atuação das EnzimasAtuação das EnzimasNão são consumidas na reaçãoNão são consumidas na reação

Ex: Decomposição do HEx: Decomposição do H22OO22

Atuação das EnzimasAtuação das EnzimasAtuam em pequenas concentraçõesAtuam em pequenas concentrações

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.

Especificidade Substrato\Especificidade Substrato\Enzima:Enzima:

A especificidade da enzima, se deve à existência, na superfície da enzima de um local denominado SÍTIO DE SÍTIO DE LIGAÇÃO DO SUBSTRATO LIGAÇÃO DO SUBSTRATO O sítio de ligação do substrato de uma enzima é dado por um arranjo tridimensional especial .O sítio de ligação do substrato é capaz de reconhecer inclusiveisômeros óticos "D" e "L" de um mesmo composto. Este sítio pode conter um segundo sítio, chamado SÍTIO CATALÍTICO SÍTIO CATALÍTICO ou SÍTIO ATIVO, ou SÍTIO ATIVO, ou estar próximo dele; é neste sítio ativo que ocorre a á p q reação enzimática.Alguns modelos procuram explicar a especificidadesubstrato/enzima:

Emil Fisher (1894) ‐ “Chave e Fechadura”Koshland Jr. (1958) ‐ “ Encaixe Induzido”

Especificidade Substrato\Especificidade Substrato\Enzima:Enzima:

Emil Fisher (1894) ‐“Chave Emil Fisher (1894) ‐“Chave e Fechadura”e Fechadura”

Koshland Jr. (1958) - “ Koshland Jr. (1958) - “ Encaixe Induzido”Encaixe Induzido”

A Enzima é Complementar a seu Substrato no Estado de Transição

Nomenclatura das Nomenclatura das enzimas:enzimas:

Nome Recomendado: Mais curto e utilizado no dia Nome Recomendado: Mais curto e utilizado no dia aadia de quem trabalha com enzimas; Utiliza o sufixo"ase" para caracterizar a enzima. Exs: Urease,Hexoquinase, Peptidase, etc.Nome Sistemático (IUB): Mais complexo, nos dáNome Sistemático (IUB): Mais complexo, nos dáinformações precisas sobre a função metabólica daenzima. Ex: ATP‐Glicose‐Fosfo‐Transferase.Nome Usual : Consagrados pelo uso; Exs: Nome Usual : Consagrados pelo uso; Exs: Tripsina,Tripsina,Pepsina, Ptialina.


Século XIX - poucas enzimas identificadas

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

gorduras (lipo - grego) – LIPASELIPASEamido (amylon - grego) –AMILASEAMILASE

Nomes arbitrários: Tripsina e pepsina – proteasesTripsina e pepsina – proteases

As enzimas podem ser classificadas de acordo com As enzimas podem ser classificadas de acordo com vários critérios. Segundo a União Internacional de vários critérios. Segundo a União Internacional de Bioquímica (IUB), temos baseado na unidade de Bioquímica (IUB), temos baseado na unidade de atividade e ação catalítica a classificação em:atividade e ação catalítica a classificação em:

SubclassesSubclasses

Regulação EnzimáticaRegulação EnzimáticaMudanças ConformacionaisMudanças Conformacionais

⇓⇓Atividade Catalítica (pH. Temperatura, Cofatores)Atividade Catalítica (pH. Temperatura, Cofatores)

pH- carga resíduos aas da proteína depende da concentração protóns no meio-acúmulo cargas – ou + - desestabilizam a proteínaSolventes orgânicos – menos polares – efeito desnaturante e alterar formação ligações de H, interações polares e aumentar forças eletrostáticasTemperatura – aumento nível térmico – aumento vibracional – rompimento ponte H e interações polares.

Cofatores e CoenzimasCofatores e Coenzimas

Coenzima: quando o cofator não se liga Coenzima: quando o cofator não se liga covalentemente à enzimacovalentemente à enzima

Grupo prostético: grupo de caráter não protéico Grupo prostético: grupo de caráter não protéico que encontra-se associado a enzimaque encontra-se associado a enzima

COFATORES necessários para COFATORES necessários para o funcionamento da enzimao funcionamento da enzima

Holoenzima: enzima + cofator (enzima Holoenzima: enzima + cofator (enzima cataliticamente ativa)cataliticamente ativa)

Apoenzima ou apoproteína: refere-se somente a Apoenzima ou apoproteína: refere-se somente a parte protéica da enzimaparte protéica da enzima

As enzimas reguladas por modificações não-As enzimas reguladas por modificações não-covalentes são chamadas de alostéricas.covalentes são chamadas de alostéricas.

CoenzimasCoenzimas

A Catálise Enzimática e o Complexo Enzima-A Catálise Enzimática e o Complexo Enzima-SubstratoSubstrato

QuimiotripsinaQuimiotripsina

Sítio ativo – porção da estrutura protéica da enzima onde liga-se o substrato

O centro ativo: O centro ativo: região da enzima região da enzima onde ocorre a onde ocorre a catálisecatálise

Algumas enzimas que contêm ou Algumas enzimas que contêm ou necessitam de elementos necessitam de elementos

inorgânicos como cofatoresinorgânicos como cofatores

Efeito da Concentração do Substrato na Efeito da Concentração do Substrato na Velocidade Inicial de uma Reação EnzimáticaVelocidade Inicial de uma Reação Enzimática

Equação de Equação de Michaelis-MentenMichaelis-Menten

[E] = constante e limitante[E] = constante e limitante

O gráfico de 1/vO gráfico de 1/voo x 1/[S] x 1/[S]

A forma dos inversos A forma dos inversos da equação de da equação de Michaelis-Menten ou Michaelis-Menten ou equação de equação de Lineweaver-BurkLineweaver-Burk

Modo mais correto de Modo mais correto de se determinar Vse determinar Vmaxmax e Km e Km

O Desenvolvimento de enzimas por técnicas O Desenvolvimento de enzimas por técnicas de DNA recombinante Enzimas alimentares de DNA recombinante Enzimas alimentares

derivadas de microorganismos derivadas de microorganismos geneticamente modificados.geneticamente modificados.

Utilização de Enzimas Utilização de Enzimas na Indústriana Indústria

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