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Aula 1 19/08/2019
ENZIMOLOGIA INDUSTRIAL
2019.2
Profa. Ana Maria Souto-Maior
Departamento de Antibióticos 
Laboratório de Processos Biotecnológicos
soutomaior@ufpe.br 
PROGRAMA
Semana Teórica Prática
1
09/AGO
Apresentação das aulas práticas
2
12/AGO
16/AGO
Introdução - enzimas e enzimologia industrial; enzimas versus
catalisadores químicos; biocatalisadores industriais; reações 
catalisadas e classificação das enzimas; fontes de enzimas; 
mercado.
Construção da curva-padrão de açúcares redutores.
3
19/AGO
23/AGO
Cinética enzimática - velocidade de reação; efeito das espécies 
reagentes; modelo cinético de Michaelis-Menten; 
determinação de parâmetros cinéticos.
Construção da curva-padrão de açúcares redutores.
4
26/AGO
30/AGO
Cinética enzimática - ; efeitos do pH e da temperatura na 
cinética das reações enzimáticas; inibição das reações 
enzimáticas; modelos cinéticos de inibição e determinação de 
parâmetros cinéticos. 
Obtenção e caracterização de enzimas.
5
2/SET
6/SET
Determinação de parâmetros cinéticos - apresentação dos 
resultados de cálculo de constantes cinéticas (Km , Vmax e KI) a
partir de linearizações da equação de Michaelis-Menten
utilizando software Excel.
Obtenção e caracterização de enzimas.
6
9/SET
13/SET
Processos enzimáticos - processo industrial genérico; reatores
enzimáticos; processos com células ou enzimas livres; 
imobilização do biocatalisador.
Fatores que afetam a atividade enzimática - efeito do pH na 
atividade enzimática.
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16/SET
20/SET
Aula de revisão Fatores que afetam a atividade enzimática - efeito da temperatura 
na atividade enzimática.
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23/SET
27/SET
1° EXERCÍCIO Fatores que afetam a atividade enzimática - efeito da concentração
inicial de substrato.
9
30/SET
4/OUT
Aplicação da biologia molecular na produção de enzimas -
regulação da síntese de enzimas; engenharia genética; 
engenharia de proteínas.
Fatores que afetam a atividade enzimática - efeito de inibidores na
atividade enzimática.
10
07/OUT
11/OUT
Aplicação da biologia molecular na produção de enzimas -
ferramentas "ômicas"; metagenômica; engenharia metabólica.
Reatores bioquímicos - montagem, instrumentação,
amostragem.
11
14/OUT
18/OUT
Bioprocessos para a produção de enzimas - micro-organismos
produtores de enzimas comerciais; meios de cultura; cultivos
submerso e semissólido.
Quantificação de substratos e produtos por cromatografia
líquida de alta eficiência.
12
21/OUT
25/OUT
Bioprocessos para a produção de enzimas - operações unitárias e
biorreatores.
Hidrólise enzimática em frasco agitado - acompanhamento
e retirada de amostras.
13
28/OUT
01/NOV
FERIADO Hidrólise enzimática em biorreator tipo tanque agitado -
acompanhamento, retirada de amostras.
14
04/NOV
08/NOV
Seminário 1 - Enzimas na produção de alimentos e bebidas.
Seminário 2 - Enzimas na indústria de cosméticos.
Seminário 3 - Enzimas em medicamentos e diagnósticos.
Seminário 4 - Enzimas em síntese orgânica.
Hidrólise enzimática - processamento e quantificação das 
amostras.
15
11/NOV
15/NOV
Seminário 5 - Lipases em biocatálise.
Seminário 6 - Enzimas proteolíticas.
Seminário 7 - Enzimas na produção de etanol.
Seminário 8 - Enzimas em catálise ambiental.
FERIADO
16
18/NOV
22/NOV
Seminário 9 - Enzimas para dessulfurização de combustíveis.
Seminário 10 - Enzimas queratinolíticas.
Seminário 11 - Enzimas no processamento de fibras têxteis.
Seminário 12 - Enzimas na indústria de polpa e papel.
Fechamento das aulas práticas.
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25/NOV Aula de Revisão
18
02/DEZ
2° EXERCÍCIO
19
09/DEZ
SEGUNDA CHAMADA
20
16/DEZ
PROVA FINAL
BIBLIOGRAFIA
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Aula 1 19/08/2019
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Aula 1 19/08/2019
Aula 1
INTRODUÇÃO
Proteínas* globulares que 
catalisam as reações biológicas.
* RNAs catalíticos são conhecidos 
como ribozimas.
Enzimas Aminoácidos*
Carbono α (centro quiral)
Grupo carboxila
Grupo amino
Grupo R
(cadeia lateral)
*
* Exceto a prolina
Os 20 aminoácidos padrão das proteínas 
Os aminoácidos das proteínas possuem todos a configuração L
Isômero L Isômero D
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Ligação Peptídica
Estrutura das Proteínas
Estrutura 
primária
Estrutura 
secundária
Estrutura 
terciária
Estrutura 
quaternária
α - hélice
Síntese das Proteínas Enzimas possuem Sítios Ativos
Enzima Alostérica
Sítios catalíticos
Sítios catalíticos
Sítios 
alostéricos
O estudo das enzimas na área
biológica tem como finalidade última o
entendimento do papel crucial que
estes catalisadores desempenham nos
processos metabólicos de organismos
vivos.
Enzimologia
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Principais Vias Metabólicas das Células Enzimas são alvos para desenvolvimento de fármacos
(exemplo: estatinas)
Estudo das enzimas com a finalidade
de aplicação da sua capacidade
catalítica em processos industriais.
Enzimologia Industrial
Composto capaz de aumentar a velocidade
de uma reação química sem alterar a proporção
entre reagentes e produtos encontrada no final
da reação.
Catalisador
Cinética versus Termodinâmica Um catalisador participa efetivamente da reação,
sofrendo alterações de sua estrutura química
durante o processo, mas é regenerado ao final de
um ciclo de etapas.
2 SO2(g) + O2(g) → 2 SO3(g)
Etapa 1: 2 SO2 (g) + 2 NO2 (g)→ 2 SO3 (g) + 2 NO(g)
Etapa 2: 2 NO (g) + 1 O2 (g) → 2 NO2 (g)
Reação global: 2 SO2 (g) + O2 (g) → 2 SO3 (g)
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Um catalisador fornece um novo caminho de
reação com energia de ativação mais baixa
Catálise Enzimática
Cofatores Enzimáticos
Muitas enzimas necessitam de associações com cofatores 
não proteicos (molécula orgânica ou inorgânica) para 
exercerem as suas atividades catalíticas. 
Os cofatores inorgânicos são geralmente íons metálicos:
O cofator orgânico é denominado coenzima. As
coenzimas são derivadas de modificações químicas de
vitaminas.
Os cofatores se ligam transitoriamente aos sítios ativos por interações 
químicas não-covalente ou podem se ligar permanentemente por ligação 
covalente. Quando o cofator se liga firme e permanentemente ao sítio da 
enzima, é denominado grupo prostético
A porção proteica da enzima conjugada é denominada apoenzima. 
A proteína conjugada, cataliticamente ativa, é denominada holoenzima.
Processos químicos: tranformações químicas 
com catalisadores químicos.
Processos enzimáticos: tranformações químicas 
com enzimas (biotransformação industrial).
Processos biológicos : tranformações químicas 
realizadas por micro-organismos, células 
animais ou vegetais através do metabolismo 
(fermentação).
Catálise em Processos Industriais
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Aula 1 19/08/2019
Por que utilizar enzimas na indústria?
 As enzimas apresentam alto poder catalítico. Podem 
acelerar a velocidade de reações químicas multiplicando-a 
por fatores de 106 -1017. Os incrementos observados são 
sempre várias ordens de grandezas superiores aos obtidos 
com catalisadores não-enzimáticos.
Condição da Reação Energia de ativação 
(KJ/mol)
Velocidade relativa
Sem catalisador 75,2 1
Platina 48,9 2,77 x 104
Catalase 23,0 6,51 x 108
2H2O2 2H20 + O2
 As enzimas são capazes de acelerar velocidades de 
reações nas condições do ambiente celular, ou seja, 
enzimas catalisam as reações em condições moderadas 
de temperatura, pressão e pH. A catálise inorgânica 
requer, geralmente, temperaturas elevadas e valores 
extremos de pressão e pH.
Biocatálise é uma tecnologia relativamente verde, que
economiza energia normalmente necessária para 
processamento. 
 As enzimas podem ser extraordinariamente específicas, 
tanto em relação aos seus substratos como em relação 
aos seus produtos – muito mais que os catalisadores 
químicos.Estereoespecificidade
(Especificidade Absoluta)
Especificidade por ligação e estrutura semelhantes
(Especificidade Relativa)
 Biotransformações altamente quimio-, regio- e 
estereosseletivas podem simplificar processos de 
manufatura, e torná-los mais atrativos economicamente e 
mais aceitos ambientalmente.
 Hoje, as ferramentas de biologia molecular e engenharia 
de proteínas permitem aumentar a estabilidade, 
especificidade e o potencial de aplicação industrial das 
enzimas.
Biocatalisadores Industriais
Enzimas Micro-organismos Células 
(Animal/vegetal) 
FERMENTAÇÃO: várias passos catalíticos entre o substrato e o 
produto. 
BIOTRANSFORMAÇÃO: uma ou duas etapas realizadas por enzima, 
micro-organismo, célula animal ou célula vegetal. 
Biorredução realizada com 
células ou extrato de células 
de Acinetobacter 
calcoaceticus 
Fermentação alcoólica realizada por
Saccharomyces cerevisiae
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Fermentação Industrial
E – penicilina acilase
Ácido fenilacético
7-ADCA
Biotransformação Industrial
Cefalosporina G
Tipos de biocatalisadores utilizados em biotrasformações industriais. 
Liese et alii, 2006
Nomenclatura das Enzimas
Nome Recomendado: utilizado no dia a dia de quem 
trabalha com enzimas; utiliza o sufixo "ase" para 
caracterizar a enzima. 
Exemplos: peptidase, urease, hexoquinase.
Nome usual : consagrados pelo uso. 
Exemplos: tripsina, pepsina, ptialina. 
Nome Sistemático (IUBMB): fornece informações 
precisas sobre a função metabólica da enzima. 
Exemplo: ATP-glicose-fosfotransferase
Classificação das Enzimas
União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (IUBMB)
Número EC: EC (i).(ii).(iii).(iv)
(i) Classe principal
(ii) Subclasse, indica o tipo de substrato, o tipo de grupo funcional 
transferido ou a natureza de uma ligação específica envolvida na 
reação catalisada.
(iii) Sub-subclasse, expressa a natureza do substrato ou co-substrato.
(iv) Número arbitrário 
glicose + ATP glicose-6-P + ADP
Nome trivial: Hexoquinase
Nome sistemático: ATP:glicose fosfotransferase (EC 2.7.1.1)
2: transferase
7: fosfotransferase
1: fosfotransferase com grupo OH como receptor
1: fosfotransferase com grupo OH da glicose como receptor
EC 2.7.1.1
Enzima
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Enzimas das várias classes utilizadas em 
biotrasformações industriais. 
Liese et alii, 2006
1 – Oxidorredutase
2 – Transferase
Exemplo para cada classe de Reação 
Utilizado para a síntese de LY 300164,
uma benzodiazepina oralmente ativa
Utilizada para a síntese 
de agroquímicos
3 – Hidrolase
4 – Liase 
5 - Isomerase
Origem das Enzimas Industriais
Produção de Enzimas por Micro-organismos
As enzimas industriais são, em sua maioria, de origem
microbiana.
Os micro-organismos produzem grande diversidade de
atividades catalíticas.
A produção por processo fermentativo é realizada em escala
industrial de forma regular (não depende de sazonalidade).
A maior parte das enzimas industriais são extracelulares,
produzidas por fungos e bactérias.
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Aula 1 19/08/2019
Micro-organismos Produtores de Enzimas Industriais
Produção de Enzimas por Micro-organismos
Recombinantes
Genes que codificam enzimas de
interesse (de origem animal, vegetal ou de
micro-organismos) podem ser expressos em
micro-organismos hospedeiros (bem adaptados
à fermentação em escala industrial), utilizando-
se a Tecnologia do DNA Recombinante.
Micro-organismos Recombinantes Produtores de Enzimas Industriais Mercado Global de Enzimas
Mercado Global de Enzimas