Enzimas

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Conceitos, modo ação, classificação das enzimas

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Enzimas

  1. 1. Prof. Dra. Adriana Dantas UERGS,Vacaria, RS
  2. 2.   Enzimas são um grupo de substâncias orgânicas de natureza geralmente proteica;  Atividade intra ou extracelular;  Funções catalisadoras, ou seja, catalisam reações químicas que, sem a sua presença, aconteceriam a uma velocidade demasiado baixa;  A capacidade catalítica das enzimas torna-as adequadas para uso na indústria de alimentos. Introdução
  3. 3.  Iniciaram os estudos sobre digestão dos alimentos;  Em 1831, o químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848)  constatou que certas substâncias continham uma “força catalítica”  permitia acelerar determinadas reações. História Jöns Jacob Berzelius (1779-1848 • Os químicos franceses Anselme Payen (1795-1871) e Jean-François Persoz (1805-1868); • encontraram uma substância termolábil no precipitado do álcool, extrato de malte, que convertia amido em açúcar, • primeiramente, chamada de diastase e, mais tarde, denominada amilase; • A primeira teoria sobre enzimas foi publicada em 1835 por Berzelius.
  4. 4.   Descreveu a Fermentação do açúcar em álcool pela levedura era catalisada por fermentos  Postulando que esses fermentos (as enzimas) eram inseparáveis da estrutura das células vivas do levedo;  Estabeleceu o conceito de que as enzimas eram células vivas. Químico francês Louis Pasteur (1822-1895) Louis Pasteur (1822-1895) Justus von Liebig (1803-1873) • Químico alemão Justus von Liebig (1803-1873) afirmou que a fermentação era provocada por substâncias químicas. • Denominação enzima [do grego énsimo (ενζυμο), formado de én = em e simo = fermento ou levedura] foi dada, em 1878, pelo fisiologista alemão Alexander Friedrich Khune.
  5. 5.   Enzimas são proteínas, polímeros de cadeia longa com aminoácidos sucessivamente ligados uns aos outros através de ligações peptídicas em uma sequência determinada geneticamente, que apresentam atividade catalítica.  As enzimas são catalisadores das reações bioquímicas, isto é, atuam tornando possível uma nova reação com energia de ativação menor.  Isso significa que simplesmente com a sua presença e sem serem consumidas durante o processo, as enzimas conseguem acelerar os processos bioquímicos.  A eficiência das enzimas como catalisadores é medida pelo número de transformações moleculares, que é explicada pelo número de moléculas de substrato que uma enzima converte por unidade de tempo. Definição
  6. 6.   As enzimas são sintetizadas por células vivas e atuam em quase todas as reações químicas do metabolismo dos organismos vivos e,  Presentes nos vários alimentos, atuando na hidrólise do material alimentício em compostos mais simples  por exemplo, as lipases que hidrolisam as gorduras sem glicerol e ácidos graxos, e as amilases que hidrolisam amido em açúcares mais simples.  As enzimas convertem uma substância, chamada de substrato, em outra denominada produto, e são extremamente específicas para a reação que catalisam.  Isso significa que, em geral, uma enzima catalisa um e só um tipo de reação química.
  7. 7.   Uma enzima é uma proteína que catalisa ou acelera uma reação biológica.  Pode ser definida como um biocatalisador  A natureza proteica determina a presença de certas propriedades tais como especificidade de substrato, dependência da temperatura e dependência do pH.  As enzimas são específicas  Hidrolisam e sintetizam um composto em particular.  Esta especificidade é devido ao sítio ativo  parte da enzima que a difere da proteína, é capaz de se ligar a moléculas denominadas substrato formando o complexo enzima-substrato  A chave é o substrato, ajusta-se à fechadura, no caso a enzima, de modo que cada enzima aja sobre um número muito limitado de compostos. Teoria da chave-fechadura Emil Fischer
  8. 8.   Enzima E reage com o substrato S formando um composto intermediário conhecido como complexo ativado instável enzima- substrato ES  Se decompõe em enzima E e o produto de reação P.  E + S ↔ ES → E + P  A quantidade de enzima exigida no processo é pequena e não influi na variação energética da reação.  A cinética da reação é influenciada pela concentração do substrato e da enzima. Cinética da Reação Michaelis e Menten
  9. 9.   A velocidade da reação aumenta com o aumento da concentração de enzima para uma mesma concentração de substrato.  Se a concentração do substrato é baixa, temos uma subutilização do sítio ativo da enzima e, consequentemente, pouco produto é formado.  Com o aumento da concentração do substrato, a reação tende a atingir sua velocidade máxima, isto é, produzir a máxima quantidade de produto para uma quantidade de enzima pré-determinada- temos assim, uma reação saturada. Velocidade da reação enzimática
  10. 10.   A maioria das enzimas apresenta melhor desempenho em temperaturas que variam de 30°C a 70°C e com valores de pH próximos à neutralidade (pH ≅ 7).  Em geral, pode-se dizer que nenhuma enzima resiste por muito tempo à temperaturas superiores a 100°C.  A velocidade da reação duplica com o aumento de 10°C na temperatura da reação.  Nas reações enzimáticas, a velocidade aumenta com a temperatura, até atingir uma velocidade máxima, a partir da qual começa a decrescer.  Enzimas reagem muito lentamente nas temperaturas de subcongelamento;  Sua atividade aumenta com o aumento da temperatura até atingir uma atividade ótima em temperaturas ao redor de 45°C, além das quais começa a sua inativação. Temperatura
  11. 11.   A ação catalítica de uma reação enzimática é alcançada dentro de limites muito estreitos de pH.  Cada reação tem um pH ótimo, que para a maioria das enzimas se situa entre 4,5 e 8,0, e no qual a enzima apresenta sua atividade máxima.  O valor do pH ótimo varia de acordo com as várias enzimas e os diferentes substratos sobre os quais atuam (veja Tabela I).  Valores baixos ou altos de pH podem causar desnaturação proteica e inativação enzimática. pH Importante: Saber em que faixa de pH da enzima é mais estável, já que o pH de máxima estabilidade nem sempre coincide com o de máxima atividade.
  12. 12.  pH das enzimas
  13. 13.   Transdução de sinais e na regulação celular;  Gerar movimento, ex. miosina que hidroliza ATP, gerando contrações musculares.  Movimentam carga através da célula, pela ação do citoesqueleto.  Algumas enzimas são ATPases (funcionam como bombas iônicas)  se localizam na membrana celular, envolvidas do processo de transporte ativo.  funções exóticas, como é o caso da luciferase que gera luz nos pirilampos;  Vírus contém enzimas que auxiliam na infecção de células:  HIV - integrase e transcriptase reversa  Ou na libertação celular de vírus:  neuraminidase no vírus influenza  Uma importante função das enzimas tem lugar no sistema digestivo dos animais.  Enzimas como as amilases e proteases quebram grandes moléculas, como o amido e proteínas, respectivamente, em moléculas de menores dimensões, de maneira que estas possam ser absorvidas no intestino.  O amido não é absorvível no intestino, mas as enzimas hidrolizam as cadeias de amido em moléculas menores, tais como a maltose e a glucose, podendo desta maneira serem absorvidas. Funções biológicas
  14. 14.  Diferentes enzimas atuam sobre diferentes tipos de alimentos.  Nos ruminantes, que possuem uma dieta herbívora, bactérias no sistema digestivo produzem uma enzima denominada celulase, que quebra as paredes celulares das células vegetais.  As enzimas podem trabalhar em conjunto, seguindo uma ordem de atuação específica.  Desta maneira podem formar vias metabólicas.  Nestas vias, uma enzima processa o produto da ação de outra enzima, como o seu substrato.  Após a reação catalítica, o produto é entregue a outra enzima.  Mais do que uma enzima pode catalisar a mesma reação, em paralelo.  As enzimas determinam os passos que ocorrem nessas vias metabólicas.  Sem a presença de enzimas, o metabolismo não progride através dos mesmos passos, nem é suficientemente rápido para que sirva as necessidades da célula.  Uma via metabólica importante como a glicólise não poderia existir sem a presença de enzimas.  A glucose, por exemplo, pode reagir diretamente com o ATP para dar origem a um produto fosforilado em um ou mais carbonos.  Na ausência de enzimas, este processo é tão lento que se torna insignificante. Funções metabólicas
  15. 15.   Enzyme Commision (EC) propôs uma identificação para cada enzima  São colocados dígitos – A, B, C e D após símbolo EC  A: representa o tipo de reação  B: significa o subtipo, indicando o tipo de substrato ou molécula a ser transferida;  C: indica a natureza do co-substrato;  D: é o numero individual da enzima. Identificação das enzimas
  16. 16.   As enzimas podem ser classificadas de acordo com vários critérios.  O mais importante foi estabelecido pela União Internacional de Bioquímica (IUB), e estabelece seis classes: Classificação
  17. 17.  Aplicações nos Setores Industriais
  18. 18.  Mercado Mundial das Enzimas Mercado global de enzimas industriais saltou de US$ 300 milhões na década de 80 para a impressionante cifra de US$ 1,6 bilhões no final da década de 90.
  19. 19.   A indústria alimentícia é uma das principais beneficiárias das enzimas;  Tornam os alimentos mais saborosos, nutritivos, digestivos e até mais bonitos  A enzima amilase maltogênica, permite a fabricação de pães mais macios e volumosos com sabor e aroma mais agradáveis e que permanecem frescos por muito mais tempo.  A enzima quimosina permite a coagulação do leite para a produção dos mais variados tipos de queijo  A enzima beta-glicanase dá um tom mais atrativo à cerveja, deixando-a mais clara, com um tom dourado.  Em geral, as enzimas são consideradas como auxiliares no processamento de alimentos.  Não são consideradas como aditivos alimentares, ao contrário de adoçantes, espessantes, antioxidantes, etc. As enzimas e a indústria de alimentos
  20. 20.   De acordo com a sua origem, as enzimas podem ser classificadas em enzimas microbianas, enzimas de origem animal e enzimas de origem vegetal. São classificadas
  21. 21.   As principais vantagens de se utilizar células microbianas como fontes de enzimas  são a obtenção de elevadas concentrações de enzimas através de manipulação genética  ajuste das condições de cultivo, fácil e rápida triagem de microrganismos super produtores,  ciclos de fermentação curtos  uso de meios de fermentação de baixo custo  diversidade de enzimas que catalisam a mesma reação  flexibilidade nas condições de uso. As enzimas e a indústria de alimentos

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