Aula Enzimas

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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo 
 Campus Venda Nova do Imigrante 
Enzimas: Conceito, 
funções e cinética 
enzimática. 
 
 
 
Química de Alimentos 
Prof. Wilton Cardoso 
PROPRIEDADES ENZIMÁTICAS 
 
 Substâncias sólidas difíceis de serem cristalizadas devido sua 
estrutura química complexa 
 Solúveis em água e álcool diluído (há exceções) 
 Inativadas pelo calor – importante na Tecnologia de Alimentos 
 Podem agir dentro e fora das células 
 São altamente específicas – grande especificidade 
 
NOTA: O SULFIXO ASE DENOMINA AS ENZIMAS 
O PREFIXO INDICA O SUBSTRATO (maioria das vezes) 
EX: LIPASE, AMILASE, POLIFENOLOXIDASE 
ATIVIDADE BIOLÓGICA DAS ENZIMAS 
 
É a capacidade da enzima reagir com os constituintes das 
células denominados SUBSTRATOS, formando complexos ou 
compostos com ligações covalentes 
 
A atividade biológica depende dos seguintes fatores: 
 Estrutura enzimática (número e arranjo das cadeias 
peptídicas 
 Natureza do substrato 
 Estrutura do grupo prostético (componente de natureza 
não proteica das proteínas 
MECANISMO DE AÇÃO DE AÇÃO ENZIMÁTICA 
 
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Enzimas: Cinética, inibição e 
regulação 
1.Autorreplicação; 
2.Catálise de reações químicas com eficiência e seletividade 
CONDIÇÕES FUNDAMENTAIS DA VIDA: 
Enzimas 
• Moléculas catalisadoras que aumentam a velocidade das 
reações, sem sofrerem alterações no processo global; 
• Na faixa de 5 a 17 ordens de magnitude. 
Praticamente todas as 
reações que caracterizam o 
metabolismo celular são 
catalisadas por enzimas. 
Enzimas 
http://www.youtube.com/watch?v=s4jEZ9Os6QM 
RESÍDUOS DE AAS COM 
GRUPOS DE CADEIAS 
LATERAIS QUE SE LIGA 
AO SUBSTRATO 
CATALISA A 
TRANSFORMAÇÃO 
BIOQUÍMICA 
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Enzimas 
OS CATALISADORES AUMENTAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES POR DIMINUÍREM 
AS ENERGIAS DE ATIVAÇÃO (interação covalente e fracas entre enzima e 
substrato); 
NA EVOLUÇÃO, AS ENZIMAS DESENVOLVERAM-SE PARA DIMINUIR 
SELETIVAMENTE AS ENERGIAS DE ATIVAÇÃO DAS REAÇÕES NECESSÁRIAS PARA 
A SOBREVIVÊNCIA CELULAR 
Estado de 
transição 
Enzimas 
Ribozima 
Molécula de RNA com atividade 
catalítica 
Nomenclatura 
SUFIXO ASE 
UREASE_ CATÁLISE DA UREIA 
DNA POLIMERASE_ POLIMERIZAÇÃO DNA 
PEPSINA_ DO GREGO PEPIS (DIGESTÃO) 
ACORDO INTERNACIONAL EM BIOQUÍMICA 
Classificação das Enzimas 
Número Classificação Propriedades Bioquímicas 
1. Oxidoredutases Agem em muitos grupos químicos, adicionando 
ou removendo hidrogênio. 
2. Transferases Transferem grupos funcionais entre moléculas 
doadoras e moléculas aceptoras. 
3. Hidrolases Adicionam água a uma ligação, hidrolizando-a. 
4. Liases Adicionam água, amônia ou dióxido de carbono 
a duplas ligações, ou removem estes elementos 
para produzirem duplas ligações. 
5. Isomerases Catalisam uma variedade de reações de 
isomerização: do tipo L para D, reações de 
mutação (troca de grupos químicos) entre 
outras. 
6. Ligases Catalisam reações em que dois grupos químicos 
são unidos utilizando energia fornecida pelo 
ATP. 
Classificação internacional das enzimas 
(classe, código e tipo de reação catalisada) 
 
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Classificação das Enzimas 
União Internacional de Bioquímica e Biologia 
Molecular (IUMBM) 
• Nomenclatura 
Isozimas 
Isozimas - enzimas que catalisam a 
mesma reação mas apresentam estruturas 
diferentes (primária e/ou quaternária). 
 
Podem ser : 
- constituem diferentes enzimas produzidas 
por diferentes genes; 
 
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS 
• SÍTIO ATIVO 
• Sítio de ligação do substrato; 
• Sítio catalítico. 
1. Cadeias laterais de AAs (fenda ou bolso_3D) 
2. Eficiência catalítica 
3. Especificidade 
 
ATIVADORES DE ENZIMAS 
 
Além de enzima e substrato, outras substâncias podem ser 
necessárias para completa atividades enzimáticas – Essas 
substâncias são chamadas de COFATORES 
 
Dois grupos: 
1. Coenzimas – compostos orgânicos de baixa massa molecular e 
estrutura complexa. Ex: vitaminas. 
2. Ativadores – íons inorgânicos que formam complexos ativados 
sem participarem da reação. Ex: Na, K, Mg, Zn, Ca, etc. 
 
 
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• Um ou mais íons inorgânicos ou molécula 
orgânica ou metalorgânica complexa 
(coenzima). 
COFATOR 
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS 
Cofator (inorgânico) 
Algumas enzimas requerem a 
presença de íons metálicos para que a 
reação catalítica ocorra (Mg, Zn, Fe, 
Ca, Cu, Mn). 
Anidrase carbônica é uma 
enzima que tem um papel 
importante no transporte do 
CO2 e no controle do pH do 
sangue. 
Zinco 
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS 
Coenzima - carreadores transitórios de grupos funcionais específicos. 
A maioria deles é derivada das vitaminas (deve estar na dieta em 
pequenas quantidades). 
Apoenzima Holoenzima 
As enzimas quando 
ligadas covalentemente 
ou não-covalentemente 
às coenzimas, são 
chamadas de 
holoenzimas 
Grupo prostético 
(coenzima) 
Coenzima 
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Modelos enzimáticos 
Especificidade enzimática 
1. Chave-fechadura 
Não é o ideal, estabiliza o substrato. 
• Especificidade enzimática 
2. Encaixe induzido 
Interações ótimas só 
ocorrem no estado de 
transição. 
Modelos enzimáticos 
FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES 
ENZIMÁTICAS 
 
 Concentração do substrato (principal fator) 
 Efeito do pH 
– Cada reação tem um pH ótimo (4,5 a 8,0) 
– Extremos desnatura as proteínas (inativa) 
 Efeito da Temperatura 
– Congelamento – atividade lenta 
– Aumento da temperatura – aumento da atividade 
– Temperatura ótima – 45ºC 
– Temperaturas elevadas ( >45ºC) – desnaturação 
 
 
 Efeito da Atividade de Água 
– Apesar da mobilidade do substrato ser importante, enzimas podem 
agir em alimento seco e são mais estáveis ao calor 
– Estabilidade diminui com o aumento do teor de água 
 Efeito da pressão 
– Pouco significativa e pouco empregada no controle de reações 
enzimáticas 
– Pressões elevadas podem inativar (desnaturar) as enzimas 
 
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FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO 
CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO 
Unidade de enzima (U) - quantidade de enzima que catalisa a transformação 
de 1 µmol de substrato ou formação de um produto por min 
[ES] 
SÍTIOS DE LIGAÇÃO 
OCUPADOS 
Temperatura e estabilidade molecular 
A temperatura ótima para a maioria das enzimas humanas 
está entre 35 e 40ºC. Acima de 40ºC, as enzimas 
desnaturam. 
Bactérias termófilas apresentam temperaturas ótimas acima 
de 70ºC. 
FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO 
Efeito do pH 
Cadeias laterais ionizáveis ou não ionizáveis 
FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DA REAÇÃO Atividade enzimática 
É obtida pela determinação da velocidade da 
reação catalisada pela enzima sob condições 
definidas. 
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Cinética enzimática 
Equação de Michaelis-Menten 
É baseado nos seguintes pressupostos: 
• E, S e ES estão em equilíbrio; 
• a conversão de ES em E + P é uma 
etapa irreversível e limitante da 
velocidade. 
• Velocidade inicial é calculada quando a 
enzima é misturada ao substrato, 
sendo nesse momento o produto 
muito pequeno. 
reversível 
Km= K2 + K3/K1 
A velocidade da reação é diretamente 
proporcional à concentração da enzima 
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Constante de Michaelis-Menten (Km) 
Afinidade da enzima e do seu substrato específico 
Qual correlação 
entre Km e Vmáx? 
Km=Vmáx/2 
Km=[S] 
Experimentalmente (grandes qtdes de substrato) 
Constante de Michaelis-Menten(Km) 
Velocidade Máxima (Vmax) Cinética enzimática 
Gráfico de Lineweaver-Burk 
A inversão de Vo e [S] possibilta a 
determinação de Vmax e Km 
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Cinética enzimática Cinética enzimática 
Cinética enzimática Analisando a cinética enzimática: 
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Construção dos gráficos e 
determinação de Km e Vmáx. 
• 
Análise gráfica de Vmáx e Km 
Primeiro gráfico: Vo x [S] 
• gráfico a partir dos valores da tabela 
Vmáx. 
½ 
Vmáx 
Km 
Segundo Gráfico: inverso do 
anterior 
• Gráfico a partir dos valores inversos da 
tabela 
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Achando a Velocidade Máxima e o 
Km 
• Depois de encontrar a equação da reta, é 
possivel calcular a Vmáx e o Km através dos 
valores de X e Y: 
• Y = 3,768x + 2,0993 (Equação da reta) 
• -0,557 quando Y = 0 e 2,099 quando X = 0 
 
Exercício 
• Calcule Km e a Velocidade Máxima a partir 
dos seguintes dados: 
 
 
 
 
 
 
• Primeiro passo: construir o gráfico de 
Lineweaver-Burk 
• Segundo passo: Regressão Linear (ou 
extraplotação da reta) 
Gráfico de Lineweaver-Burk 
• 
Cálculos para achar Km e Vmáx.: 
• Achando a equação da reta: 
 
y = 0,2152x + 0,7971 
 
• x= -3,703 p/ y =0 
• y= 0,7971 p/ x =0 
 
 
 
• Vmáx = 1,25 
• Km = 0,27 
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Inibição enzimática 
Inibidores enzimáticos são substâncias 
que interferem na atividade das enzimas, 
bloqueando o processo catalítico. 
Inibidores irreversíveis 
Inibidores reversíveis 
Inibidores fisiológicos 
Fármacos 
Substâncias tóxicas 
Inibição enzimática 
Inibidores Irrevesíveis 
Gases tóxicos derivados de Ácidos fluor-fosfórico 
(HPO2F2, H2PO3F) 
organofosforados carbamatos 
Sítio ativo da colinesterase 
Inibição enzimática 
Inibição Competitiva 
E + S + I ⇄ ES + EI 
1. Os inibidores competitivos são geralmente 
substâncias análogas à do substrato; 
2. A enzima pode complexar ou o substrato ou o 
inibidor mas não ambos simultaneamente; 
3. Ocorre aumento do Km (Km aparente), sem 
modificação da Vmáx; 
4. A ação dos inibidores competitivos é abolida 
a concentrações elevadas do substrato. 
5. Reversão (aumento do substrato). 
Inibidores reversíveis 
Síntese 
bacteriana 
tetraidrofolato 
Síntese das 
bases de ácidos 
nucléicos 
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Inibe DNA polimerase 
Inibição enzimática 
Inibição Não-
competitiva E + S + I ⇄ ES + EI + EIS 
1. O inibidor se liga à enzima num local diferente do sítio ativo; 
2. A enzima pode combinar-se simultaneamente com o substrato 
e o inibidor; 
3. Ocorre diminuição aparente do Vmáx (menos enzimas); 
4. O inibidor afeta a configuração mais apropriada à catálise. 
Ex: metais pesados 
SH proteínas 
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Regulação enzimática 
Além dos mecanismos de modulação de atividade enzimática - por variação da 
concentração do substrato, ou por inibição enzimática, - existem outros 2 
modelos de regulação enzimática 
Controle 
alostérico 
Enzimas que possuem um SÍTIO DE MODULAÇÃO, ou ALOSTÉRICO, onde se 
liga (não-covalente) um modulador alostérico, positivo (ativa a enzima) ou negativo 
(inibe a enzima). 
A ligação do modulador induz a modificações conformacionais na estrutura espacial 
da enzima, modificando a afinidade desta para com os seus substratos; 
Exemplo é a inibição por "FEED-BACK", o produto atua como modulador da 
enzima. 
Regulação enzimática 
Modificação covalente 
Ocorre quando há modificação covalente da molécula da 
enzima, com conversão entre formas ativa/inativa. 
 
A atividade de muitas enzimas é regulada por modificações de natureza 
covalente que se conjugam com as interações alostéricas (não covalentes) e 
as ampliam. 
quinase e fosfatase 
A modificação covalente pode ser ocorrer pela 
adição de diferentes radicais, pelos processos 
denominados fosforilação, glicosilação, 
galactosilação, metilação, entre outros. 
ENZIMAS E ALTERAÇÕES EM ALIMENTOS 
Principais causas de alterações em alimentos: 
a. Crescimento e atividade de microrganismos 
b. Reações químicas não enzimáticas 
c. REAÇÕES QUÍMICAS DE NATUREZA ENZIMÁTICA 
 
REAÇÕES QUÍMICAS DE NATUREZA ENZIMÁTICA 
 
 As enzimas são procedentes do próprio produto ou elaboradas 
por microrganismos 
 Reações enzimáticas raramente conferem nocividade ao 
alimento – restringe à mudanças nas características 
organolépticas 
 
 
 
PRINCIPAIS REAÇÕES QUÍMICAS ENZIMÁTICAS 
 
1. ESCURECIMENTO ENZIMÁTICO 
Para ocorrer, são necessários a presença de: 
 ENZIMA – polifenoloxidase (PFO) e outras oxidantes 
 SUBSTRATO – compostos fenólicos como ácido clorogênico, 
caféico e gálico. 
 OXIGÊNIO – retirado do meio 
 
Produtos que sofrem ação da PFO: maçã, pera, pêssego, banana, 
batata, outros 
Produtos que não sofrem ação da PFO: laranja, abacaxi, tomate, 
outros – ausência da enzima, substrato ou ambos 
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ESQUEMA DA REAÇÃO DE ESCURECIMENTO ENZIMÁTICO 
 
COMPOSTOS FENÓLICOS 
ENZIMAS 
POLIFENOLOXIDASES 
ORTOQUINONAS 
MELANOIDINAS 
+ 
O2 Oxidação 
Polimerização 
Coloração escura 
2. MUDANÇA NA TEXTURA – AMOLECIMENTO 
 Enzimas estão envolvidas no amolecimento dos vegetais 
durante o amadurecimento (mudança na textura e firmeza das 
células). 
 Principal causa do amolecimento: degradação de 
polissacarídeos pécticos 
 
SUBSTÂNCIAS PÉCTICAS: polissacarídeos ácidos de elevada 
massa molecular constituídas por unidades de ácido 
galacturônico. 
 
Enzimas relacionadas: Protopectinases; Pectinametilesterase 
(PME); Despolimerase; Poligalacturonase (PG) 
ESQUEMA DO PROCESSO DE AMOLECIMENTO (amadurecimento) 
 
Ácido Péctico (poligalacturônico) 
Ácido Galacturônico + Minerais 
Despolimerase 
Poligalacturonase (PG) 
Protopectinas (Fruto Verde) 
Ácido Pectínico 
Pectina + metanol 
Protopectinase 
Pectinametilesterase (PME) 
3. RANÇO HIDROLÍTICO 
 A lipase (enzima lipolítica – atua nos lipídeos) existente no 
alimento ou elaborada por microrganismos atua sobre vários 
produtos alimentícios ricos em lipídeos. 
 
Ex: queijo, carne, embutidos, outros. 
 
 O cheiro do ranço é devido à liberação de ácidos graxos de 
cadeia curta (4 a 10 átomos de carbono) – VOLÁTEIS 
 Quando ocorre predominância de AG de cadeia longa, não há 
formação de odores desagradáveis. 
 
 
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Modificações: 
Triacilgliceróis  Diacilgliceróis + 1 mol de Ácido Graxo Livre 
(AGL) 
Diacilgliceróis  Monoacilgliceróis + 1 mol de AGL 
Monoacilgliceróis  1 Glicerol + 1 mol de AGL 
 
 
4. Mudanças no valor nutritivo e características do produto 
 Enzimas que atuam sobre vitaminas: 
– Ascórbico-oxidase  oxida vitamina C 
– Lipoxidases  Oxida vitamina A e caroteno 
 
 Enzimas que atuam sobre proteínas 
– Proteases  hidrólise de proteínas e peptídeos – sabor amargo 
 
5. Enzimas que agem sobre o amido 
O amido é facilmente hidrolisado parcial ou totalmente por ácidos 
diluídos ou enzimas 
Ex: Hidrólise de amilopectina (componente do amido) por amilase 
com a formação de Dextrinas 
 
 
CONTROLE DE REAÇÕES QUÍMICAS ENZIMÁTICAS 
 
 Evitar contato entre enzima e substrato 
 Remoção de O2 do meio (embalagem à vácuo) 
 Inativação de enzimas por tratamento térmico 
(branqueamento) ou acidificação (adição de ácidos com 
consequente mudança de pH). 
 Remoção de substrato 
 
PRINCIPAIS ENZIMAS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS 
 
1. PROTEASES 
 
Enzimas proteolíticas – hidrolisam ligações peptídicas 
 Pepsina 
 Tripsina Quimiotripsina 
 Carboxipeptidases 
 Aminopeptidases 
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PROTEASES – APLICAÇÕES 
 
 Fermentados 
 Desenvolvimento de aroma e nutrientes durante a 
fermentação 
 Cereais 
 Modificação de proteínas para aumentar a taxa de secagem, 
aumenta as características de manuseio 
 Chocolate/cacau 
 Ação nos grãos durante a fermentação 
 Vinhos 
 Clarificação 
 Queijo 
 Coagulação da caseína 
 
2. LACTASE 
 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 
 
Aplicações 
Sorvete 
 Prevenção da cristalização da lactose, o qual resulta na 
textura de fibra 
Leite 
 Hidrólise da lactose, permitindo o uso por adultos 
deficientes na lactase intestinal e em crianças com 
deficiência em lactase congênita. 
Ração 
 Conversão da galactose em lactose e glicose 
 
AMILASE 
 
 Atua sobre o amido, degradando-o a partir de posições 
internas da cadeia polimérica 
 
Amilose 
 Ataque aleatório – produção de maltose 
 Ataque lento – formação de glicose e maltose 
 
Amilopectina 
 Produtos finais: glicose, maltose e dextrinas 
Aplicações: 
1. Fermentados 
 Conversão do amido a maltose por fermentação. Remoção 
da turbidez do amido 
 
2. Sucos de frutas e Gelatinas 
 Remoção do amido para o aumento das propriedades 
espumantes 
 
3. Cereais 
 Conversão do amido a dextrinas e maltose. Aumento na 
absorção de água 
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Estudo dirigido: 
Lista de Exercícios – Proteínas e Enzimas 
5. Dê um exemplo de como ocorre a desnaturação de proteínas no processamento de um 
alimento qualquer. 
 
6. Explique sob o aspecto nutricional, por que feijão com arroz é uma boa combinação no prato 
do consumidor? 
 
7.Qual a diferença entre proteínas de origem vegetal e proteínas de origem animal? 
 
8. Cite exemplos de proteínas presente no leite, carne, trigo e ovo. 
 
9. O que significa dizer que um aminoácido tem caráter hidrofílico? 
 
10. A queratina é uma proteína com característica polar ou apolar? Justifique. 
 
11. No desenvolvimento de uma nova bebida energética, a bebida foi acidificada até pH 3,6. No 
entanto uma proteína que faz parte desta bebida possui o ponto isoelétrico muito próximo deste 
pH. Explique porque a proteína desta bebida teve que ser substituída. 
 
12. “Toda proteína é uma enzima”. Esta frase está correta? Justifique. 
 
13. Explique como ocorre o escurecimento enzimático. 
 
14. Cite formas de como o escurecimento enzimático pode ser impedido ou retardado?