ENZIMAS

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Universidade Federal de Pernambuco
Centro de Tecnologia e Geociências - CTG
Departamento de Engenharia de Química - DEQ
Curso de Engenharia de Alimentos
ENZIMAS
Discente: Jadehanny Valéria Silva de Lima
Docente: Rosana Casoti
Recife
2023
1. INTRODUÇÃO
As enzimas são macromoléculas especializadas em catalisar reações químicas em
organismos vivos. Elas desempenham um papel fundamental em diversos processos
biológicos, como a digestão de alimentos, a síntese de proteínas e a produção de energia.Uma
enzima é uma proteína que possui um ativo local, onde ocorre a interação com a substância
que será transformada. Essa interação é altamente específica, o que permite que as enzimas
sejam altamente eficientes em suas funções catalíticas.As enzimas têm uma capacidade
notável de aumentar a velocidade das reações químicas em até um bilhão de vezes, sem serem
consumidas ou modificadas durante o processo. Isso significa que as enzimas podem
aumentar a velocidade de uma ocorrência química sem serem consumidas ou modificadas
durante o processo (Alberts et al., 2014).
A digestão dos alimentos é um processo complexo que envolve a quebra de
macronutrientes em formas mais simples para a absorção no trato gastrointestinal. As enzimas
digestivas desempenham um papel fundamental nesse processo, permitindo a degradação
adequada dos nutrientes (Murray et al., 2017).Existem várias enzimas envolvidas na digestão,
cada uma com uma função específica.
A enzima protease desempenha o papel de quebrar as ligações peptídicas presentes nas
proteínas. Isso leva à formação de peptídeos e aminoácidos de tamanho reduzido, os quais
podem ser mais facilmente absorvidos pelo organismo (Berg, Tymoczko, Stryer, 2002).
A amilase é uma enzima que atua na quebra das ligações glicosídicas entre as
moléculas de glicose nos carboidratos complexos, resultando na conversão desses compostos
em açúcares mais simples, prontos para serem absorvidos pelo organismo (Tortora ,
Derrickson,2017).
A catalase, uma enzima pertencente ao grupo de peroxidases, desempenha a função de
degradar o peróxido de hidrogênio, uma molécula formada naturalmente durante o
metabolismo oxidativo de organismos vivos. Essa enzima atua como uma oxirredutase,
responsável por oxidar substratos orgânicos. Durante o processo de reação com a catalase, o
peróxido de hidrogênio, também conhecido como água oxigenada, atua como a molécula
receptora de elétrons, resultando na peroxidação (Souza et al.,2019).
A invertase é uma enzima que desempenha um papel fundamental na hidrólise da
sacarose (açúcar comum) em seus componentes individuais, glicose e frutose. Essa atividade
é importante tanto na indústria alimentícia, para a produção de xaropes ricos em glicose e
frutose, quanto no metabolismo de muitos organismos, onde a sacarose é uma fonte de
energia.A invertase desencadeia o processo de hidrólise da sacarose, resultando na conversão
da sacarose em glicose e frutose. Esse processo tem o efeito de tornar os açúcares simples
mais prontamente disponíveis para absorção e metabolismo ( Nagarajan et al., 2005).
Além das enzimas digestivas endógenas do corpo humano, enzimas proteolíticas
vegetais também desempenham um papel na digestão de proteínas. Por exemplo, a bromelina,
presente no abacaxi, e a papaína, encontrada no mamão, exibem propriedades proteolíticas
que podem contribuir para a quebra das proteínas durante o processo digestivo (Murray et al.,
2017).
2. OBJETIVO
Investigar e discutir as propriedades, funções e aplicações das enzimas protease,
amilase, catalase e invertase. Explorar essas enzimas e compreender como elas atuam em
reações químicas.
3. MATERIAIS E MÉTODO
3.1. Materiais
● Geladeira;
● Tubos de ensaio;
● Pipetas graduada;
● Pêra
● Espátula;
● Faca;
● Bastão de vidro;
● Liquidificador;
● Chapa aquecedora;
● Banho-maria;
● Placa de petri.
3.2. Reagentes
● Abacaxi;
● Mamão;
● Peneira;
● Gelatina sem sabor;
● Água destilada;
● Saliva;
● Amido de milho;
● Água mineral;
● Iodo;
● Fígado cru;
● Fígado cozido;
● Batata crua;
● Batata cozida;
● Peróxido de hidrogênio;
● Solução diluída de sacarose;
● Ácido 3,5-dinitrossalicílico;
● Tampão acetato, pH 4,6.
3.3. Métodos
3.3.1. Protease: Liquefação da gelatina por extrato vegetal
Primeiramente foi retirada a casca, o talo e a polpa do abacaxi e realizou-se o suco
(apenas com água destilada) de cada parte separadamente utilizando o liquidificador onde
foram colocados em béqueres diferentes. O mesmo foi feito com o mamão entretanto foi
descartado as suas sementes.Em seguida foi feito o preparo da gelatina conforme indicado na
embalagem.Após foi preparada a sequência de tubos de ensaios descrita na Tabela 1. Depois
da preparação, os tubos foram colocados na geladeira onde permaneceram 20 min onde foram
gelificados.
Tabela 1: Sequência do preparo dos tubos de ensaio.
Tubo Composição Teste
1 10 mL gelatina + 3 mL de água Controle negativo
2 10 mL gelatina + 3 mL de suco da casca do mamão Casca do mamão
3 10 mL gelatina + 3 mL de suco da polpa do mamão Polpa do mamão
4 10 mL gelatina + 3 mL de suco da casca do abacaxi Casca do abacaxi
5 10 mL gelatina + 3 mL de suco do talo do abacaxi Talo do abacaxi
6 10 mL gelatina + 3 mL de suco da polpa do abacaxi Polpa do abacaxi
3.3.2. Amilase
Misturou-se água mineral e amido de milho, onde 2 alunas colocaram em suas bocas e
bocejaram, por alguns minutos, após despejaram a mistura de suas bocas no mesmo
béquer.Depois adicionou-se o iodo. E para o teste do controle foi misturada em um béquer
iodo, amido e água destilada.
3.3.3. Catalase
Foram colados em placas de petri separadamente um pedaço de batata crua e de fígado
cru, em seguida adicionou-se em cada um deles o peróxido de hidrogênio. Após assou-se o
fígado utilizando uma chapa aquecedora e cozinhou a batata no banho maria, depois colou-se
em cada um deles o peróxido de hidrogênio.
3.3.4. Atividade de Invertase
Em um tubo, foi colocado 1,0 mL de solução amostra contendo invertase e 1,0 mL de
solução tamponada de sacarose 0,3 M (tampão acetato, pH 4,6). As soluções foram
misturadas e o tubo foi deixado em banho maria a 37 °C por 10 minutos. Em seguida, foi
realizada a quantificação de açúcares redutores empregando o reativo DNS.
Em seguida foram preparados 2 tubos com uma solução diluída de sacarose na
proporção 1:9 ( 1 sacarose : 9 água) .Transferiu-se alíquota (1,0 mL de solução amostra
contendo invertase e 1,0 mL de solução tamponada de sacarose 0,3 M (tampão acetato, pH
4,6)) 1,0 mL de cada amostra para tubos de ensaio.Foi adicionado 0,5 mL do reagente DNS
em cada tubo. A mistura foi agitada vigorosamente.Após um tubo foi levado para um
banho-maria com água em ebulição (100 °C) e outro tubo foi levado para o banho-maria a
(37 ° C) por 10 minutos. A reação foi interrompida onde emergiram os tubos em um banho de
água fria. Em seguida, o volume foi completado para 5 mL com água destilada. Por fim,
homogeneizaram os tubos.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Protease: Liquefação da gelatina por extrato vegetal
As proteases são um grupo de enzimas que têm a função de quebrar as ligações
peptídicas entre os aminoácidos nas proteínas.Representada na figura 1 a formação das
peptídeos.
Figura 1. O grupo amina e carboxila de dois aminoácidos reagem, originando uma
estrutura pela ligação peptídica, e água.
Fonte: Quero Bolsa.
Essas enzimas desempenham um papel vital na digestão de proteínas em nosso
sistema digestivo e também estão envolvidas em uma variedade de processos biológicos,
incluindo a regulação do ciclo celular, processamento de proteínas e resposta imune.
Geralmente, as proteases são consideradas enzimas irreversíveis, uma vez que catalisam
reações de quebra de ligações peptídicas nas proteínas, resultando na sua decomposição em
aminoácidos. A reação não é facilmente revertida.Primeiro realizou-se o preparo do suco com
cada parte do abacaxi e do mamão como mostra na figura 2 abaixo.
Figura 2. Béquerescontendo os sucos.
Fonte: Do Autor, 2023.
Após realizou-se a mistura de cada suco com a gelatina colocando em tubo de ensaios
separados. Onde o primeiro tubo B é o controle contendo água e gelatina, o segundo MC é o
da casca do mamão, o MP é o da polpa do mamão, o AC é o da casca do abacaxi, o AT é o do
talo do abacaxi e por fim o AP é o da polpa do abacaxi, como mostra na figura 3 abaixo.
Figura 3. Tubo B é o de controle e os os demais tubos contém sucos misturados com a
gelatina.
Fonte: Do Autor, 2023.
O tubo B gelificou como esperado isso devido às propriedades únicas das proteínas
que compõem a gelatina. A gelatina é composta por uma proteína chamada colágeno, que
possui uma sequência extensa de aminoácidos. Sua estrutura molecular é formada por três
cadeias frágeis. Ao adicionar água e aquecer a gelatina (colágeno), as ligações químicas entre
essas cadeias se rompem, permitindo que ela se dissolva na água. Quando refrigerada, a
temperatura baixa faz com que as cadeias se reagrupem em sua estrutura tripla original. No
entanto, devido à presença de água, as moléculas de água se ligam às cadeias triplas de
colágeno, formando uma rede sólida e rígida, que conhecemos como gelatina.. Pode-se
analisar sua estrutura na figura 4 abaixo.
Figura 4.Estrutura química da gelatina.
Fonte: Google imagens.
Já em relação os tubo que continha a casca do mamão e sua polpa, a casca gelificou
um pouco e sua polpa não gelificou. A falta de solidificação da gelatina contento a polpa pode
ser atribuída à presença de papaína (classe:hidrolases), uma enzima encontrada no suco de
mamão. A papaína possui propriedades proteolíticas, o que significa que ela é capaz de
quebrar as ligações proteicas na estrutura do colágeno. Esse processo resulta na manutenção
de uma consistência aquosa da gelatina, já que a estrutura proteica não consegue se solidificar
como o normal. E a casca do mamão possui pectina e fibras que contribuiu para a sua
gelificação, enquanto a polpa possui uma menor concentração desses componentes. Além
disso, outros fatores, como o pH e a temperatura, também podem ter influenciado na
gelificação da mistura.
A mistura de abacaxi com gelatina não gelificou devido a sua enzima chamada
bromelina (classe:hidrolases) possui propriedades proteolíticas, presente principalmente na
casca, na polpa e no talo do abacaxi. A bromelina quebrou as ligações da gelatina,
impedindo-a a formação de uma rede tridimensional que leva à consistência gelatinosa.
Aquecer ou cozinhar o abacaxi antes de adicioná-lo à gelatina pode ajudar a inativar a
bromelina e permitir que a gelatina gele corretamente.
4.2. Amilase
A amilase é uma enzima responsável pela digestão de carboidratos, mais
especificamente de amido e glicogênio. Ela desempenha um papel crucial na quebra desses
carboidratos complexos em unidades menores, como maltose e glicose, que são mais
facilmente absorvidas pelo organismo.A amilase (classe Hidrolases) é encontrada em diversas
partes do corpo, incluindo o pâncreas e a saliva.A amilase salivar também conhecida como
ptialina, é uma enzima de importância vital encontrada na saliva, marcando o início do
processo de digestão dos alimentos. A saliva é um fluido predominantemente alcalino, com
uma textura viscosa e aspecto transparente, que mantém uma umidade constante nos lábios.
Além disso, ela desempenha um papel fundamental na facilitação da passagem do bolo
alimentar ao longo do sistema digestivo. Como pode-se ver na figura 5.
Figura 5. Ptialina, início da digestão do amido e do glicogênio, quebrando-os em
maltose.
Fonte: Google imagens.
A amilase é uma enzima reversível, pois atua na quebra de ligações glicosídicas nos
carboidratos, convertendo-os em açúcares mais simples. No entanto, uma vez que a reação é
hidrólise, a reconversão dos produtos em substrato é geralmente improvável. No primeiro
béquer foi misturado iodo,amido e água destilada sendo o de controle e no segundo béquer
foi misturado saliva,água mineral, amido e iodo. Como pode-se ser analisado na figura 6.
Figura 6. Béquer de controle e béquer contendo saliva, amido e iodo.
Fonte: Do Autor, 2023.
A mistura de saliva, água,amido e iodo resultou em uma mudança de coloração
devido à presença de amilase na saliva. A amilase é uma enzima encontrada na saliva que
ajudou a quebrar os amidos nas moléculas menores, como açúcares simples. Quando a
amilase entrou em contato com o amido e iniciou-se a sua digestão, ocorreu uma reação
química que levou à liberação de açúcares simples. Quando o iodo entrou em contato com o
amido, formou-se um complexo de coloração azul-escura. No entanto, à medida que a amilase
da saliva quebrou o amido em açúcares simples, o iodo não formou mais o complexo
azul-escura, resultando em um lilás acinzentado. Quando misturou saliva, água, amido e iodo,
a presença da amilase na saliva acabou degradando o amido presente na mistura, impedindo a
formação da coloração azul-escura característica do complexo de iodo com amido. Portanto, a
mudança de coloração ocorre devido à atividade da amilase na saliva que transforma o amido
em açúcares, alterando a forma como o iodo interage com a mistura.
4.3. Catalase
A catalase é uma enzima que catalisa a decomposição do peróxido de hidrogênio em
água e oxigênio. Essa reação é geralmente irreversível, uma vez que a quebra do peróxido de
hidrogênio resulta em produtos estáveis.Primeiramente colocou-se o peróxido de hidrogênio
na placa que continha batata crua e na outra que continha o fígado cru, onde houve uma
espumação. Em seguida cozinhou o fígado e a batata, onde adicionou o peróxido de
hidrogênio em ambos também, onde nenhum dos dois espumou depois de serem recozida
novamente. Como mostra a figura 7.
Figura 7. Placa de petri contendo fígado cru e assado e placa petri contendo batata crua e
cozida ambos com peróxido de hidrogênio.
Fonte: Do Autor, 2023.
No fígado cru, as células contêm estruturas chamadas peroxissomos, onde se localiza a
enzima peroxidase (catalase, que é uma enzima oxidativa, da classe Oxidorredutases ). Ao
introduzir água oxigenada em um fragmento de fígado cru, a catalase presente desencadeia a
rápida decomposição do peróxido de hidrogênio (água oxigenada), liberando
instantaneamente gás oxigênio (O2) e causando efervescência. Isso acontece porque as
enzimas procuram rotas alternativas para a reação, que possuam uma energia de ativação
menor, resultando em uma reação mais veloz. Como mostra a figura 8.
Figura 8. Reação catalisada pela catalase.
Fonte; Google imagens.
No entanto, quando o fígado é cozido, as altas temperaturas podem desnaturar as
proteínas presentes no fígado, incluindo a catalase. A desnaturação das proteínas envolve uma
mudança na estrutura tridimensional das proteínas, o que pode levar à perda da atividade
enzimática. Portanto, no fígado cozido, a catalase ficará inativa ou em uma forma alterada.
Isso resultou em uma reação menos eficiente do peróxido de hidrogênio com o fígado
cozido, uma vez que a enzima catalase não esteve disponível para acelerar a decomposição do
peróxido de hidrogênio em água e oxigênio,tornando a ocorrência com o peróxido de
hidrogênio menos evidente ou mesmo inexistente. Em contraste, o fígado cru teve uma
quantidade maior de catalase ativa, permitindo que a reação com o peróxido de hidrogênio
ocorresse mais rapidamente e de maneira mais evidente.
Assim como fígado cru, o peróxido de hidrogênio (H2O2) reage mais prontamente
com a batata crua do que com a batata cozida devido à presença da enzima catalase (classe
Oxidorredutases) na batata crua. Quando a batata crua é cortada, as células são rompidas,
permitindo que a enzima catalase entre em contato com o peróxido de hidrogênio. Isso levou
à rápida decomposição do peróxido de hidrogênio em água e oxigênio, resultando em bolhas
de gás sendo liberadas. É por isso que se observa a efervescência quando peróxido de
hidrogênio é aplicado sobre batata crua.
No entanto, quando a batataé cozida, as altas temperaturas desnaturam as proteínas,
incluindo a catalase. A desnaturação das proteínas altera sua estrutura tridimensional e, muitas
vezes, resulta na perda de atividade enzimática. Portanto, em uma batata cozida, a catalase
estará em grande parte inativa, e a reação de decomposição do peróxido de hidrogênio em
água e oxigênio ocorrerá a uma taxa muito menor, se ocorrer.
4.4.Atividade de Invertase
A invertase é uma enzima que catalisa a hidrólise da sacarose ( classe Hidrolases) em
glicose e frutose. Essa reação é reversível, mas a direção da reação dependerá das
concentrações relativas dos produtos e reagentes.O DNS (ácido 3,5-dinitrossalicílico) é um
reagente químico frequentemente usado em análises laboratoriais para detectar a presença de
açúcares redutores, como glicose, frutose e outros carboidratos que têm a capacidade de doar
elétrons em reações de oxirredução. Podendo ser observado na 9 abaixo.
Figura 9. Esquema de ocorrência de verificação de açúcares redutores empregando-se
o DNS.
Fonte: Google imagens.
O DNS é especialmente utilizado para avaliar a atividade de enzimas que quebram
carboidratos, como a invertase, amilase e outras. Quando essas enzimas agem sobre seus
substratos, podem quebrar as ligações glicosídicas presentes nos açúcares, formando produtos
que incluem açúcares redutores. O teste do DNS é baseado na reação entre os açúcares
redutores e o reagente DNS em condições alcalinas, que resultam na formação de um
complexo colorido. A cor varia do verde ao marrom, dependendo da quantidade de açúcares
redutores presentes. Esse teste é comumente utilizado para monitorar a atividade de enzimas
que quebram ligações glicosídicas em soluções contendo substratos como amido, sacarose e
outros carboidratos complexos.No primeiro tubo, foi colocado solução da amostra contendo
invertase e solução tamponada de sacarose, onde levou o tubo ao b banho maria a 37 °C por
10 minutos. Em seguida adicionou-se o DNS. Representado pela figura 10 abaixo.
Figura 10. Ação da invertase na sacarose.
Fonte: Do Autor, 2023.
No tubo que contém a sacarose e foi colocado em um banho-maria a 100 °C por 10
minutos, a invertase estava ativa e quebrou a sacarose em glicose e frutose. Isso resultou na
formação de mais açúcares redutores na solução, os quais reagiram. Portanto, a diferença de
coloração entre os tubos a 100 °C e a 37 °C está diretamente relacionada à atividade da
enzima invertase e à formação de produtos de degradação da sacarose que reagem com o
reagente DNS para formar o complexo colorido.Já no primeiro tubo, aquecido a 37 °C sem a
diluição da sacarose, uma coloração menos intensa foi obtida. Isso sugere que tanto a
temperatura quanto a concentração eram adequadas para a atividade da enzima. Como
resultado, a taxa de degradação da sacarose pela enzima foi relativamente lenta.Por outro
lado, no tubo intermediário, que continha a solução de sacarose diluída e foi aquecido a 37
°C, a temperatura não era ideal para a atividade da invertase. No entanto, devido à diluição da
solução de sacarose, a enzima conseguiu degradar a sacarose em um ritmo comparativamente
mais rápido do que no primeiro tubo. Isso resultou em uma coloração alaranjada, indicando
que a sacarose estava sendo gradualmente degradada.
5. CONCLUSÃO
Os resultados do experimento forneceram evidências substanciais das capacidades das
enzimas analisadas. A bromelina e a papaína se destacaram como enzimas proteolíticas
altamente eficazes em termos da quebra das ligações proteicas, demonstrando sua habilidade
degradante sobre a gelatina.
Em relação à amilase salivar, foi possível detectar as modificações estruturais no
amido, indicando uma relação à quebra das ligações glicosídicas presente nesse carboidrato
complexo.
A eficácia da catalase foi devidamente validada no contexto de sua capacidade de
oferecer proteção contra os efeitos prejudiciais do peróxido de hidrogênio.Os resultados
obtidos no experimento claramente indicaram que a catalase desempenhou um papel
significativo na decomposição do peróxido de hidrogênio em água e oxigênio, neutralizando,
assim, o impacto danoso desse composto oxidante.
Por outro lado, o teste do DNS (3,5-dinitrosalicílico) foi empregado como um
parâmetro sensível para investigar a atividade da invertase. Esse teste, realizado em condições
de alta temperatura (100°C), proporcionou uma visão detalhada da capacidade da invertase
em hidrolisar a sacarose.A transformação da sacarose resultou na liberação de produtos que
reagiram com o reagente DNS, gerando uma coloração que foi medida e correlacionada com a
atividade da invertase. Em que a catalase exibiu sua eficácia na neutralização do peróxido de
hidrogênio, evidenciando sua importância em processos antioxidantes celulares.Por sua vez, o
teste do DNS desempenhou um papel fundamental em avaliar a atividade da invertase em
condições térmicas extremas, proporcionando informações valiosas sobre a capacidade de
hidrólise da sacarose pela enzima.
6.REFERÊNCIAS
ALBERTS, B. et al. Biologia Molecular da Célula. 4ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2002.
BERG, J. M.; TYMOCZKO, J. L.; STRYER, L. Bioquímica. Editora Guanabara Koogan,
2002.
MURRAY, R. K. et al. Harper: Bioquímica Ilustrada. Artmed Editora, 2017.
NAGARAJAN, R.; DHARMALINGAM, K.; SATHIAVELU, A. Enzyme Technology. New
Age International, 2005.
SOUZA, GUIMARÃES, RIBEIRO.Metabolismo Celular do Peróxido de Hidrogênio:
Visualização da ação da catalase a níveis microscópicos.Encontros Universitários da UFC,
Fortaleza,v.4,2019.Disponível em :
http://periodicos.ufc.br/eu/article/view/57748#:~:text=Resumo,vivos%20durante%20o%20me
tabolismo%20oxidativo . Acesso em 30 de agosto de 2023.
http://periodicos.ufc.br/eu/article/view/57748#:~:text=Resumo,vivos%20durante%20o%20metabolismo%20oxidativo
http://periodicos.ufc.br/eu/article/view/57748#:~:text=Resumo,vivos%20durante%20o%20metabolismo%20oxidativo