Enzimas

TÓPICOS SOBRE ENZIMAS
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA
ENGENHARIA DE ALIMENTOS
Prof. Paulo Duarte Filho
BAGÉ – SETEMBRO/2010

2
EstruturaEstrutura
EnzimáticaEnzimática
Se covalente
Apoenzima ou
Apoproteína
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 entre
a energia livre
de S e P
Caminho da Reação
Energia de ativação com enzima
Energia
Energia de ativação sem enzima
SS
PP
Estad
o
basal
Estad
o
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 EE PP EE ++ PP

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 protéica
APOENZIMA
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 químicos
TRANSPORTADORAS DE HIDROGÊNIO

Coenzimas
TRANSPORTADORAS DE GRUPOS QUÍMICOS

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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