ENZIMAS aula graduação

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ENZIMAS
Glória Maria Vinhas
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Início séc. XIX
Catálise em sistemas biológicos :
digestão da carne pelas secreções estômago;
digestão do amido em açúcar pela saliva.
Histórico
James Sumner (1926)
Isolou e cristalizou a urease de soja;
Cristais eram de proteínas;
Postulou que “todas as enzimas são proteínas”.
John Northrop (década 30)
Cristalizou a pepsina e a tripsina bovinas;
Década de 50 – séc. XX
75 enzimas  isoladas e cristalizadas;
Ficou evidenciado caráter protéico.
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Histórico
Atualmente  2000 enzimas são conhecidas.
Eduard Buchner (1897)
Extraiu da levedura um conjunto de enzimas que podiam fermentar o açúcar  álcool;
Enzimas funcionavam mesmo quando removidas da célula viva.
Década de 50
Louis Pasteur 
concluiu que a fermentação do açúcar em álcool pela levedura era catalisada por “fermentos” = enzimas.
Meados do século XX
Uso de enzimas em processos industriais 
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Catalisadores biológicos;
Longas cadeias de pequenas moléculas chamadas aminoácidos.
Função:
Viabilizar a atividade das células, quebrando moléculas ou juntando-as para formar novos compostos.
Definição
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Com exceção de um pequeno grupo de moléculas de RNA com propriedades catalíticas, chamadas de RIBOZIMAS, todas as enzimas são PROTEÍNAS
Definição
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As enzimas...
Aceleram reações químicas
Ex: Decomposição do H2O2 
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Não são consumidas na reação
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Atuam em pequenas concentrações
 
1 molécula de Catalase
 decompõe
5 x 106 de moléculas de H2O2
pH = 6,8 em 1 min
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Enzimas Ativas
Resíduos de aminoácidos
Cofatores
 Íons metálicos: Fe2+, Mg2+, Mn2+
 Coenzimas: moléculas orgânicas complexas
Holoenzimas
Grupo prostético: coenzima ou íon metálico covalentemente ligada à parte protéica.
Enzimas e Proteínas 
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Definição
ENZIMAS – componentes
Cofator
Íon metálico
(ativadores)
molécula orgânica 
(coenzima)
Glória - Embora algumas enzimas consistam inteiramente de proteínas, a maior parte consiste de uma porção protéica chamada aponzima e uma não protéica chamada de cofator.
apoenzima + cofator= enzima completa
cofator pode ser um íon metálico ou uma molécula orgânica complexa (coenzima)
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Componente orgânico  não sintetizado pelos animais superiores
Vitaminas
Compostos orgânicos indispensáveis
Pequenas quantidades  precursores de coenzimas
Hidrossolúveis
Coenzimas
Lipossolúveis
Coenzimas
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Definição
Coenzimas transportadoras de hidrogênio
		Nome da coenzima
		Abreviatura
		Classificação
		Reação catalisada
		Origem
		Nicotina adenina
 dinucleotídio
		NAD+
		Transportadora de hidrogênio
		Óxido-redução
		Ácido nicotínico ou vitamina PP
		Flavina adenina
 dinucleotídio
		FAD
		Transportadora de hidrogênio
		Óxido-redução
		Vitamina B2 ou ribo flavina
		Coenzima A
		CoA-SH
		Transferência de grupo ácido (ácil)
		Óxido-redução
		Ácido Pantotênico
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Hexoquinase:
Transferência do radical fosfato do ATP para a glicose, necessita do Mg2+
Definição
Íon metálico
(ativadores)
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Ácido pantotênico
H
CO- CH3
molécula orgânica 
(coenzima)
Definição
ENZIMAS – componentes
Glória - Coenzimas transportadoras de grupo acil
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Ligação da Enzima
 com o Substrato
Modelo 
chave- fechadura
Definição
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Ligação da Enzima com o Substrato
Modelo ajuste induzido 
Definição
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Diferença entre
a energia livre 
de S e P
Coordenada da reação
Energia de ativação com enzima
Energia
Energia de ativação sem enzima
S
P
Definição
Velocidade da reação x Termodinâmica
Go1=  Go2
Ea
Ea
Go
Go 0
Glória - a espontaneidade da reação significa que a reação termodinamicamente favorável[Ex glicose + O2 === Co2 + H2O + energia
Não alteram a constante de equilíbrio ou a variação da energia livre 
a velocidade da reação depende da energia de ativação, a quantidade de energia que é preciso para iniciar uma reação
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Classificação e Nomenclatura
Século XIX - poucas enzimas identificadas
 
 - Adição do sufixo ”ASE” ao nome do substrato: 
	* gorduras (lipo - grego) – LIPASE
	* amido (amylon - grego) – AMILASE
 - Nomes arbitrários:
	* Tripsina e pepsina – proteases
 
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1955 - Comissão de Enzimologistas (EC) foi nomeada pela União Internacional de Bioquímica (IUB)  sistematizar a classificação das enzimas.
Cada enzima  código com 4 dígitos que caracteriza o tipo de reação catalisada:
1° dígito - classe
2° dígito - subclasse
3° dígito - sub-subclasse
4° dígito – no de ordem dentro da 			 subclasse
 
Classificação e Nomenclatura
Tipo de reação e 
Natureza química dos reagentes
Glória - o nome da enzima não especifica sua aestrutura química mas define a principal reação por ela catalisada
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Classificação e Nomenclatura
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ADP + D-Glicose-6-fosfato
ATP + D-Glicose
IUB - ATP:glicose fosfotransferase
E.C. 2.7.1.1
2 - classe - Transferase
7 - subclasse - Fosfotransferases 
1 - sub-subclasse - Fosfotransferase que utiliza grupo hidroxila como receptor
1 - indica ser a D-glicose o receptor do grupo fosfato
Nome comum: Hexoquinase
Classificação e Nomenclatura
Glória - o número da enzima E.C.2.7.1.1
Reação catalisada transferencia de grupo
nome sistemático: ATP:D-glicose fosfotransferase
nome comum: hexoquinase 
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Fatores que alteram a velocidade de reações enzimáticas:
- pH;
	- temperatura;
	- concentração das enzimas;
	- concentração dos substratos;
	- presença de inibidores.
Enzimas – atividade enzimática
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ENZIMAS – INFLUÊNCIA DO PH
Enzimas  grupos ionizáveis, mudança no pH afetará o sítio catalítico e a conformação da enzima 	
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1 – Invertase de leveduras
2 - -amilase de Bacillus sp
3 – Aminoacilase ( A. oryzae)
4- Protease alcalina (Bacillus sp)
ENZIMAS – INFLUÊNCIA DO PH
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A estabilidade de uma enzima ao pH depende: 
 - temperatura;
 - força iônica;
 - natureza química do tampão;
 - concentração de íons metálicos contaminantes;
 - concentração de substratos ou cofatores da enzima;
 - concentração da enzima.
ENZIMAS – INFLUÊNCIA DO PH
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Aumento temperatura:
 a taxa de reação aumenta, como se observa na maioria das reações químicas;
 a estabilidade da proteína decresce devido a desativação térmica.
ENZIMAS – INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
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ENZIMAS – INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA
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 Velocidade de transformação do S em P  qtidade 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;
 Limitações impostas pelo método de análise.
Recomenda-se:
 Enzimas com alto grau de pureza;
 Substratos puros;
 Métodos de análise confiável.
ENZIMAS – INFLUÊNCIA DA [E]
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 [S] varia durante o curso da reação à medida que S é convertido em P.
 Medir Vo = velocidade inicial da reação.
[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, então, E saturada com o S e V não  com  de [S].
ENZIMAS – INFLUÊNCIA DO [S]
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Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
S
+
S
P
P
+
Baixa concentração de substrato
Formação do produto é PROPORCIONAL à concentração de substrato
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Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
3/4 de saturação do centro ativo da enzima
S
S
S
+
S
S
S
+
P
P
P
P
P
P
Formação do produto é PROPORCIONAL à concentração de substrato
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Influência da concentração de substrato sobre a atividade enzimática
[Substrato] em excesso
S
S
S
S
S
S
S
S
+
S
S
S
S
+
P
P
P
P
P
P
P
P
S
S
S
S
S
S
S
S
Velocidade da reação independe da [S]
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ENZIMAS – PRESENÇA DE INIBIDORES
 Qualquer substância que reduz a velocidade de uma reação enzimática.
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Enzimas em Alimentos:
Efeito desejáveis
 Modificar matérias-primas e/ou obter produtos específicos
Panificação
 Modificação enzimática de materiais amiláceos
Fabricação de sucos de frutas
Modificação de proteínas
 Fabricação de bebidas alcoólicas
 Fabricação de latícinios
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Enzimas em Alimentos:
Efeito indesejáveis
 Escurecimento de frutas e vegetais causado pelas polifenoloxidases
 Rancidez de farinhas causada pela ação de lipases lipoxigenases
Amolecimento de tecidos vegetais provocado pelas enzimas pécticas
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Alguns exemplos: 
1)Proteases
Enzimas proteolíticas – hidrolisam ligações peptidicas
Pepsina
Tripsina
Quimiotripsina
Carboxipeptidases
Aminopeptidases
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Proteases – Aplicações
Fermentados: desenvolvimento de aroma e nutrientes durante a fermentação
Chocolate/cacau: ação nos grãos durante a fermentação
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Proteases – Aplicações
Leite: na preparação do leite de soja
Carnes e Peixes: Liberação de óleos.
Recuperação de proteínas do osso ou espinha.
Vinhos: clarificação
Queijo: Coagulação da caseína.
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2) Lactase
Β-galactosidase: Catalisa a hidrólise da lactose em galactose e glicose
 A galactose e glicose são mais doces do que a lactose – um dos principais interesse em alimentos