ENZIMAS bioquimica

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ENZIMAS CATALIZADORAS 
DE REAÇÕES BIOLÓGICAS
Enzimas são um grupo de substâncias 
orgânicas de natureza geralmente 
protéica, com atividade intra ou 
extracelular, que têm funções 
catalisadoras, ou seja, catalisam reações 
químicas que, sem a sua presença, 
aconteceriam a uma velocidade 
demasiado baixa. A capacidade catalítica 
das enzimas torna-as adequadas para uso 
na indústria de alimentos, entre outras.
HISTóRIA 
A descoberta das enzimas data do século XVIII, quan-
do se iniciaram os estudos sobre digestão dos alimentos. 
Em 1831, o famoso químico sueco Jöns Jacob Berzelius 
(1779-1848) constatou que certas substâncias continham 
uma “força catalítica” que lhes permitia acelerar deter-
minadas reações. Dois anos mais tarde, os químicos fran-
ceses Anselme Payen (1795-1871) e Jean-François Persoz 
(1805-1868) encontraram uma substância termolábil no 
precipitado do álcool, extrato de malte, que convertia 
amido em açúcar, primeiramente, chamada de diastase 
e, mais tarde, denominada amilase. A primeira teoria 
sobre enzimas foi publicada em 1835 por Berzelius. O 
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químico francês Louis Pasteur (1822-
1895) concluiu que a fermentação do 
açúcar em álcool pela levedura era 
catalisada por fermentos, postulando 
que esses fermentos (as enzimas) 
eram inseparáveis da estrutura das 
células vivas do levedo e estabeleceu 
o conceito de que as enzimas eram 
células vivas. Na mesma época, o 
químico alemão Justus von Liebig 
(1803-1873) afirmou que a fermen-
tação era provocada por substâncias 
químicas. A denominação enzima 
[do grego énsimo (ενζυµο), formado 
de én = em e simo = fermento ou 
levedura] foi dada, em 1878, pelo 
fisiologista alemão Alexander Frie-
drich Khune. 
Em 1897, outro químico alemão, 
Eduard Buchner (1860-1917), que 
ganharia o prêmio Nobel de Quí-
mica em 1907, acabou com a con-
trovérsia entre Liebig e Pasteur, ao 
mostrar a possibilidade da fermen-
tação na ausência de células vivas. 
Descobriu que os extratos de levedo 
podiam fermentar o açúcar até 
álcool e provou que as enzimas en-
volvidas na fermentação continua-
vam funcionando, mesmo quando 
removidas das células vivas.
Em 1898, Pierre Émile Duclaux 
(1840-1904), diretor do Institute 
Pasteur, estabeleceu a convenção 
de designar as enzimas pelo nome 
do substrato no qual sua ação foi 
primeiramente observada, seguida 
pelo sufixo - ase.
Em 1900, o químico alemão 
Hermann Emil Fischer (1852-1919) 
descobriu a estéreo especificidade 
das enzimas. Fischer ganhou, dois 
anos mais tarde, o prêmio Nobel de 
Química em reconhecimento ao seu 
extraordinário trabalho no campo da 
síntese dos açúcares e da purina. 
Os trabalhos de purificação 
de enzimas começaram depois 
de 1920. Em 1926, o bioquímico 
James Batcheller Sumner (1887-
1955), da Cornell University, isolou 
e cristalizou a urease e demonstrou 
que os cristais de urease consis-
tiam inteiramente de proteína, 
postulando que todas as enzimas 
são proteínas, mas esta idéia per-
maneceu controversa por algum 
tempo. James Sumner ganhou o 
prêmio Nobel de Química, em 1946, 
junto com John Howard Northrop 
(1891-1987) e Wendell Meredith 
Stanley (1904-1971), ambos norte-
americanos e professores/pesqui-
sadores no Rockefeller Institute for 
Medical Research Princeton, NJ. 
Entre 1930 e 1936, John Northrop 
e seus colegas cristalizaram a pepsi-
na, a quimotripsina e a tripsina 
bovinas e descobriram que essas 
moléculas também eram proteí-
nas. Era assim confirmado que os 
cristais eram proteinas, ou seja, a 
natureza protéica das enzimas era 
definitivamente estabelecida.
O biologista e geneticista inglês 
John Burdon Sanderson Haldane 
(1892-1964) escreveu, em 1930, 
um tratado intitulado Enzymes, o 
qual continha a notável sugestão de 
que as interações por ligações fra-
cas, entre a enzima e seu substrato, 
poderiam ser usadas para distorcer 
a molécula do substrato e catalisar 
a reação.
A cristalização de enzimas pu-
rificadas permitiu que as suas 
estruturas moleculares pudessem 
ser examinadas por cristalografia 
de raios X, o que aconteceu pri-
meiro, em 1965, com a lisozima, 
uma enzima que existe na saliva, 
lágrimas e na clara de ovo e destrói 
a parede celular das bactérias. Co-
meçaram assim a bioquímica e bio-
logia estruturais, que se esforçam 
por compreender o funcionamento 
das enzimas a nível atômico. 
DEFINIçãO
Enzimas são proteínas, polímeros 
de cadeia longa com aminoácidos 
sucessivamente ligados uns aos ou-
tros através de ligações peptídicas 
em uma seqüência determinada 
geneticamente, que apresentam 
atividade catalítica.
As enzimas são catalisadores 
das reações bioquímicas, isto é, 
atuam tornando possível uma 
nova reação com energia de ati-
vação menor. Isso significa que 
simplesmente com a sua presença 
e sem serem consumidas durante 
o processo, as enzimas conseguem 
acelerar os processos bioquímicos. 
A eficiência das enzimas como ca-
talisadores é medida pelo número 
de transformações moleculares, 
que é explicada pelo número de 
moléculas de substrato que uma 
enzima converte por unidade de 
tempo.
Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) Louis Pasteur (1822-1895) Justus von Liebig (1803-1873)
A descoberta 
das enzimas 
data do século 
XVIII, quando 
se iniciaram os 
estudos sobre 
digestão dos 
alimentos.
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As enzimas são sintetizadas por 
células vivas e atuam em quase 
todas as reações químicas do me-
tabolismo dos organismos vivos e, 
portanto, também estão presentes 
nos vários alimentos, atuando na 
hidrólise do material alimentício 
em compostos mais simples, por 
exemplo, as lipases que hidrolisam 
as gorduras sem glicerol e ácidos 
graxos, e as amilases que hidro-
lisam amido em açúcares mais 
simples. 
As enzimas convertem uma 
substância, chamada de substrato, 
em outra denominada produto, e 
são extremamente específicas para 
a reação que catalisam. Isso signi-
fica que, em geral, uma enzima 
catalisa um e só um tipo de reação 
química. Conseqüentemente, o 
tipo de enzima encontrado em uma 
célula determina o tipo de metabo-
lismo que a célula efetua.
A velocidade da reação catali-
sada por uma enzima é aumentada 
devido ao abaixamento da energia 
de ativação necessária para con-
verter o substrato no produto. O 
aceleramento da reação pode ser 
da ordem de milhões de vezes; por 
exemplo, a enzima orotidina-5’-
fosfato descarboxilase diminui o 
tempo da reação por ela catalisa-
da de 78 milhões de anos para 25 
 milissegundos.
Como são catalisadoras, as 
enzimas não são consumidas na 
reação e não alteram seu equilíbrio 
químico.
A atividade enzimática pode 
depender da presença de determi-
nadas moléculas, genericamente 
chamadas cofatores. A natureza 
química dos cofatores é muito 
variável, podendo ser, por exem-
plo, um ou mais íons metálicos 
(como o ferro), ou uma molécula 
orgânica (como a vitamina B12). 
Estes cofatores podem participar 
ou não diretamente na reação 
enzimática.Os cofatores podem 
ser inorgânicos (íons metálicos 
e complexos ferro-enxofre) ou 
compostos orgânicos (flavina ou 
heme). Os cofatores orgânicos (co-
enzimas) são normalmente grupos 
prostéticos, que estão intimamente 
ligados às enzimas a que eles pres-
tam assistência. Os cofatores que 
possuem ligação forte às enzimas 
são distintos de outras coenzimas, 
visto que não são liberados do sítio 
ativo durante a reação catalisada. 
Um exemplo de enzima que contém 
um cofatoré a anidrase carbônica. 
Estas moléculas que possuem uma 
ligação estreita com as enzimas são 
normalmente encontradas no sítio 
ativo e estão envolvidas na reação 
catalítica. Por exemplo, a flavina 
e grupos heme estão muitas vezes 
envolvidos em reações de oxidação-
redução. A parte da enzima que 
se liga ao cofator é denominada 
apoenzima. Uma apoenzima jun-
tamente com os seus cofatores 
são denominadas holoenzimas. A 
maioria dos cofatores não se ligam 
por covalência a uma enzima, mas 
estabelecem ligações fortes. No 
entanto, os grupos prostéticos or-
gânicos podem ligar-se de maneira 
covalente. Um exemplo disso é a 
ligação da tiamina pirofosfato à 
enzima piruvato desidrogenase.
Determinadas substâncias po-
dem inibir a atividade de algumas 
enzimas, diminuindo-a ou elimi-
nando-a totalmente; são os chama-
dos inibidores enzimáticos. 
A inibição enzimática pode ser 
reversível ou irreversível. Existem 
dois tipos de inibição enzimática 
reversível: a competitiva e a não-
competitiva.
A inibição enzimática reversível 
competitiva ocorre quando o inibi-
dor se liga reversivelmente ao mes-
mo sítio de ligação do substrato. O 
efeito é revertido aumentando-se a 
concentração de substrato. Este tipo 
de inibição depende das concentra-
ções de substrato e de inibidor.
A inibição enzimática reversível 
não-competitiva ocorre quando o 
inibidor liga-se reversivelmente 
à enzima em um sítio próprio de 
ligação, podendo estar ligado à 
mesma ao mesmo tempo em que 
o substrato. Este tipo de inibição 
depende apenas da concentração 
do inibidor. Na inibição enzimática 
irreversível, há modificação cova-
lente e definitiva no sítio de ligação 
ou no sítio catalítico da enzima.
ClASSIFICAçãO E 
ESTRUTURA 
As enzimas podem ser classifica-
das de acordo com vários critérios. 
O mais importante foi estabelecido 
pela União Internacional de Bio-
química (IUB), e estabelece seis 
classes. 
As oxidorredutases são enzimas 
que catalisam reações de transfe-
rência de elétrons, ou seja, reações 
de oxiredução. São as desidrogena-
ses e as oxidases. Se uma molécula 
se reduz, tem que haver outra que 
se oxide.
As transferases são enzimas que 
catalisam reações de transferência 
de grupamentos funcionais, como 
grupos amina, fosfato, acil, car-
boxil, etc. Como exemplo, temos as 
quinases e as transaminases. 
As hidrolases catalisam reações 
de hidrólise de ligação covalente. 
Um exemplo são as peptidases. 
As liases catalisam a quebra de 
ligações covalentes e a remoção de 
moléculas de água, amônia e gás 
carbônico. As dehidratases e as des-
carboxilases são bons exemplos. 
As isomerases catalisam reações 
de interconversão entre isômeros 
ópticos ou geométricos. As epime-
rases são exemplos. 
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E, as ligases, que catalisam 
reações de formação e novas mo-
léculas a partir da ligação entre 
duas já existentes, sempre à custa 
de energia (ATP). Um exemplo são 
as sintetases.
As enzimas, sendo proteínas 
globulares de diversos tamanhos, 
têm sua estrutura definida pelas 
estruturas primária, secundária, 
terciária e quaternária.
A estrutura primária refere-se 
ao tipo de seqüência dos aminoá-
cidos na molécula protéica.
A estrutura secundária re-
presenta a estrutura espacial, 
tridimensional, que a molécula 
assume. É formada pela associação 
dos membros próximos da cadeia 
polipeptídica e é mantida, prin-
cipalmente, através de pontes de 
hidrogênio. É também chamada de 
estrutura helicoidal.
A estrutura terciária é a for-
ma segundo a qual a estrutura 
secundária se arranja, se dobra e 
se enovela, formando estruturas 
globulares rígidas. Essa estrutu-
ra é estabilizada por ligações de 
diversos tipos, como pontes de 
hidrogênio, hidrofóbicas, iônicas, 
eletrostáticas e covalentes. Estas 
últimas são representadas pelas 
pontes de dissulfito ente os resí-
duos de cisteína.
A estrutura quaternária é a 
forma como as diversas estrutu-
ras terciárias ou subunidades se 
associam.
Uma enzima é uma proteína 
que catalisa ou acelera uma rea-
ção biológica. Pode, portanto, ser 
definida como um biocatalisador, 
cuja natureza protéica determina 
a presença de certas propriedades, 
tais como especificidade de subs-
trato, dependência da temperatura 
e dependência do pH.
Especificidade
As enzimas são específicas, 
isto é, hidrolisam e sintetizam um 
composto em particular. Em al-
guns casos, sua ação está limitada 
a ligações específicas dentro dos 
compostos com os quais exercem 
reação.
Esta especificidade é devido ao 
sítio ativo, parte da enzima que a 
difere da proteína, que é capaz de 
se ligar a moléculas denominadas 
substrato formando o complexo 
enzima-substrato, como o explica-
do pela teoria da chave-fechadura, 
demonstrada por Emil Fischer, 
onde a chave, neste caso o substra-
to, deve-se ajustar à fechadura, no 
caso a enzima, de modo que cada 
enzima aja sobre um número muito 
limitado de compostos.
Segundo a cinética da reação, 
modelos proposto pelas pesqui-
sadores Michaelis e Menten, a 
enzima E reage com o substrato S 
formando um composto interme-
diário conhecido como complexo 
ativado instável enzima-substrato 
ES, o qual se decompõe em enzima 
E e o produto de reação P.
E + S ↔ ES → E + P
A quantidade de enzima exigida 
no processo é pequena e não influi 
na variação energética da reação.
A cinética da reação é influencia-
da pela concentração do substrato 
e da enzima.
A velocidade da reação aumenta 
com o aumento da concentração de 
enzima para uma mesma concentra-
ção de substrato. Se a concentração 
do substrato é baixa, temos uma 
subutilização do sítio ativo da en-
zima e, conseqüentemente, pouco 
produto é formado. Com o aumento 
da concentração do substrato, a re-
ação tende a atingir sua velocidade 
máxima, isto é, produzir a máxima 
quantidade de produto para uma 
quantidade de enzima pré-deter-
minada - temos assim, uma reação 
saturada. A partir deste momento, 
a quantidade de substrato adicio-
nado não altera mais a velocidade 
da reação.
Temperatura
A maioria das enzimas apresen-
ta melhor desempenho em tempe-
raturas 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 tempe-
raturas superiores a 100°C.
A velocidade das reações enzi-
máticas aumenta com o aumento 
da temperatura de modo semelhan-
te ao das reações químicas, isto 
é, a velocidade da reação duplica 
com o aumento de 10°C na tem-
peratura da reação. Nas reações 
enzimáticas, porém, a velocidade 
aumenta com a temperatura, até 
atingir uma velocidade máxima, a 
partir da qual começa a decrescer. 
Sob condições específicas, a tem-
peratura ótima para cada reação 
pode ser determinada. 
O efeito da temperatura é mui-
to complexo e pode ser devido a 
várias causas. Inicialmente, com o 
aumento da temperatura, a ativida-
de molecular é aumentada, o que 
CLASSES DE ENZIMAS
Classe 1 Oxirredutases Catalisam reações de oxiredução, transferindo elétrons, hidretos (H-) ou protões (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 em seu isômero.
Classe 6 Ligases Formam ligações químicas por reações de condensação, consumindo energia sob a forma de ATP.
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Samplia a formação do complexo 
enzimático; no entanto, com o 
aumento contínuo da temperatura, 
pode ocorrer uma inativação gra-
dativa da enzima, até a inativação 
total, causada pela desnaturação 
protéica pelo calor.
Em geral, as enzimas reagem 
muito lentamente nas tempera-
turas de subcongelamento e sua 
atividade aumenta com o aumento 
da temperatura até atingir uma 
atividade ótima em temperaturas 
ao redor de 45°C, além das quais 
começa a sua inativação.
pH
A ação catalítica de uma reação 
enzimática é alcançada dentro 
de limites muito estreitos de pH. 
Cada reação tem um pH ótimo, 
que para a maioria das enzimas 
se situa entre 4,5 e 8,0, e no qual 
a enzima apresenta sua atividade 
máxima. O valor do pH ótimo varia 
de acordo com as várias enzimas e 
os diferentes substratos sobre os 
quais atuam (veja Tabela I).
Valores baixos ou altos de pH 
podem causar desnaturação pro-
téica considerável e conseqüente 
inativação enzimática. Por isso, é 
muito útil saber em que faixa de 
pH a enzima é mais estável, já que 
o pH de máxima estabilidade nem 
sempre coincide com o de máxima 
atividade.
As enzimas podem ser inati-
vadas, isto é, desnaturadas por 
diversos fatores, como calor, ponto 
isoelétrico, seqüestro de sais de 
cálcio e agitação mecânica.
MECANISMOS 
DE AçãO 
As enzimas atuam de diversas 
formas:
- Baixando a energia de ati-
vação, através da criação de um 
ambiente no qual o estado de tran-
sição é estabilizado (por exemplo, 
distorcendo a forma da molécula 
do substrato) - a enzima distorce 
o substrato, gastando energia, de 
modo a baixar a energia do estado 
de transição da reação catalisada, 
resultando em uma diminuição 
global da energia requerida para 
completar a reação. 
- Providenciando uma via al-
ternativa, por exemplo, reagindo 
com o substrato para formar um 
complexo enzima-substrato, de 
existência impossível sem a pre-
sença da enzima. 
- Reduzindo a variação da en-
tropia da reação ao orientar os 
substratos de forma correta para 
facilitar a reação. Na ausência da 
enzima, as moléculas colidem em 
todas as direções possíveis de for-
ma aleatória, um processo menos 
eficiente do que na presença da 
enzima. 
Pesquisas recentes apresenta-
ram novos conhecimentos sobre a 
ligação entre a dinâmica interna 
de uma enzima e o seu mecanismo 
de catálise. A dinâmica interna 
de uma enzima é descrita como 
o movimento de partes internas 
(como aminoácidos individuais, 
grupos de aminoácidos, um laço da 
cadeia, uma hélice alfa, folhas beta 
vizinhas ou até domínios protéicos 
inteiros) destas biomoléculas, que 
podem ocorrer a diversas escalas 
de tempo, desde femtossegundos 
a segundos. Redes de resíduos de 
aminoácidos de uma estrutura 
podem contribuir para a catálise 
através de movimentos dinâmicos. 
Os movimentos em proteínas são 
importantes para diversas enzimas, 
mas o tipo de reação que elas cata-
lisam é que determina que tipos de 
movimento são mais importantes: 
pequenas e rápidas vibrações ou 
lentas e significativas alterações 
conformacionais. Estes estudos 
têm conseqüências na compre-
ensão dos efeitos alostéricos, na 
produção industrial de enzimas 
e no desenvolvimento de novos 
fármacos.
Mecanismo geral de catálise 
As enzimas aceleram a velocidade 
de uma reação por diminuir a ener-
gia livre de ativação da mesma, sem 
alterar a termodinâmica da reação, 
ou seja, a energia dos reagentes e 
produtos da reação enzimática e 
de sua equivalente não enzimática 
são idênticas. 
Para se superar a energia de 
ativação de uma reação, passa-
se pela formação de um estado 
intermediário chamado “Estado 
de Transição”, sempre um com-
posto instável e de alta energia, 
representado por “Ts”, ligado com 
altíssima afinidade ao sítio catalí-
tico. Nas reações enzimáticas, este 
composto de transição “Ts” não 
pode ser isolado ou mesmo consi-
derado um intermediário, uma vez 
que não é liberado para o meio de 
reação; sua formação ocorre no 
sítio catalítico da enzima. Como a 
afinidade do “Ts” ao sítio catalítico 
é muito maior que a afinidade do 
substrato com o mesmo, a pequena 
quantidade de moléculas em “Ts” 
será rapidamente convertida em 
produto. Assim, todo o fator que 
leva a um aumento do número 
de moléculas em “Ts” aumenta a 
velocidade da reação. 
TABELA I - PH ÓTIMO DE ALGUMAS ENZIMAS
Enzima Origem Substrato pH ótimo
Pepsina estômago proteínas 2
Quimotripsina pâncreas proteínas 7,8
Papaína planta tropical proteínas 7 - 8
Lipase microrganismo azeite de oliva 5 - 8
α-glucosidase microrganismo maltose 6,6
β-amilase malte amido 5,2
Lipoxigenase I soja ácido linoléico 9,0
Lipoxigenase II soja ácido linoléico 6,5
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São quatro os mecanismos prin-
cipais através dos quais as enzimas 
aceleram uma reação, aumentando 
a formação de moléculas de subs-
trato em “Ts” e incluem a catáli-
se ácido-base, que ocorre com a 
participação de aminoácidos com 
cadeias laterais ionizáveis, capazes 
de doar ou liberar prótons durante a 
catálise; a torção de substrato, que 
depende da torção do substrato in-
duzida pela ligação do mesmo com 
o sítio de ligação da enzima, alcan-
çando o estado de transição e esti-
mulando sua conversão em produto; 
a catálise covalente, que resulta do 
ataque nucleofílico ou eletrofílico 
de um radical do sítio catalítico 
sobre o substrato, ligando-o cova-
lentemente à enzima e induzindo 
a sua transformação em produto, 
envolvendo com freqüên cia a par-
ticipação de coenzimas; e o efeito 
de diminuição da entropia, onde as 
enzimas ajudam no posicionamento 
e na definição da estequiometria 
correta da reação, facilitando os 
mecanismos anteriores.
FUNçõES 
bIOlógICAS 
As enzimas exercem uma gran-
de variedade de funções nos orga-
nismos vivos. São indispensáveis 
para a transdução de sinais, na 
regulação celular, muitas vezes 
por ação de cinases e fosfatases. 
Através da sua ação, podem gerar 
movimento, como no caso da mio-
sina que hidroliza ATP, gerando 
contrações musculares. Também 
movimentam carga através da cé-
lula, pela ação do citoesqueleto. 
Algumas enzimas são ATPases (fun-
cionam como bombas iônicas), que 
se localizam na membrana celular, 
estando envolvidas do processo de 
transporte ativo. Algumas funçõe 
s mais oxóticas são operadas por 
enzimas, como é o caso da lucife-
rase que gera luz nos pirilampos. 
Os vírus podem conter enzimas 
que auxiliam na infecção de células 
(HIV - integrase e transcriptase 
reversa) ou na libertação celular 
de vírus (neuraminidase no vírus 
influenza).
Uma importante função das 
enzimas tem lugar no sistema di-
gestivo dos animais. Enzimas como 
as amilases e proteases quebram 
grandes moléculas, como o amido 
e proteínas, respectivamente, em 
moléculas de menores dimensões, 
de maneira que estas possam ser 
absorvidas no intestino. O amido 
não é absorvível no intestino, mas 
as enzimas hidrolizam as cadeias de 
amido em moléculas menores, tais 
como a maltose e a glucose, poden-
do desta maneira serem absor vidas. 
Diferentes enzimas atuam sobre 
diferentes tipos de alimentos. Nos 
ruminantes, que possuem uma die-
ta herbívora, bactérias no sistema 
digestivo produzem uma enzima 
denominada celulase, que quebra 
as paredes celulares das células 
vegetais.
As enzimas podem trabalhar em 
conjunto, seguindo uma ordem de 
atuação específica. Desta maneira 
podem formar vias metabólicas. 
Nestas vias, uma enzima processa 
o produto da ação de outra enzima, 
como o seu substrato. Após a rea-
ção catalítica, o produto é entre-
gue a outra enzima. Por vezes, mais 
do que uma enzima pode catalisar 
a mesma reação, em paralelo. 
As enzimas determinamos 
passos que ocorrem nessas vias 
metabólicas. Sem a presença de 
enzimas, o metabolismo não pro-
gride através dos mesmos passos, 
nem é suficientemente rápido para 
que sirva as necessidades da célula. 
De fato, uma via metabólica tão 
importante como a glicólise não 
poderia existir sem a presença de 
enzimas. A glucose, por exemplo, 
pode reagir diretamente com o 
ATP para dar origem a um produto 
fosforilado em um ou mais carbo-
nos. Na ausência de enzimas, este 
processo é tão lento que se torna 
insignificante. No entanto, se a 
enzima hexocinase for adicionada, 
estas reações lentas continuam a 
ser efetuadas, mas a fosforilação 
do carbono número 6 ocorre de ma-
neira tão rápida que, se a mistura 
for testada pouco tempo depois, a 
glicose-6-fosfato é o único produto 
significativo. Conseqüentemente, 
pode-se dizer que a rede de vias 
metabólicas existentes dentro de 
cada célula depende do conjunto 
de enzimas funcionais que estão 
presentes.
AS ENZIMAS E A 
INDúSTRIA DE 
AlIMENTOS 
A indústria alimentícia é hoje 
uma das principais beneficiárias 
das enzimas, que podem tornar os 
alimentos mais saborosos, nutriti-
vos, digestivos e até mais bonitos 
(veja tabela II). 
A enzima amilase maltogênica, 
por exemplo, permite a fabricação 
de pães mais macios e volumosos 
com sabor e aroma mais agradá-
veis e que permanecem frescos por 
muito mais tempo.
A enzima quimosina permite 
a coagulação do leite para a pro-
dução dos mais variados tipos de 
queijo, e a enzima beta-glicanase 
dá um tom mais atrativo à cerveja, 
deixando-a mais clara, com um 
tom dourado.
Em geral, as enzimas são con-
sideradas como auxiliares no pro-
cessamento de alimentos. Embora 
possam permanecer no produto 
final, não exercem uma função 
tecnológica neste. Portanto, não 
são consideradas como aditivos 
al imentares, ao contrário de 
adoçantes, espessantes, antioxi-
dantes, etc. 
O interesse no uso de enzimas 
para o processamento de alimen-
tos se deve a diversos fatores, en-
tre eles a especificidade de ação, 
ação rápida e eficiente em baixas 
concentrações, atividade em con-
dições brandas de pH, tempera-
tura e pressão, fácil controle da 
reação e pequena toxicidade. 
De acordo com a sua origem, as 
enzimas podem ser classificadas em 
enzimas microbianas, enzimas de 
origem animal e enzimas de origem 
vegetal. Com o desenvolvimento da 
tecnologia do DNA recombinante, o 
uso de células microbianas como fonte 
de enzimas foi largamente implemen-
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tado em escala industrial, permitindo 
não só o aumento na produção de 
enzimas já obtidas por outros pro-
cessos, mas também a produção de 
novas enzimas de interesse comercial. 
Como resultado, o mercado global de 
enzimas industriais saltou de US$ 300 
milhões na década de 80 para a im-
pressionante cifra de US$ 1,6 bilhões 
no final da década de 90. 
As principais vantagens de se uti-
lizar células microbianas como fontes 
de enzimas são a obtenção de elevadas 
concentrações de enzimas através de 
manipulação genética e ajuste das 
condições de cultivo, fácil e rápida 
triagem de microrganismos super 
produtores, ciclos de fermentação 
curtos, uso de meios de fermentação 
de baixo custo, e diversidade de enzi-
mas que catalisam a mesma reação, 
possibilitando flexibilidade nas con-
dições de uso. 
PRINCIPAIS ENZIMAS 
ENvOlvIDAS NO 
PROCESSAMENTO DE 
AlIMENTOS 
As principais enzimas envol-
vidas no processamento de ali-
mentos são as oxidoredutases e 
as hidrolases. As oxidoredutases 
são enzimas relacionadas com 
as reações de óxido-redução em 
sistemas biológicos e, portanto, 
com os processos de respiração e 
fermentação. Dentro desta classe 
de enzimas pode-se destacar a 
glucoseoxidase, catalase e lipo-
xigenase.
As hidrolases são enzimas de 
baixa especificidade, como este-
rase e tioesterases, que hidroli-
sam um número muito grande de 
ésteres e tioésteres, embora com 
velocidades diferentes, e enzimas 
de especificidade muito alta, como 
as glicosilfosfatases (enzimas gli-
cosílicas) e as peptidases (enzimas 
proteolíticas). Pertencem também 
à classe das hidrolases, as fosfata-
ses e as pirofosfatases.
Dentro dessa classe destacam-se 
as proteases, amilases (alfa e beta-
amilase, glucoamilase, isoamilase 
ou pululanase), alfa-D-galacto-
sidase, beta-D-galactosidase ou 
lactase, invertase, enzimas pecti-
nolíticas, celulases, hemicelulases 
e dextranase. Veja as propriedades 
gerais das amilases industriais na 
Tabela III. 
As oxidorEduTAsEs
• Glucoseoxidase 
Esta enzima é produzida por di-
versas cepas de fungos, como Asper-
gillus niger e Penicillium notatum. A 
glucoseoxidase catalisa a oxidação de 
glicose a partir do consumo de oxigê-
nio, como descrito a seguir:
 
 glucose
β-D-glucose + O2 ↔ δ-D-glucanolactona + H2O2
 oxidase
O peróxido de hidrogênio forma-
do pode servir com agente oxidante, 
mas normalmente é destruído pela 
adição de catalase.
Possíveis aplicações: eliminação 
de glicose na preparação de produ-
tos à base de ovo em pó, evitando-se 
assim a reação de Maillard. Usos 
similares podem ser encontrados 
em produtos a base de carne e/ou 
batatas.
• Catalase
Esta enzima pode ser obtida a par-
tir de microrganismos e/ou do fígado, 
tem importância como enzima auxiliar 
na destruição de H2O2 :
2 H2O2 ↔ 2 H2O + O2
TABELA II - PRODUÇÃO DE ENZIMAS: ORIGEM E APLICAÇÃO
Enzimas Origem Indústria Aplicação
Amilase
Aspergillus niger, A. oryzae, 
Bacillus subtilis, Rhizophus spp, 
Mucor rouxii
Panificação
Suplemento de farinha, preparação de 
massa, alimentos pré-cozidos, 
elaboração de xaropes.
Celulase Aspergillus niger, Trichoderma viride Cerveja
Preparação de concentrados líquidos de 
café, clarificação de sucos.
Dextrano-sacarose Leuconostoc mens. Alimentar Dextrano para diversos usos.
Glucosioxidase Aspergillus niger Alimentar Eliminação da glicose dos sólidos do ovo.
Invertase Sacharomyces cereviase Alimentar Mel artificial.
Lactase Sacharomyces fragilis Láctea Hidrólise da lactose.
Lipase Aspergillus niger, Rhizophus spp, Mucor spp Láctea Sabor ao queijo.
Pectinase Aspergillus niger, Rhizophus spp, Penicillium Alimentar
Clarificação de vinho e de sucos 
de frutas.
Protease Aspergillus oryzae, Bacillus subtilis Cerveja, Panificação, Alimentar
Impede que a cerveja se enturve ao 
esfriar, abranda as carnes.
Enzimas parecidas à renina Mucor Alimentar Coalhada do leite para fabricação de queijo.
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• Lipoxigenase
A lipoxigenase é uma enzima en-
contrada em diversas plantas e tam-
bém nos eritrócitos e leucócitos. Ela 
catalisa a adição de uma molécula de 
oxigênio à ácidos graxos insaturados 
formando peróxidos.
Apresenta aplicação em produtos 
de panificação, como no branquea-
mento de farinhas e melhora das 
propriedades reológicas da massa 
do pão (oferecendo resultados se-
melhantes aos obtidos pelos refor-
çadores de massa).
As HidrolAsEs
• Proteases
As proteases hidrolisam as 
ligações peptídicas das proteínas 
levando à formação de grupos 
amina (NH2) e carboxila (COOH), 
originando polipeptídeos de menor 
peso molecular e/ou aminoácidos 
livres.
As proteases são específicas, 
ou seja, não hidrolisam moléculas 
de proteína em qualquer ligação 
peptídica, mas apenas em ligações 
entre certos aminoácidos especí-
ficos. Se tais ligações existirem 
abundantemente na proteína, 
pode-se esperar uma considerável 
degradação protéica. Por outro 
lado, existem proteases que não são 
específicas quanto à composição 
dos aminoácidose podem, portan-
to, hidrolisar a proteína em vários 
fragmentos menores.
As proteases podem ser classifi-
cadas de acordo com a sua origem 
(animal, vegetal e microbiana) e a 
natureza do seu sítio catalítico.
Do ponto de vista tecnológico, 
considera-se satisfatório classifi-
car proteases em exopeptidases e 
endopeptidases, sendo que as en-
dopeptidases são as mais utilizadas 
nos processamentos de alimentos, 
e em alguns casos sua ação é com-
plementada com exopeptidases.
As exopeptidases atuam nos 
extremos da cadeia protéica li-
berando aminoácidos finais. Sua 
eficácia na transformação das 
características reológicas das 
proteínas é limitada, devido à mu-
danças relativamente pequenas no 
comprimento da cadeia.
As endopeptidases atuam em 
vários sítios ao longo da cadeia pro-
téica, liberando grandes fragmetos 
moleculares.
As quatro maiores classes de 
endopeptidases são a serina pro-
tease, cisteína protease, aspártico 
protease e metaloprotease.
As serinas protease têm máxi-
mo de atividade em pH alcalino, 
a cisteína protease geralmente 
apresenta máxima atividade em pH 
próximo do neutro, e a aspártico 
protease tem uma atividade cata-
lítica máxima a pH ácido.
As metaloproteases contêm 
um metal essencial, usualmente 
zinco, e têm ótima atividade em 
pH próximo do neutro. Íons de 
cálcio estabilizam estas enzimas, 
e agentes quelantes, como EDTA, 
as inibem. A Tabela IV apresenta as 
proteases utilizadas na tecnologia 
de alimentos. 
Principais aplicações: 
Biscoitaria: como possível subs-
tituinte de agentes redutores.
Panificação: a partir de farinha 
dura, isto é, com alto teor de pro-
teína de glúten.
Laticínios: hidrólise da caseína 
para a fabricação de queijos, pro-
dução de queijos enzimaticamente 
modificados (sabores).
Cervejaria: hidrólise da proteína 
do malte (complementação e/ou 
substituição do malte de cevada), 
solubilização das proteínas para o 
lêvedo, prevenção da turbidez da 
cerveja.
Carnes e rações: amaciamento 
da carne e ração.
• Alfa-amilase
A alfa-amilase é uma endo-
enzima que hidrolisa ligações 
α-1,4-glicosídicas de moléculas 
de amido, glicogênio e outros 
α-1,4-glucanos, liberando, pri-
meiramente, oligossacarídeos de 
6-7 unidades de glicose e, pos-
teriormente, açúcares redutores 
(principalmente, maltose).
Esta enzima pode ser de origem 
cereal, bacteriana e fúngica; sendo 
que apresenta algumas caracte-
rísticas em comum, como relativa 
estabilidade térmica (70°C - 15 
minutos), labilidade ácida (todas 
são inativadas a pH 3,6 por curto 
tempo), e aumento da estabilidade 
na presença de íons de cálcio.
A viscosidade de uma solução 
de amido diminui rapidamente 
com a hidrólise pela alfa-amilase 
– liquefação do amido.
A atividade da enzima decresce 
rapidamente com o menor grau de 
polimerização do substrato.
O processo de catálise é ace-
lerado quando se tem amido ge-
latinizado.
Principais aplicações: 
Produção de xaropes de amido 
e açúcares.
Panificação: complementação 
da farinha; alfa-amilase fúngica 
TABELA III – PROPRIEDADES GERAIS DAS AMILASES INDUSTRIAIS
Fonte Fúngica
(A. oryzae)
bacteriana
(B. subtilis)
Malte Malte Fúngica
(A. niger)
bacteriana
(E. aerogenes)
tipo de amilase α-amilase α-amilase α-amilase β-amilase gluco amilase pululanase
pH ótimo 4,8-5,8 5,0-7,0 4,0-5,8 5,0-5,5 4,0-4,5 5-5
pH estabilidade 5,5-8,5 4,8-8,5 4,9-9,1 4,5-8,0 3,5-5,0 5-7
T ótima 45-55°C 60-70°C 50-65°C 40-50°C 55-60°C 45-55°C
T inativação > 60°C > 90°C > 70°C > 55°C > 70°C > 60°C
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quando combinada com amiloglu-
cosidase assegura a quantidade 
suficiente de açúcares fermen-
táveis para o lêvedo, auxiliando 
dessa maneira na produção de 
massas refrigeradas e congeladas; 
alfa-amilase bacteriana ou, ainda, 
uma alfa-amilase com estabilidade 
térmica intermediária promove 
retardamento do processso de en-
velhecimento dos pães e produtos 
similares.
Cervejaria: substituição e/ou 
complementação das enzimas do 
malte, auxilia na liquefação dos 
agregados.
Produção de sucos de frutas 
com alto teor de amido: por exem-
plo, maçã, maracujá.
• Beta-amilase
A beta-amilase é uma exoenzima 
que catalisa a hidrólise alternada 
de ligações α-1,4-glicosídicas de 
polissacarídeos (como o amido), 
liberando moléculas de maltose 
a partir da extremidade não re-
dutora. A ação da enzima é inter-
rompida nas regiões com ligações 
α-1,6-glicosídicas. 
Uma das mais importantes pro-
priedades das beta-amilases é a sua 
relativa labilidade térmica quando 
comparada à alfa-amilase.
Principal aplicação
Sacarificação do amido.
• Gluco-amilase ou exo-α-1,4-
D-glucosidade
É uma exoenzima que hidrolisa 
ligações α-1,4-glicosídicas e tam-
bém, embora mais lentamente, 
ligações α-1,6-glicosídicas de molé-
culas de amido, liberando unidades 
de β-D-glucose, uma a uma, a partir 
da extremidade não redutora.
Pode ser de origem bacteriana 
e/ou fúngica.
Principais aplicações: 
Panificação: assegura a produ-
ção de açúcares fermentáveis em 
quantidades suficientes para o 
lêvedo.
Sacarificação e liquefação do amido.
• Iso-amilase ou pululanase
A pululanase hidrolisa ligações 
α-1,6-D-glicosídicas de polissacarí-
deos ramificados (amilopectina, 
glicogênio e pululano)
A partir da amilopectina se pro-
duz cadeias mais ou menos curtas 
de amilose.
Esta enzima é produzida pelo 
Aerobacter aerogenes.
Principais aplicações:
Cervejaria: produção de cerve-
jas com baixo teor de calorias, a 
partir da hidrólise de açúcares não 
fermentáveis.
Hidrólise de amido.
• α-D-galacrosidade
Esta enzima hidrolisa di-, oligo-, 
e polissacarídeos a partir de suas 
extremidades não redutoras. Seus 
preparados enzimáticos podem ser 
obtidos pela Mortiella vinacea.
Principais aplicações:
Durante a refinação do açúcar 
de beterraba, a α-D-galactosidase 
hidrolisa a rafinose em sacarose e 
galactose. Também pode ser usada 
no processamento de produtos de 
legumes, especialmente produtos 
de soja, os quais são ricos em 
galacto-oligossacarídeos. Estes 
compostos causam flatulência e 
distúrbios gástricos quando ingeri-
dos e podem ser degradados por su-
plementos de α-D-galactosidase.
• β-D-galactosidade ou lactase
A lactase hidrolisa moléculas de 
lactose formando glicose e galacto-
se, que são dois monossacarídeos 
mais doces, mais digestivos e mais 
solúveis do que a lactose.
A lactase quando produzida por 
fungos (Aspergillus niger) e levedu-
ras, tem grande importância para 
a indústria de laticínios.
Lactases comerciais são usadas 
na indústria no desenvolvimento de 
novos produtos derivados de leite. 
Transformam soro de queijo em 
xarope doce usado em alimentos 
como um componente de baixa 
fermentação, podendo servir para 
reposição dos xaropes de milho 
ou sacarose da cevada. Quando 
adicionadas em iogurte, coalhadas 
e manteiga de leite, as lactases 
melhoram o sabor sem aumentar 
o conteúdo calórico.
Também são usadas para redu-
zir a cristalização da lactose em 
produtos de leite. Na fabricação de 
iogurte, a adição de lactase acelera 
o aumento da acidez, aumenta a 
doçura, a viscosidade e a vida de 
prateleira.
O tratamento enzimático pro-
move maior firmeza e maior elas-
ticidade no requeijão e reduz o seu 
tempo de ajuste. No caso de queijos 
maturados, a suplementação com 
lactase envolve a redução do tempo 
de maturação e consequente redu-
ção dos custos.
• Invertase
A invertase converte a sacarose 
em frutose e glicose.
Principais aplicações:
Fabricação de xaropes, sobreme-
sas e mel artificial. 
Na produção industrial, a inver-
tase é importante para a produção 
de fondants,cobertura de choco-
late e balas cobertas de chocolate 
com o centro macio
• Enzimas pectinolíticas
As enzimas pectinolíticas, mais 
freqüentemente chamadas de 
pectinases, correspondem a uma 
mistura de enziams que atuam 
nas substâncias pécticas (polissa-
carídeos vegetais que mantém a 
integridade da parede celular ou 
lamela média).
Principais aplicações:
Misturas de pectinases fúngicas 
são usadas para remover as subs-
tâncias péticas, ajudando desta 
forma no processo de extração de 
suco de frutas e clarificação.
• Celulase e hemicelulases
Estas enzimas são responsáveis 
pela decomposição dos polissa-
carídeos não amido - compostos 
fibrosos insolúveis, como celulose 
e hemiceluloses.
As celulases fúngicas são usa-
das sozinhas ou em conjunto com 
pecti nase, beta-glucanase e enzi-
mas que degradam amido na cer-
vejaria, processamento de suco de 
frutas, fermentação de alimentos, 
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produção de vinho e fermentação 
de álcool. Também têm sido usadas 
para melhorar a palatabilidade 
de vegetais de baixa qualidade, 
aumentar o flavor de cogumelos e 
alterar a textura de alimentos.
As hemicelulases fúngicas (glu-
canase, pentosanase, xilanase, ga-
lactanase e manase) são as mais em 
processamento de alimentos em 
geral; enquanto as bacterianas são 
empregadas para reduzir o nível 
de glucanos na cevada, composto 
indesejável no processamento da 
cerveja (possibilita melhor filtra-
ção, além de complementar e/ou 
substituir o malte de cevada).
Em panificação, encontra-se uma 
pequena porcentagem de pentosa-
nas nas farinhas de trigo e centeio. 
As pentosanas impedem o desenvol-
TABELA IV - PROTEASES UTILIZADAS NA TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
Nome Procedência pH ótimo Faixa de pH de estabilidade ótima
proteases animais
protease pancreática
a
pâncreas 9,0
b
3 - 5
pepsina mucosa estomacal 2 5,5 - 6,0
quimosina mucosa estomacal 6 - 7 5,5 - 6,0
proteases vegetais
papaína Carica papaya 7 - 8 4,5 - 6,5
bromelina Ananas comosus 7 - 8
ficina Ficus carica 7 - 8
proteases bacterianas
protease alcalina
lisina
Bacillus subtilis 7 - 11 7,5 - 9,5
protease neutra
termolisina
Bacillus thermoproteolyticus 6 - 9 6 - 8
pronasa
c
Sterptom. griseus
proteases fúngicas
protease ácida Aspergillus oryzae 3,0 - 4,0
d
5
protease neutra Aspergillus oryzae 5,5 - 7,5
d
7
protease alcalina Aspergillus oryzae 6,0 - 9,5
d
7 - 8
protease Mucor pusillus 3,5 - 4,5
 d
3 - 6
protease Rhi. chinensis 5 3,8 - 6,5
vimento do glúten, que é de impor-
tância vital na formação da estrutura 
do pão. Hidrolisando as pentosanas, 
através de uma pentosanase, a massa 
fica mais fácil de manusear e o pão 
fica mais volumoso, com melhor 
estrutura de miolo.
• Dextranase
Durante a produção de açúcar, 
espécies de Leuconostoc podem 
contaminar o suco de açúcar 
de cana ou suco de beterraba, 
resultando no aparecimento de 
dextranas. Este polissacarídeo in-
terfere na refinação do açúcar de 
beterraba e reduz a eficiência da 
fabricação. O aumento da viscosi-
dade do suco contaminado é asso-
ciada com o lento aquecimento, a 
redução da taxa de cristalização da 
sacarose, alta turbidez, filtração 
lenta e presença de longos cristais 
de açúcar. A aplicação de dextra-
nase fúngica durante a refinação 
de açúcar reduz sensivelmente 
estas dificuldades.
* Este artigo foi desenvolvido 
com a rica colaboração da Prozyn 
Indústria e Comércio, empresa 
especializada na tecnologia de 
enzimas e outros ingredientes 
naturais para o desenvolvimento 
de soluções para a indústria 
de alimentos, atuando nos 
segmentos de panificação, 
moinhos de trigo, melhoradores, 
biscoitarias, indústrias de 
massas, cervejarias, produtos 
cárneos, laticínios, entre outros.
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