Enzimologia Industrial-Aspectos gerais

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Enzimologia Industrial 
Profª Josileide Borges 
O que é Biotecnologia ? 
Aplicação de métodos e processos 
biológicos e bioquímicos à produção 
industrial. 
O que é Biotecnologia ? 
• Microbiologia 
• Bioquímica 
• Genética 
• Engenharia 
• Química 
• Informática 
• Microrganismos 
• Células 
• Biomoléculas 
• Alimentos 
• Bebidas 
• Modificação de 
processos Químicos 
• Energia 
• Fármacos 
•Exopolissacarídeos 
Conhecimento 
Agentes Biológicos 
Bens 
Serviços 
• Purificação de 
água 
• Tratamento de 
resíduos 
• Controle da 
poluição 
Biotecnologia 
Microrganismos 
O que primeiro vem a mente quando 
se fala de microrganismos? 
Microrganismos 
Causadores de doenças! 
Por quê? 
Pandemias 
Gripe Espanhola 
(1918-1920) 
Vírus: Influenza (H1N1) 
Contaminados: 500 milhões de pessoas 
Mortos: cerca de 100 milhões 
Ondas: três ondas 
Agravante: Intoxicação por aspirina: Oficiais recomendaram 
dosagens de 8 a 31 g por dia causando hiperventilação em 
33% dos pacientes, além de edema pulmonar em outros 3% dos 
pacientes . 
Pandemias 
Covid 19 
(2019-2023 ?) 
 
Vírus: SARS- COV-2 
Contaminados: 270 milhões de pessoas 
Mortos: cerca de 5-15 milhões (OMS) 
Ondas:três ondas 
Agravantes: Atraso em medidas restritivas, desinformação, 
politização da vacina e atraso na compra, medicamentos sem 
eficácia comprovada (Ivermectina (vermifugo), hidroxicloroquina 
(artrite reumatoide, lúpus)). 
1800 AC 
O levedo já era usado 
para a fabricação de 
pão, vinho e cerveja. 
 
1797 
 
O médico Edward Jenner 
criou a (Pai da Imunologia) 
primeira vacina ( vacina 
viral contra varíola). 
1904 
O médico sanitarista 
Oswaldo Gonçalves Cruz 
implantou uma Campanha 
de vacinação em massa 
contra varíola. 
1861 
Pasteur define a 
função dos 
microrganismos. 
1953 
Watson e Crick 
revelam a 
estrutura do DNA. 
1982 
A insulina humana é 
produzida por 
engenharia genética. 
 
1983 
As primeiras 
plantas 
transgênicas 
são 
desenvolvidas. 
1994 
O primeiro 
alimento GM chega 
aos mercados. 
Microrganismos são as “Biofábricas” 
As avaliações de 
biossegurança são feitas 
durante a fase experimental 
para detecção de problemas. 
O emprego de 
microrganismos 
considerados GRAS 
(Generally Recognized as 
Safe). 
Produtos biotecnológicos 
 Transporte (hemoglobina, permeases); 
 Armazenamento (ferritinas); 
 Estrutural (ex. colágeno, actina/miosina, queratina, albumina); 
 Defesa (anticorpos); 
 Regulagem (hormônios); 
 Enzimas 
 
AS PROTEÍNAS 
Funções biológicas das proteínas: 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Ligapep1.jpg
Enzimas 
 (Proteínas especializadas) 
Catalisadores biológicos intra e extracelulares 
( 108-1011 a vel. reação). 
 Especificidade pelo substrato – ATIVIDADE BIOLÓGICA 
Atuam em baixas concentrações – condições brandas 
( T°C) e pH. 
 São atóxicas e biodegradáveis 
Atividade enzimática 
• As enzimas convertem uma substância, 
chamada de substrato, em outra 
denominada produto, e são extremamente 
específicas para a reação que catalisam. 
 
• O local da enzima onde o substrato se 
"encaixa" é denominado sítio ativo (ou 
centro ativo). 
Hermann Emil Fischer 
1896 
 
 
 
Mecanismos 
Modelo chave-fechadura 
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Hermann_Emil_Fischer.jpg
K1 cte formação 
K-1 cte decomposição 
 
Kp cte catalítica 
Etapa rápida Etapa lenta 
E + P ES E + S 
V = velocidade da reação enzimática 
 
V max = velocidade máxima da 
reação enzimática. 
 
[S] = concentração do substrato. 
 
Km = constante de Michaelis-Menten 
Indica o grau especificidade da 
enzima ao substrato 
Equação de Michaelis-Menten 
Tecnologia Enzimática 
• Ferramenta promissora para o desenvolvimento 
sustentável. O mercado de enzimas é crescente e 
promissor. 
 
• Quadro 1: Tecnologia enzimática nas indústrias 
Indústria Item 
Agropecuária Aditivos de ração 
Alimentos Enzimas usadas na preparação de alimentos 
Detergentes Melhoramento da eficácia 
Energia Nutracêuticos; ingredientes 
Farmacêutica Novas enzimas, medicamentos 
Materiais Papel; polímeros, tecidos, tratamento de couro 
Química Biocatálise, Compostos orgânicos 
Enzimas 
• As enzimas são proteínas especializadas na catálise de 
reações biológicas e apresentam características 
extremamente importantes, como: 
 
 Atuam em condições amenas de reação (temperatura 
ambiente, pH neutro); 
 São altamente específicas (seletividade de substrato e 
grupo funcional); 
 Proporcionam um ambiente reacional não-agressivo ao 
meio ambiente (enzimas são biodegradáveis); 
 Apresentam alta eficiência catalítica; 
• Até 2013, 6.200 enzimas foram cadastradas 
pela União Internacional de Bioquímica, mas 
estima-se que cerca de 85% das enzimas 
ainda estão na natureza sem serem 
descobertas. 
 
• As enzimas aceleram reações químicas. 
Ex: Decomposição do H2O2 
 catalase 
 H2O2 H2O + O2 
 
• Não são consumidas na reação; 
 
H2O2 H2O + O2 
 Catalase 
• E + S E + P 
 
• Atuam em pequenas concentrações: 
 
• 1 molécula de Catalase decompõe 
5.000.000 de moléculas de H2O2. 
 
Enzimas 
DESNATURAÇÃO 
INIBIÇÃO 
 
• Inibidores enzimáticos são substâncias, que 
podem inibir a atividade de algumas enzimas,
 diminuindo-a ou eliminando-a totalmente; 
 
• Desnaturação- sofrer desagregação e 
inativação pelo aumento de temperatura, o 
que provoca alterações na conformação 
tridimensional da proteína. 
 
Obs: Essas alterações podem ser reversíveis e 
irreversíveis. 
 
 
Presença de Inibidores enzimáticos 
 
• Classificação: 
Irreversível 
Reversível 
Competitiva 
Não Competitiva 
INIBIÇÃO REVERSÍVEL COMPETITIVA 
REVERSÍVEL NÃO-COMPETITIVA 
FATORES QUE INFLUENCIAM NA VELOCIDADE DE 
UMA REAÇÃO ENZIMÁTICA 
 
• pH; 
• Temperatura; 
• Concentração das enzimas; 
• Concentração dos substratos; 
• Presença de inibidores. 
pH 
Variação 
 
-Enzima 
-Substrato 
GRÁFICO DE TEMPERATURA 
 
TEMPERATURA 
• 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. 
 
20ºC 30ºC 40ºC 50ºC 60ºC 70ºC 
Incubação das misturas de reação (E + S + tampão ) em diferentes 
temperaturas. 
Determinação da temperatura 
ótima de reação !!!! 
CONCENTRAÇÃO DAS ENZIMAS 
 
•Velocidade de transformação do S em P » 
quantidade de E. 
 
 Desvios da linearidade ocorrem devido: 
 
• Presença de inibidores na solução de enzima; 
• Presença de substâncias tóxicas; 
• Limitações impostas pelo método de análise. 
 
Recomenda-se: 
 
• Enzimas com alto grau de pureza; 
• Substratos puros; 
• Métodos de análise confiável. 
 
Classificação de enzimas 
Classe 1 Oxirredutases 
 
Catalisam reações de 
oxirredução, 
transferindo elétrons, 
hidretos 
(H-) ou prótons (H+). 
 
Classe 2 
 
Transferases 
 
Transferem grupos 
químicos entre 
moléculas. 
 
Classe 3 
 
Hidrolases 
 
Utilizam a água como 
receptor de grupos 
funcionais de outras 
moléculas. 
 
Classe 4 
 
Liases 
 
 
Formam ou destroem 
ligações duplas, 
respectivamente 
retirando ou adicionando 
grupos funcionais. 
 
Classe 5 
 
Isomerases 
 
Transformam uma 
molécula no seu 
isômero. 
 
Classe 6 
 
Ligases 
 
Formam ligações 
químicas por reações de 
condensação, 
consumindo energia sob 
a forma de ATP. 
 
Outras formas de classificar 
 
 
 
 
 
 
Enzimas intracelulares 
Atuam no interior da célula 
sintetizam o material celular 
Realizam reações catabólicas 
que suprem as necessidades 
energéticas da célula. 
Enzimas extracelularesAtuam fora da célula 
Executando as alterações 
necessárias à penetração dos 
nutrientes para o interior das 
células. 
Produção Industrial de Enzimas 
Fonte 
 
 
 
 
 
 
 
 
Animais 
Vegetais 
Microrganismos 
Lípase Pancreática, 
Pepsina, renina 
Bromelina, Papaína 
Lactase: Salix fragilis 
 Lipase: A.niger