Efeito da temperatura na atividade enzimatica

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Efeito da Temperatura na Atividade Enzimática
A velocidade de uma reação química é afetada pela temperatura – isso pode ser explicado pela teoria de
Arrhenius que se baseia na hipótese de que duas partículas devem se colidir na orientação correta e com
energia cinética suficiente para que os reagentes sejam transformados em produtos.
Pode­se dizer que o mesmo acontece com as reações catalisadas por enzimas, lembrando que a variação
de temperatura afeta as constantes cinéticas (Km e Vmáx). 
 
Em baixas temperaturas, as reações são mais lentas devido à queda da energia cinética do sistema.
Porém, como as enzimas são proteínas, o aumento da temperatura não causa apenas o aumento da
velocidade de reação mas, sim, dois efeitos opostos:
até determinada temperatura, ocorre um AUMENTO da velocidade de reação;
a partir de determinada temperatura, há uma DIMINUIÇÃO na velocidade de reação.
 
 
Figura 1 
Diagrama esquemático
mostrando o efeito da
temperatura na atividade
de uma enzima;  ——
período de incubação
curto; ­­­­­ longo período
de incubação. 
Note que a temperatura
em que se observa a
máxima atividade
enzimática varia com o
tempo de incubação. 
 
Figura cedida pelo Dr. Martin Chaplin, do site http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/temperature.html 
 
Isso acontece porque as enzimas são proteínas e como tal, podem ser desnaturadas. Ou seja, a partir de
uma determinada temperatura, as enzimas perdem sua estrutura nativa, o que leva à perda de função.
 
 
Figura 2
Diagrama esquemático mostrando
o efeito da temperatura na
estabilidade de uma enzima. As
curvas mostram o percentual de
atividade remanescente em
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função do tempo de incubação em
diferentes temperaturas.
De cima para baixo, há um
aumento equivalente de
tempertura  (50°C, 55°C, 60°C,
65°C and 70°C).
 
Figura cedida pelo Dr. Martin Chaplin, do site http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/temperature.html 
 
Pode­se notar que a atividade de uma enzima diminui com o tempo de incubação em determinadas
temperaturas. No exemplo da figura 2, uma enzima perde 20% de sua atividade original quando incubada
por 40 minutos a 55oC. Note que quanto maior a temperatura de incubação, mais rápido é o processo de
desnaturação térmica.
No processo de desnaturação térmica, a estrutura terciária se desfaz pois a proteína perde interações
NÃO­COVALENTES. Não há quebra de ligações peptídicas; com o aumento da temperatura rompem­se
ligações de hidrogênio, interações eletrostáticas e hidrofóbicas. Como as ligações de hidrogênio são
estabilizadoras de estruturas secundárias, estas também podem ser perdidas durante o processo de
desnaturação térmica.  
Para muitas enzimas, o processo de desnaturação térmica é irreversível. O tempo de incubação da
proteína numa determinada temperatura pode acelerar o processo de desnaturação térmica e definir se o
mesmo será reversível.
 
Além disso, a ligação do substrato na enzima causa mudanças estruturais que a mantém mais estável.
Esse é o caso da hexocinase, que sofre uma grande mudança conformacional quando glicose se liga ao
seu sítio ativo:
Hexocinase de levedura na ausência de Glicose  Hexocinase de levedura na presença de Glicose 
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(2yhx.pdb) (2yhx.pdb)
Na ausência de glicose, a temperatura de desnaturação da enzima é de 48,2 oC. Na presença de glicose,
a estabilidade da enzima aumenta e a temperatura de desnaturação sobe para to 53.7 oC [1,2], podendo
chegar a 62 oC com excesso de glicose [3].
A ligação de glicose na hexocinase de levedura aumenta, também, a estabilidade térmica da enzima. Isso
foi observado em experimentos semelhantes aos ilustrados na Figura 2, sendo que calculou­se o tempo
necessário para perda de 50% de atividade enzimática (t0.5). O t0.5 foi de 34,6 min para a enzima
incubada em tampão, na ausência de glicose. Quando o meio de incubação continha glicose, o t0.5
aumentou para 400 min, ou seja, a estabilidade da enzima aumentou mais de 10 vezes [4].
Atenção: Muitas pessoas dizem QUINASE quando se referem às enzimas que catalisam reações de
fosforilação. Isso porque em inglês se diz KINASE. Mas essa nomenclatura está equivocada pois
KINE/KINO, de origem grega, é o prefixo usado em inglês para denotar movimento como em kinetic
(cinética) ou mesmo em CINEMA.  
 
A velocidade de uma reação catalisada por enzimas pode aumentar em um fator de 1,2 a 2,5 vezes para
cada 10 oC de aumento de temperatura. Isso se deve aos valores típicos de energia de ativação que
variam de 15 a 70 kJ.M­1 [5]. Esse aumento de velocidade é quantificado pelo termo Q10, também
conhecido como coeficiente de temperatura.  
É interessante notar que a temperatura ótima para a enzima representada na Figura 1 foi de 55 oC
quando a incubação foi realizada em períodos curtos. Porém, é comum associarem a temperatura ótima
da enzima com a temperatura corporal (~37 oC). Na verdade, para muitas enzimas a temperatura ótima
é muito maior. A amilase (E.C. 3.2.2.1) salivar, por exemplo, é uma glicoproteína de 62 kDa [6] que tem
temperatura ótima de 48 oC [7]. A papaína (EC 3.4.22.2) é uma protease encontrada no papaia, que tem
temperatura ótima em 65 oC [8]. 
 
CURIOSIDADE: Muitas pessoas se perguntam porque os efeitos de um estado febril podem ser tão
deletérios se muitas enzimas desnaturam em altas temperaturas? Ao que parece, as enzimas­chaves do
metabolismo têm a temperatura ótima ao redor de 40 oC. Acima da temperatura ótima, é normal que a
atividade caia drasticamente devido ao processo de desnaturação térmica. Com isso, a temperatura
corporal por volta de 37 oC está no limite de atividade e da estabilidade dessas enzimas e, portanto, do
metabolismo.
REFERÊNCIAS
[1] Takahashi K, Casey JL, Sturtevant JM. (1981) Thermodynamics of the binding of D­glucose to yeast
hexokinase, Biochemistry 20, 4693­4697
[2] G.Barone, F.Catanzano, P.Del Vecchio, C.Giancola, G.Graziano (1995) Differential scanning calorimetry
as a tool to study protein­ligand interactions, Pure & Appl. Chern. 67, 1867­1872
[3] Catanzano F, Gambuti A, Graziano G, Barone G. (1997) Interaction with D­glucose and thermal denaturation of
yeast hexokinase B: A DSC study. J Biochem (Tokyo) 121, 568­577
[4] Guerra R, Bianconi ML (2000) Increased Stability and Catalytic Efficiency of Yeast Hexokinase Upon
Interaction with Zwitterionic Micelles.Kinetics and Conformational Studies Bioscience Reports. 20, 41­49
[5] Chaplin M, http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/temperature.html  (em 16/10/2006)
[6] Ragunath C, Sundar K & Ramasubbu N (2002) Expression, Characterization, and Biochemical Properties
of Recombinant Human Salivary Amylase, Protein Expression and Purification 24, 202–211
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[7] Smith CL (1938) Influence Of Temperature On The Amylases Of Cold­ And Warm­Blooded Animals, J.
Exp. Biol. 15, 10­17
[8] Sun Sufang,  Yang Gengliang, Liu Haiyan, Sun Hanwen, Liu Cuifen (2002) A new method to immobilize
enzyme and its application to the papain, Chemical Journal on Internet, Vol.4 No.10, P.48
(http://web.chemistrymag.org/cji/2002/04a048pe.htm)
Texto: Profa. M. Lucia Bianconi
e­mail: enzimas@bioqmed.ufrj.br
Página atualizada em: 16/10/2006
 
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