O documento discute a produção de alimentos e a atividade enzimática. Aborda a importância dos microrganismos na indústria alimentar, os fatores que afetam a atividade metabólica dos microrganismos, e as aplicações biotecnológicas desenvolvidas na produção de alimentos. Também discute os efeitos da produção intensiva de alimentos e as medidas para aumentar a produção de forma sustentável.

1. PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Biologia 12º ano
abril 2013
Prof. Leonor Vaz Pereira

2. Como produzir maior quantidade de alimentos
para resolver os problemas de alimentação?
Situação Problemática
Qual é a
importância dos
microrganismos na
industria
alimentar?
Que fatores
condicionam a
atividade metabólica
dos microrganismos?
Qual é a importância
de conhecer o modo
de atuação das
enzimas?
Que aplicações
biotecnológicas têm
sido desenvolvidas na
produção de
alimentos?
Qual é o contributo
da indústria na
produção,
processamento e
conservação?
Quais são os efeitos
da produção
intensiva de
alimentos?
Essencial para
compreender
Capítulo 1.1.
Fermentação e
atividade
enzimática
Capítulo 1.2.
Conservação,
melhoramento e
produção de
novos alimentos
Quais são os
impactos do uso de
hormonas e
reguladores de
crescimento?
Quais são os
impactos da
produção de OGM?
Em que medida as
novas variedades de
alimento podem ser
a solução?
Capítulo 2.1.
Cultivo de
plantas e criação
de animais
Qual a importância de
recorrer a métodos
naturais no controlo de
pragas?
Que medidas
implementar no
controlo de pragas para
diminuir os impactos
ambientais e aumentar
a produção? Capítulo 2.2.
Controlo de
pragas
UN.4 – Produção de Alimentos e Sustentabilidade

3. METABOLISMO CELULAR
Catabolismo – moléculas complexas são convertidas em moléculas mais simples, com libertação de energia.
Anabolismo – síntese de moléculas complexas a partir de moléculas simples, com gasto de energia.
As reações de catabolismo e de anabolismo relacionam-se de tal modo que a energia libertada pelas primeiras
é utilizada nas segundas.
É o conjunto de reações químicas que ocorrem numa célula.
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4. ENERGIA DE ATIVAÇÃO
A ocorrência de uma reação química implica a rutura de ligações
químicas nas moléculas dos reagentes e a formação de novas
ligações químicas que dão origem aos produtos da reação.
A energia que é necessário fornecer ao sistema para se iniciar uma reação
química é a energia de ativação.

5. CATALISADORES BIOLÓGICOS
As reações químicas que ocorrem nas células envolvem
moléculas muito estáveis e cuja energia de ativação é
elevada.
Não pode ser o calor a fornecer a energia de ativação, uma vez
que causaria a desnaturação das proteínas e a morte
celular.

6. CATALISADORES BIOLÓGICOS - ENZIMAS
 São catalisadores de reações nos sistemas biológicos
(diminuem a energia de ativação aumentando a
velocidade da reação)
 Possuem grande eficiência catalítica (não são
destruídas nas reações que catalisam nem alteram o seu
equilíbrio)
 Alto grau de especificidade pelos seus substratos
 Funcionam
• em soluções aquosas
• em pH e temperaturas fisiológicas

7. ENERGIA DE ATIVAÇÃO
Diferença entre os níveis de energia do estado basal e do estado de
transição

8. ENERGIA DE ATIVAÇÃO
Representação esquemática das alterações de energia que acompanham a formação do
complexo ES, do estado de transição e a subsequente libertação do produto da reação

9. - As enzimas não alteram o estado de equilíbrio
 no nível basal (forma estável), S e/ou P contém uma
quantidade característica de energia livre
 o equilíbrio entre S e P reflete a diferença em energia
livre dos seus estados basais
Caminho da reação
Energia de ativação sem enzima
S
P
Energia de ativação com enzima
Diferença entre
a energia livre
de S e P
ENERGIA DE ATIVAÇÃO

10. COMPONENTES DA REAÇÃO ENZIMÁTICA
E + S E S P + E
O substrato liga-se ao
CENTRO ativo
da enzima
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11. MECANISMO DA AÇÃO ENZIMÁTICA
Nas reações químicas catalisadas por enzimas verifica-se ao longo do tempo:
 a diminuição da concentração do substrato;
 a diminuição, seguida de estabilização, da concentração de enzima livre;
o aumento, seguido de estabilização da concentração do complexo-enzima;
o aumento da concentração do produto.

12. MECANISMO DA AÇÃO ENZIMÁTICA
Quando a velocidade de formação do complexo enzima-substrato
iguala a velocidade de dissociação, as concentrações de enzima
livre e de complexo enzima-substrato estabilizam.

13. COMPONENTES DA REAÇÃO ENZIMÁTICA
Substratos
Complexo ES (Enzima-Substrato)
Ligação ao centro ativo
Chave-fechadura
Encaixe induzido
Libertação do Produto
+
Enzima inalterada

14. ESTRUTURA ENZIMÁTICA
ProteínasRibozimas
RNAs SimplesConjugadas
Holoenzima
Apoenzimacofator + apoenzima
Estrutura
Enzimática
Com exceção de um pequeno grupo de
moléculas de RNA que possuem atividade
enzimática e são chamadas de RIBOZIMAS,
todas as enzimas são PROTEÍNAS

15. MODELO CHAVE-FECHADURA
Proposto por Fischer
(1890), considera o centro
ativo da enzima uma
estrutura rígida e pré-
complementar do substrato.
O substrato ajusta-se ao
centro ativo como uma
chave se ajusta a uma
fechadura.

16. MODELO DO ENCAIXE INDUZIDO
Modelo Encaixe Induzido
Modelo Encaixe Induzido
combinado com a tensão do substrato
Proposto por Koshland (1959), considera que o centro ativo da
enzima interage, de uma forma dinâmica, com o substrato,
ajustando-se a ele quando estabelece a ligação.

17. A complementaridade entre o substrato e o centro ativo da enzima está
na origem da especificidade de ação enzimática.
ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA

18. ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA
Há enzimas, como a sacarase e a maltase,
que têm especificidade absoluta,
atuando cada uma delas sobre uma
substância, que neste caso é,
respetivamente a sacarose e a maltose.
Há enzimas, como as lipases, que têm
especificidade relativa, visto que podem
atuar sobre um grupo de substâncias
com afinidades entre elas.

19. ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA
Embora as enzimas diferam em alguns aspectos
estruturais e funcionais, os centros ativos
apresentam algumas características comuns:
• Ocupam uma pequena parte do volume total
da enzima;
• Correspondem, geralmente, a uma fenda ou
cavidade existente na estrutura da molécula
proteica;
• A especificidade de ligação ao substrato
depende do arranjo dos átomos no centro ativo;
• O número de centros ativos de uma enzima
é variável. Por exemplo, quando intervêm
cofatores há centros ativos adicionais.
Modelo gerado por computador da
enzima lisozima interagindo com o
substrato hexose (faixa central)

20. COFATORES
Porção protéica
APOENZIMA
HOLOENZIMA
Ião metálico
Coenzima
Grupo prostético
Moléculas orgânicas ou inorgânicas que
condicionam a atividade das enzimas
cofator
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21. COFATORES

22. FATORES CONDICIONANTES
A atividade das enzimas é condicionada por diversos fatores:
• temperatura;
• pH;
• concentração do substrato;
• concentração da enzima;
• inibidores.
Temperatura
As enzimas são ativas num
determinado intervalo de
temperatura
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23. TEMPERATURA
Inicialmente, a atividade enzimática aumenta com a
temperatura devido ao incremento de colisões entre o substrato
e a enzima.
A atividade enzimática é máxima à temperatura ótima.
Acima da temperatura ótima, a atividade enzimática diminui
rapidamente – a agitação térmica dos átomos desestabiliza as
ligações químicas e a conformação da molécula altera-se.

24. TEMPERATURA
A elevadas temperaturas a enzima sofre desnaturação, com
consequente perda permanente de atividade biológica.
Ao contrário das temperaturas elevadas, as baixas
temperaturas causam a inativação das enzimas, mas
não as destroem.
A atividade é retomada em valores de temperatura mais
elevados.
A maioria das enzimas humanas tem uma temperatura
ótima de atuação de 37ºC.

25. PH
As enzimas têm um pH ótimo de atuação, acima e abaixo do
qual a sua atividade diminui e acaba por cessar.
O pH do meio influencia a conformação do centro ativo da
enzima e, consequentemente, a sua interação com o substrato.

26. CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO
Ao aumento da concentração de substrato corresponde o aumento da
atividade enzimática, desde que haja enzima disponível.
Estando os centros ativos ocupados atinge-se o seu ponto de saturação pelo que
a atividade enzimática estabiliza, uma vez que a taxa de formação de novas
ligações ao substrato é igual à taxa de separação dos produtos.

27. CONCENTRAÇÃO DA ENZIMA
Aumentando a concentração da enzima, aumenta a
velocidade da reação desde que haja substrato disponível.

28. INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
Quanto ao tipo:
competitiva
não-competitiva
inibidor  a atividade de uma única enzima
ou de um grupo restrito de enzimas
irreversível
reversível
inibidor  a atividade de todas as enzimas
ex: agentes desnaturantes
inespecífica -
específica -

29. INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
Inibição Enzimática Irreversível
• o inibidor combina-se com um grupo funcional da enzima (centro ativo)
• o inibidor liga-se à enzima formando um complexo ESTÁVEL
• forma-se uma ligação COVALENTE entre o inibidor e a enzima

30. INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
Inibição Enzimática Irreversível
Muitos venenos são inibidores irreversíveis, como é o caso do DDT, do cianeto, do mercúrio…

31. INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
Inibição Enzimática Reversível
• O inibidor forma com a enzima um complexo INSTÁVEL
• A inibição NÃO envolve modificação COVALENTE
• Tipos de inibidores reversíveis
• competitivos
• não competitivos
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32. INIBIÇÃO COMPETITIVA
Inibidor competitivo - Estrutura semelhante à do substrato
Liga-se ao Centro ativo da Enzima
E + S ES E + P
EI
+
I

33. INIBIÇÃO COMPETITIVA
Enzima
Centro ativo
IC
S
S
IC
IC
IC
IC
SP
P
SS
S
S
S S
S
P
P
P
P

34. INIBIÇÃO COMPETITIVA
Intoxicação por Metanol
Metanol
Álcool
desidrogenase
Infusão EV
Etanol
URINA Formaldeído
Causa lesão
tecidual
cegueira

35. Exemplo
antibacteriano
PABA Ácido fólico
Diidropteroato
sintetase
bacteriana
Essencial para o
crescimento bacteriano
Sulfanilamida
INIBIÇÃO COMPETITIVA

36. INIBIÇÃO COMPETITIVA
[substrato] necessária para
que a enzima funcione
normalmente
afinidade da enzima pelo
substrato
Na presença do inibidor
competitivo
Análise Gráficav
V
V/2
Km Km s
Com inibidor
Sem inibidor
[s]

37. INIBIÇÃO NÃO COMPETITIVA
E + S ES E + P
EI + S
+
I
+
I
EIS
Inibidor não-competitivo - NÃO se liga ao centro ativo da enzima

38. • Inibidor não tem semelhança estrutural com o
substrato
• NÃO se liga ao centro ativo da enzima
• O aumento da [substrato] não diminui a inibição
• A VELOCIDADE máxima DIMINUI na presença do
inibidor
INIBIÇÃO NÃO COMPETITIVA

39. INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA
Diminui a concentração
de enzima ativa
Velocidade Máxima
da reação
Exemplos: Metais pesados - Pb+2
v
V
V
V/2
V/2
km [s]
Análise Gráfica
Com inibidor
Sem inibidor

40. Substrato inicial
VIA METABÓLICA
A sequência de enzimas que funcionam em cooperação num
conjunto de reações constitui uma cadeia enzimática.
O conjunto ordenado de reações que ocorrem com intervenção de
uma cadeia enzimática é uma via metabólica. Página 19 do manual

41. REGULAÇÃO DAS VIAS METABÓLICAS
As vias metabólicas são, geralmente,
reguladas por moléculas que se
comportam como inibidores
reversíveis não competitivos.
Estas moléculas ligam-se ao centro
alostérico da primeira enzima da
via metabólica e alteram a sua
conformação.
O resultado dessa alteração pode ser
a inibição ou a ativação da
enzima.

42. CENTRO ALOSTÉRICO
Zona de uma enzima onde uma molécula (que não o substrato) se liga,
modulando a atividade enzimática (estimulando-a, especificando-a ou
inibindo-a).

43. REGULAÇÃO DAS VIAS METABÓLICAS
Frequentemente, é o produto final de uma via metabólica,
quando em excesso, que inibe a primeira enzima.
Quando a concentração do produto final diminui, este
liberta-se do centro alostérico e a enzima retoma a atividade,
fazendo aumentar de novo a concentração do produto final.

44. ANIMAÇÕES SOBRE ATIVIDADE ENZIMÁTICA
http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__how_enzymes_work.html
http://www.northland.cc.mn.us/biology/biology1111/animations/enzyme.swf

45. Biologia 12º ano – Prof. Leonor Vaz Pereira
abril 2013