Enzimas_aula

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ENZIMAS
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O que são as enzimas?
As enzimas são encontradas 
na natureza.
São catalisadores naturais na 
forma de proteínas. 
Catalisam reações 
bioquímicas nas células dos 
organismos vivos.
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O que são as enzimas?
AS ENZIMAS SÃO 
SUBSTÂNCIAS 
QUÍMICAS BEM 
DEFINIDAS
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ENZIMAS 
� Definição:
� Catalisadores biológicos;
� Sintetizadas pelas céls;
� Longas cadeias de aminoácidos.
� C/ exceção de grupo de moléculas de RNA c/ 
propriedades catalíticas (RIBOZIMAS), todas as enzimas
são PROTEÍNAS.
Aminoácidos:
H
R C* COOH
NH2
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ENZIMAS - HISTÓRICO
�Catálise biológica →→→→ início séc. XIX
� digestão da carne: estômago;
� digestão do amido: saliva.
�Década de 50 →→→→ Louis Pasteur
Fermentação do açúcar em álcool pela levedura catalisada 
por “fermentos” = enzimas.
�1878 →→→→ Wilhelm Kühne empregou pela 1ª vez termo 
"enzima“ (=levedar) p/ descrever o fermento
� Eduard Buchner (1897)
� extratos de levedo fermentavam açúcar →→→→ álcool;
� enzimas funcionavam mesmo quando removidas da 
célula.
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ENZIMAS - HISTÓRICO
� James Sumner (1926)
� Isolou e cristalizou a urease;
� “todas as enzimas são proteínas”.
� John Northrop (década 30)
� Cristalizou a pepsina e tripsina bovinas;
� Séc →→→→ XX (década de 50)
� 75 enzimas →→→→ isoladas e cristalizadas;
� Ficou evidenciado caráter protéico.
� Hoje + de 2000 enzimas conhecidas.
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ENZIMAS – CARACTERÍSTICAS GERAIS
� Altamente específicas;
� Produtos naturais biológicos;
� Reações baratas e seguras;
� Altamente eficientes e econômicas →→→→ aceleram 
velocidade das reações (108 a 1011 + rápidas) →→→→ ↓↓↓↓
energia de ativação;
� Não são tóxicas.
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ENZIMAS – NOMENCLATURA E 
CLASSIFICAÇÃO
� Século XIX - poucas enzimas identificadas. 
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ENZIMAS – NOMENCLATURA
� 1955 - Comissão de Enzimas da União 
Internacional de Bioquímica (IUB) →→→→ nomear e 
classificar.
� Cada enzima →→→→ código c/ 4 dígitos que 
caracteriza o tipo de reação catalisada:
�1° dígito - classe
�2° dígito - subclasse
�3° dígito - sub-subclasse
�4° dígito - indica o substrato
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- Geral →→→→ Sufixo ”ASE” ao nome do substrato: 
* gorduras (=lipo) – LIPASE
* amido (=amylon) – AMILASE
* proteína – PROTEASE
* Lactose – LACTASE
* Hidrólise do ATP – ATPase
* Ligação peptídica – PEPTIDASE
* Ligação glicosídica - GLICOSIDASE
- Nomes arbitrários:
* Tripsina e pepsina – proteases
ENZIMAS – NOMENCLATURA
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CLASSES DE ENZIMAS
N0 Classe Tipo de reação catalisada 
1 Oxirredutases Transferência de elétrons 
(íons hidreto ou átomos H) 
2 Transferases Reações de transferência de grupos 
3 Hidrolases Reações de hidrólise 
4 Liases Adição de grupos em ligas duplas ou 
remoção de grupos com a formação de 
ligas duplas 
5 Isomerases Transferência de grupos dentro da mesma 
molécula para formar isômeros 
6 Ligases Formação de ligações C-C, C-S, C-O, C-N 
pelo acoplamento da clivagem do ATP 
 
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ENZIMAS – CLASSIFICAÇÃO
� Subclasses
Exemplos de
Subclasses
Tipo de reação catalisada Classe
Hidratases Adicionam H2O à ligas duplas Liases
Quinases Transferem fosforilas do ATP Transferase
Mutases Movem fosforilas dentro da
mesma molécula
Isomerase
Sintases Síntese independente de ATP Transferases
Sintetases Síntese dependente de ATP Ligases
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Enzimas - Classificação
AH2 + B A + BH2
Exemplo Ácido Lático Desidrogenase
COOH NADH NADox COOH
  
CO H-C- OH
  
CH3 CH3
Ácido Pirúvico Ácido Lático
1. Oxirredutases – transferência de elétrons
Lactato desidrogenase
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Enzimas - Classificação
1. Oxirredutases – transferência de elétrons
Etanol Acetaldeído
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Enzimas -
Classificação
Exemplo: Hexoquinase
2. Transferases
transferência de grupos
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Enzimas - Classificação
Exemplo: Aminotransferase
2. Transferases - transferência de grupos
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Enzimas - Classificação
3. Hidrolases - reações de hidrólise
Lactose H2O Glicose + Galactose
Exemplo: Lactase
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Enzimas - Classificação
4. Liases –
adição ou remoção 
de grupos (H2O, 
NH4+, CO2).
Ex: Fumarase
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Enzimas - Classificação
5. Isomerase – transferência de grupos dentro da mesma 
molécula, formação de isômeros
Triose Phosphate
Isomerase
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Enzimas - Classificação
6. Ligases – reações de síntese com consumo de 
ATP
Exemplo: Piruvato carboxilase
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ENZIMAS – NOMENCLATURA
ADP + D-Glicose-6-fosfatoATP + D-Glicose
IUB - ATP:glicose fosfotransferase
E.C. 2.7.1.1E.C. 2.7.1.1
22 -- classe - Transferase
7 - subclasse - Fosfotransferase
1 - sub-subclasse - Fosfotransferase que usa grupo 
hidroxila como receptor
1 - indica ser a D-glicose o receptor do grupo fosfato
Nome trivial: Nome trivial: HexoquinaseHexoquinase
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ENZIMAS - FUNÇÃO
�Catalisam reações que ocorrem nas vias 
metabólicas.
�Atuam na degradação das moléculas dos 
nutrientes. Energia química liberada é
conservada na forma de ATP.
�Atuam na síntese de macromoléculas a partir 
de precursores simples.
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ENZIMAS - IMPORTÂNCIA
�Algumas doenças (ex. desordens 
genéticas) ⇒⇒⇒⇒ pode ocorrer nos tecidos 
deficiência de 1 ou + enzimas.
�Medida da atividade de certas enzimas 
nos tecidos é importante no diagnóstico 
de certas doenças.
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���� LOCALIZAÇÃO:
Algumas enzimas são armazenadas nos 
lisossomos ou vacúolos, no citoplasma 
ou nas mitocôndrias
���� Por quê?
•Isolar enzima do substrato ou produto;
•Ambiente adequado à catálise;
•Organização.
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� Poucas formadas por 1 mol. protéica →
ENZIMAS MONOMÉRICAS → peso molecular 
baixo. 
� ENZIMAS OLIGOMÉRICAS → + de 2 cadeias 
polipeptídicas → iguais ou não. 
� Muitas vezes → associada a uma estrutura não 
AA → maioria. 
���� ESTRUTURA:
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MECANISMO DE AÇÃO 
ENZIMÁTICA
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ENZIMAS – CATALISADORES
�Aceleram reações químicas
Ex: Decomposição do H2O2
Condições da Reação Energia livre de Ativação
KJ/mol Kcal/mol
Velocidade
Relativa
Sem catalisador
Enzima Catalase
75,2 18,0
23,0 5,5
1
6,51 x 108
H2O2 H2O O2+
Catalase
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ENZIMAS – CATALISADORES
�Não são consumidas na reação
H2O2 H2O O2+
Catalase
E E ++ SS EE ++ PP
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ENZIMAS – CATALISADORES
�Atuam em pequenas concentrações
1 molécula de Catalase
decompõe
5 000 000 de moléculas 
de H2O2
pH = 6,8 em 1 min
Número de renovação = n° de moléculas de 
substrato convertidas em produto/1 única mol. de 
enzima/unidade de tempo.
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ENZIMAS – CATALISADORES
� Não alteram o estado de equilíbrio
• Diminuem a energia de ativação.
Diferença entre
a energia livre 
de S e P
Caminho da Reação
Energia de ativação c/ enzimaE n
e r
g i
a
Energia de ativação s/ enzima
SS
PP
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ENZIMAS –
COMPONENTES DA REAÇÃO
EE ++ SS EE SS P P + + EE
Substrato se liga ao 
SÍTIO ATIVO
da enzima
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ESTRUTURA DA QUIMIOTRIPSINA – sítio ativo + 
substrato (verde)
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ENZIMAS – SÍTIO ATIVO
� Região da molécula enzimática que participa 
da reação c/ substrato.
� Pode ter componentes não protéicos: cofatores, 
grupos prostéticos (lig. forte), coenzimas (lig. fraca).
Porção protéica
APOENZIMA
Grupo Grupo 
ProstProstéético(+)/coenzima(tico(+)/coenzima(--))
CofatorCofator holoenzimaholoenzima
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COFATORES ENZIMÁTICOS
�Algumas p/ ter atividade catalíticaprecisam 
de grupos químicos adicionais →→→→ cofatores.
�Cofatores podem ser:
� íons inorgânicos →→→→ fazem a aproximação.
�moléculas orgânicas complexas
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ENZIMAS – COFATOR
� Algumas enzimas que necessitam de elementos 
inorgânicos como cofatores
Fe+2 ou Fe+3PEROXIDASE
Ni+2UREASE
Mg+2HEXOQUINASE
Zn+2ÁLCOOL DESIDROGENASE
Cu+2CITOCROMO OXIDASE
COFATORENZIMA
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ENZIMAS – COENZIMAS
Coenzima Abreviatura Reação
catalisada
Origem
Nicotinamida adenina
dinucleotídio
NAD+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Nicotinamida adenina
dinucleotídio fosfato
NADP+ Oxi-redução Niacina ou
Vitamina B3
Flavina adenina
dinucleotídio
FAD Oxi-redução Riboflavina ou
Vitamina B2
� Cofator org necessário à ativ. de algumas enzimas.
� Maioria deriva de vitaminas hidrossolúveis
� Classificam-se em:
- transportadoras de hidrogênio
- transportadoras de grupos químicos
� Transportadoras de hidrogênio
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ENZIMAS – COENZIMAS
Coenzima Abrev. Reação catalisada Origem 
Coenzima A CoA-SH Transferência de 
grupo acil 
Pantotenato ou 
Vitamina B5 
Biotina Transferência de 
CO2 
Biotina ou 
Vitamina H 
Piridoxal fosfato PyF Transferência de 
grupo amino 
Piridoxina ou 
Vitamina B6 
Metilcobalamina Transferência de 
unidades de carbono 
Cobalamina ou 
Vitamina B12 
Tetrahidrofolato THF Transferência de 
unidades de carbono 
Ácido fólico 
Tiamina 
pirofosfato 
TPP Transferência de 
grupo aldeído 
Tiamina ou 
Vitamina B1 
 
� Transportadoras de grupos químicos
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ENZIMAS –
LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO
� Michaelis & Menten: grande especificidade das 
enzimas →→→→ Modelo da Chave-Fechadura →→→→ enzima 
possui sítio ativo complementar ao substrato. 
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ENZIMAS –
LIGAÇÃO ENZIMA - SUBSTRATO
� Koshland (1958): Encaixe Induzido →→→→ enzima e 
substrato sofrem conformação p/ o encaixe →→→→ substrato 
assume conformação exata.
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� CENTRO ATIVO→→→→ parte da estrutura da 
enzima q se liga ao substrato
� Região que não faz parte do centro ativo, mas 
que, ao se modificar, altera forma do centro 
ativo →→→→ CENTRO ALOSTÉRICO. 
� Compostos que atuam sobre o centro alostérico 
→→→→ melhoram atuação do centro ativo →→→→
EFETORES ALOSTÉRICOS POSITIVOS. Os que 
fazem o contrário →→→→ NEGATIVOS.
� Centro alostérico não existe em todas as 
enzimas →→→→ enzimas alostéricas ou não-
alostéricas. 
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� Alostéricas→→→→ controlam a transformação 
de um S e, qdo ele precisa ser gasto, 
elas atuam bem. Várias subunidades, mudança 
conformacional em 1 induz alterações em 
outra.
� não-alostéricas →→→→ funcionam sempre c/ mma
eficiência, dependendo da [S] ou da [P] →→→→
obedecem leis do equilíbrio dinâmico →→→→ + S 
→→→→ + eficientete é transformado em P, quanto 
+ P →→→→ - enzima gasta o S p/ gerar o mesmo P. 
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ATIVIDADE ENZIMÁTICA:
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ENZIMAS –
ATIVIDADE ENZIMÁTICA
�Fatores que alteram a velocidade de reações 
enzimáticas:
- Efeito de sais e solventes;
- pH;
- temperatura;
- concentração da enzima;
- concentração do substrato;
- presença de inibidores.
� Enzima pura, condições que permita a velocidade 
da reação seja máxima →→→→ ↑↑↑↑ [S] de modo a permitir 
que toda a enzima [E] ⇒⇒⇒⇒ [ES].
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� [sais] pode influenciar na conformação final 
da enzima. 
� Meio aquoso →→→→ água, sais e enzimas 
interagem →→→→ interação →→→→ forma final da 
enzima →→→→ pronta p/ atuar sobre substrato.
� Alteração da [sais] →→→→ equilíbrio entre os 
constituintes alterado →→→→ altera conformação 
da enzima.
ENZIMAS – INFLUÊNCIA 
DOS SAIS E SOLVENTES
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ENZIMAS –
INFLUÊNCIA DO pH
�Varia estado de ionização dos componentes do 
sistema a medida que muda o pH. 
�Enzimas →→→→ grupos ionizáveis, existem em ≠
estados de ionização.
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ENZIMAS –
INFLUÊNCIA DO pH
7,8Fumarasa
9,7Arginasa
7,6Catalasa
7,7Tripsina
1,5Pepsina
pH ÓTIMOENZIMA
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ENZIMAS –
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
� ↑↑↑↑ temperatura:
(a) ↑↑↑↑ a taxa de reação →→→→ como na maioria das reações químicas;
(b) a estabilidade da proteína decresce devido a desativação 
térmica.
� Enzima →→→→ Tº ótima p/ 
atividade máxima →→→→ Tº
máxima na qual enzima 
possui atividade cte por um 
período de tempo.
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ENZIMAS –
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
� O efeito da temperatura depende:
- pH e 
- força iônica do meio;
� Acima da Tº ótima →→→→ o ↑↑↑↑ velocidade de reação 
devido a temperatura é compensado pela perda de 
atividade catalítica devido à desnaturação térmica.
20,8Urease
25,5Tripsina
31,6Pepsina
TEMPERATURA ÓTIMA 
(°C)
ENZIMA
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ENZIMAS –
INFLUÊNCIA DA [E]
� Velocidade de transformação do S em P proporcional 
qdade de E.
� Desvios da linearidade ocorrem:
- Presença de inibidores na solução de enzima;
- Presença de substâncias tóxicas;
- Presença de um ativador que dissocia a enzima;
� Recomenda-se:
� Enzimas c/ alto grau de pureza;
� Substratos puros;
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ENZIMAS –
INFLUÊNCIA DA [S]
� [S] varia durante o curso da reação à medida que S 
é convertido em P.
� Medir Vo = velocidade inicial da reação.
vo
[S]
Vmax
�[E] = cte.
�[S] pequenas →→→→ Vo ↑↑↑↑ linearmente.
�[S] maiores →→→→ Vo ↑↑↑↑ por 
incrementos cada vez menores.
�Vmax →→→→ [S]↑↑↑↑ →→→→ Vo↑↑↑↑
insignificantes.
�Vmax é atingida →→→→ E estiverem na 
forma ES e a [E] livre é
insignificante.
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CINÉTICA ENZIMÁTICA:
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ENZIMAS –
CINÉTICA ENZIMÁTICA
� Cinética Enzimática
� Determinar constantes de afinidade da enzima 
pelo S e pelos inibidores;
� Conhecer condições ótimas da catálise;
� Ajuda a elucidar os mecanismos de reação;
� Determinar a função de uma enzima em uma 
rota metabólica.
� Victor Henri (1903): E E ++ S S ⇔⇔⇔⇔⇔⇔⇔⇔ EES S ⇔⇔⇔⇔⇔⇔⇔⇔ P P + + EE
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ENZIMAS –
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
� Qualquer substância que reduza a velocidade de 
uma reação enzimática.
INIBIDORES
REVERSÍVEIS IRREVERSÍVEIS
COMPETITIVOS NÃO COMPETITIVOS
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
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� Inibidores reagem quimicamente c/ enzima
� Inativação praticamente irreversível.
� Organofosforados: ligação covalente c/ OH 
dos resíduos da serina;
� Penicilina: ligação específica c/ enzimas 
responsáveis pela síntese da parede 
bacteriana.
ENZIMAS –
INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL
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INIBIÇÃO REVERSÍVEL COMPETITIVA: 
substrato e inibidor competem p/ mesmo sítio
→→→→ zero
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INIBIÇÃO NÃO-COMPETITIVA: 
substrato e inibidor competem p/ sítios 
≠≠≠≠s; 
inibidor somente liga ao complexo ES
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
� Enzimas utilizadas em rações p/ aves
Melhora a utilização de gorduras animais e vegetais Lipídios e 
ácidos graxos 
Lipases 
Remoção de GalactosídiosGalactosídiosGalactosidases
Melhora a utilização do fósforo dos vegetais. 
Remoção do ácido fítico. 
Ácido fíticoFitase
Degradação mais eficiente do amido. Amido Amilases 
Suplementação das enzimas endógenas. Degradação 
mais eficiente de proteínas. 
Proteínas Proteases 
Degradação da celulose e liberação de nutrientes Celulose Celulases 
Redução da viscosidade da digesta. Pectinas Pectinases 
Redução da viscosidade da digesta. Menor umidade 
na cama. 
ββββ-glucanosGlucanases
Redução da viscosidade da digesta. ArabinoxilanasXilanase
Efeitos Substrato Enzima 
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
�Tratamento de efluentes
� Preocupação ambiental →→→→ procura por outras 
alternativas →→→→ chamadas "tecnologias limpas“. 
� Enzimas →→→→ substituem muitos componentes 
químicos utilizados nos processos industriais 
atuais.
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
� Enzimas utilizadas em tratamento de efluentes
Remoção de H2O2 presente em efluentes de 
branqueamento de tecidos
Catalase (Baccilus sp.)
Remoção doteor de DQO de efluentes de óleo 
de oliva
Lipase (Penicillium P4)
Remoção de naftalenoNaftaleno-dioxigenase
Protease pronase (Pseudomonas 
aeruginosa)
Polifosfatase e Fosfotransferase
Azorredutase (Pseudomonas luteola)
Enzima e fonte
Inativação de vírus de efluentes, para 
reutilização da água
Remoção de fosfato biológico de efluentes
Indústria de tinta
Poluentes e efluentes
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ENZIMAS – APLICAÇÕES
�Indústria de álcool;
�Indústria de detergentes;
�Indústria têxtil;
�Indústria de papel e celulose;
�Curtumes;
�Produção de ácido cítrico, ácido glutâmico, insulina, 
vacinas, vitaminas e antibióticos;
�Biorremediação.
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Benefícios do uso de enzimas derivadas 
de OGMs na produção de alimentos
Maior qualidade nos produtos enzimáticos:
- maior pureza.
- novas enzimas que de outra forma não seriam 
encontradas comercialmente, produzidas e 
usadas em grande escala.
Benefícios ambientais:
- enzimas produzidas de fontes renováveis. 
- completamente degradáveis.
- propiciam economia de energia, água ...
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Enzimas feitas sob medida p/ um processo 
específico:
melhoram processo de produção e qualidade 
do produto. 
Melhor uso das matérias primas
ex.: indústria de sucos
Menos desperdício de alimentos
ex.: panificação
Uso reduzido de produtos químicos 
tradicionais
ex.: indústria de processamento de amidos