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29/09/2020
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Fundamentos 
biotecnológicos 
aplicados aos 
fármacos
Profa. Ivana Maria Póvoa Violante
Introdução à aplicação de biotecnologia em 
desenvolvimento de fármacos
• O uso de organismos vivos na produção de medicamentos dá origem
aos chamados biofármacos.
• Embora de elaboração mais complexa, sua produção vem aumentando
consideravelmente, sendo que mais de um quinto dos medicamentos
lançados a cada ano são derivados de biotecnologia.
Desde 2003 – representam mais de 50% 
da produção de medicamentos para 
tratamento:
Câncer = 154 unidades
Doenças infeciosas = 43 unidades
Doenças autoimunes = 26 unidades
AIDS = 17 unidades
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• A produção destes medicamentos é mais complexa dos que as
drogas sintéticas – devido à composição heterogênea dos
componentes ativos do organismo, capazes de interagir com as
proteínas do organismos humano.
Introdução à aplicação de biotecnologia em 
desenvolvimento de fármacos
• Vamos pensar na criação de um organismo transgênico que passará a produzir
determinada proteína aplicada como biofármaco.
• Quantas informações desconhecidas esse gene pode carregar?
• Ou ainda, quantas informações armazenadas e de controle de expressão podem estar
presentes em regiões não codificadoras?
• Imagine tudo isso interagindo em um organismo complexo como o humano. Realmente,
não parece ser fácil de controlar
Porém.......
• Mesmo com essa dificuldade, os investimentos em pesquisa vêm
aumentando na tentativa de encontrar terapias mais eficientes no
tratamento de doenças crônicas e complexas, e entre aquelas
malsucedidas.
• Muitas têm apresentado resultados satisfatórios, que vão além da
descoberta de novos tratamentos, permitindo também à indústria
farmacêutica produzir os medicamentos em grande quantidade
atendendo a toda população que dele necessita.
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VANTAGENS
Produção de 
medicamentos mais
eficazes e específicos
Menos efeitos
colaterais
Menores riscos de 
contaminação por
agentes infecciosos
Produção em larga
escala de substâncias
existentes
Ex.: insulina
A biotecnologia vem sendo
aplicada no
desenvolvimento recente
de medicamentos
personalizados, que levam
em conta a genética de
cada indivíduo,
apresentando resultados
muito mais eficazes devido
às dosagens exatas e
controle dos genes sobre
as proteínas do corpo
humano.
DESVANTAGEM
• Neste cenário da corrida biotecnológica da indústria farmacêutica,
nosso país se depara com grande barreira tecnológica por não
dominar a fabricação de todos os princípios ativos utilizados nesses
medicamentos, o que gera uma despesa de aproximadamente 4
bilhões de dólares com importação.
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Introdução à aplicação de medicamentos 
macromoleculares
• Na produção industrial de proteínas e enzimas, macromoléculas
formadas por unidades básicas de aminoácidos podem ser aplicadas
como medicamentos, apresentando grande potencial para uso
terapêutico.
• Por serem produzidos a partir de substratos, promovem
transformações bioquímicas no organismo humano e essas
transformações podem ser aplicadas no tratamento de doenças.
São proteínas que contêm sítio catalítico específico (local
onde acontece a reação química) e, por isso, são agentes
de grande potencial para uso terapêutico.
• Com a finalidade de ser utilizada como medicamento, a enzima deve 
apresentar algumas características específicas, conforme exposto a 
seguir:
Baixa resposta 
imunológica, 
preferencialmente 
proveniente de organismos 
não patogênicos.
Alta atividade e 
estabilidade em pH 
fisiológico e alta afinidade 
pelo substrato.
Não ter necessidade de 
cofatores exógenos, o que 
aumentaria a necessidade 
de mais compostos no 
medicamento.
Pouca inibição por 
componentes dos fluidos 
corporais.
Efetiva irreversibilidade da 
reação enzimática sob 
condições fisiológicas.
Necessidade de desenvolvimento de tratamentos mais eficientes.
Incentivo em pesquisas para a descoberta de enzimas mais eficazes que sejam aplicadas no tratamento de
doenças.
Dificuldade
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Principais microrganismos utilizados na produção 
de compostos biológicos
• Na indústria farmacêutica, o uso de microrganismos começou com a
descoberta de Alexander Fleming em 1929, que percebeu que
produtos do metabolismo secundário do fungo Penicillium inibiam o
crescimento de colônias de estafilococos.
Fungo Penicillium
Hoje, essa multiplicidade de antibióticos são produzidos por bactérias, 
actinomicetos e fungos, distribuídos na proporção a seguir:
Outras substâncias com atividade antibiótica foram descobertas e 
contamos com um total de 8.000 que podem ser utilizadas nos
medicamentos destinados ao tratamento de infecções.
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EXEMPLOS
• A maior quantidade e variedade de antibióticos é encontrada nos
actinomicetos, especialmente no gênero Streptomyces.
• Entre os fungos, os antibióticos produzidos por Aspergillaceae e Moniliales
têm importância prática. As penicilinas cefalosporina C, griseofulvina e
ácido fusídico são as que têm importância clínica.
• A produção dos hormônios adrenocorticóides, corticosterona, cortisona e
hidrocortisona baseia-se na biotransformação de esteroides pela adição de
um oxigênio no carbono 11 da molécula, realizada por microrganismos.
• A vacina para cólera utiliza como microrganismo o Vibrio cholerae, a da
rubéola usa o Rubivirus togaviridae, os próprios causadores da doença.
Enzimas
• A enzima é uma proteína que acelera ou inibe uma reação química,
atuando como um catalisador, só que biológico.
• A importância da aplicação dessas proteínas está justamente no fato de
promoverem ou inibirem o desenvolvimento de reações, mas, para isso,
precisam ser cumpridas algumas exigências.
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• As enzimas com aplicações diversas podem ser obtidas de diferentes fontes: origem
microbiana, vegetal ou animal.
Origem vegetal: papaína (mamão) e a bromelina (abacaxi) = são aplicadas no amaciamento de carne.
Ficina (figueiras) = age sobre anticorpos produzidos por cavalos imunizados com veneno de cobra, para a produção de soros, como 
o antiofídico.
Origem animal: Pancreatina: que é utilizada no tratamento de insuficiência pancreática.
Pepsina: enzima digestiva que atua na quebra de proteínas.
Renina: origem fúngica ou de estômago de bezerros lactentes, aplicada na produção de queijos e a catalase, proveniente do 
fígado, decompõe peróxido de hidrogênio. Também, a maioria delas pode ser obtida de origem microbiana, como já vimos.
Enzimas
• Esquema de ação enzimática que poderia ser uma reação de quebra
de alguma molécula em diferentes produtos.
• Pode ser uma reação de lise, ou quebra de alguma molécula em diferentes produtos,
ou ainda a enzima com aplicação medicamentosa, por exemplo da trombose que,
quando aplicada, dissolve ou quebra os coágulos, desobstruindo as veias.
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Modelos de ajuste induzido / Modelo Chave-
fechadura para a enzima
Fonte: http://docentes.esalq.usp.br/luagallo/enzimas.html
Enzimas
• Como proteínas, as enzimas apresentam atividade ótima em determinados
valores de temperatura e pH.
• Valores extremos desses parâmetros desnaturam a enzima e esse processo
pode ser irreversível.
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Fatores que determinam a efetividade das reações:
• Cada enzima apresenta valores de pH e temperatura diferentes para
sua atividade máxima. A figura a seguir apresenta curvas de atividade
de três enzimas em função do valor de pH, observe as diferenças.
pH
Existe um pH ÓTIMO,
onde a distribuição de
cargas elétricas da
molécula da enzima e,
em especial do sítio
catalítico, é ideal para
a catálise.
Fator Externo
A velocidade de transformação de substrato em
produto é máxima.
Fatores que determinam a efetividade das reações:
• Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação, até se
atingir a TEMPERATURA ÓTIMA; a partir dela, a atividade volta a
diminuir, por desnaturação da molécula.
TEMPERATUTRA Fator Externo
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Fatores que determinam a efetividadedas reações:
• A concentração enzima-substrato também influencia a velocidade das
reações enzimáticas.
• Em níveis de concentração de substrato proporcionalmente altos, as
transformações ocorrem de maneira acelerada.
Concentração
Fatores que determinam a efetividade das reações:
• A presença de inibidores também influencia a velocidade das reações
enzimáticas, pois se ligam às enzimas tornando-as indisponíveis para
formar o complexo enzima-substrato.
Inibidores
Ligações formadas com enzimas:
(a) formação do complexo enzima- substrato com obtenção do produto;
(b) ligação do inibidor à enzima impedindo a formação do complexo com o substrato.
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INIBIÇÃO ENZIMÁTICA 
Inibição enzimática reversível:
as moléculas do inibidor e as moléculas da enzima se unem por ligações não 
covalentes, que, por serem mais instáveis, podem ser rompidas, fazendo com 
que a enzima retome a sua atividade posteriormente
1. Inibição Enzimática Reversível 
Competitiva:
Quando o inibidor se liga reversivelmente 
ao mesmo sítio de ligação do substrato;
O efeito é revertido aumentando-se a 
concentração de substrato;
Este tipo de inibição depende das 
concentrações de substrato e de inibidor.
2. Inibição Enzimática Reversível 
Não-Competitiva:
Quando o inibidor liga-se 
reversivelmente à enzima em um sítio 
próprio de ligação, podendo estar ligado 
à mesma ao mesmo tempo que o 
substrato;
Este tipo de inibição depende apenas da 
concentração do inibidor.
Inibição enzimática irreversível:
a substância inibidora se une à 
enzima por ligações covalentes (mais 
estáveis), o que altera o grupo 
funcional da enzima necessário para 
sua atividade catalítica, tornando-a 
inativa de forma permanente
Há modificação covalente e 
definitiva no sítio de ligação ou no 
sítio catalítico da enzima.
Ex: íon cianeto (CN-), que se une à enzima 
citocromo oxidase, enzima muito 
importante no processo de respiração 
celular, levando à sua inativação 
definitiva.
INIBIÇÃO REVERSÍVEL
COMPETITIVA + NÃO-COMPETITIVA
NBPT
aplicado sobre a
ureia a fim de
reduzir as perdas
de nitrogênio por
volatilização ou
seja, estendendo a
disponibilidade do
nitrogênio por um
período mais
prolongando maior
absorção pela
planta e maior
produtividade.
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Inibição enzimática
• Vários antibióticos atuam através da inibição
irreversível de enzimas das bactérias.
• P.ex.: A penicilina - inibe a atividade da
enzima transpeptidase, indispensável à
formação da parede celular bacteriana.
• Com a inativação dessa enzima, a bactéria
não tem como fabricar a parede celular, o
que impede a sua reprodução.
• As células animais, por sua vez, não utilizam
essa enzima em seu metabolismo, por isso, a
penicilina não causa mal ao organismo
humano (exceto em situações de alergia).
Existem muitos tratamentos terapêuticos que se baseiam na inibição 
enzimática.
• Sildenafil ( Viagra) Vardenafil
(Levitra ) e Tadalafil (Cialis) -
inibem a enzima PDE5
(Fosfodiesterase 5) – responsável
pelo prolongamento da ereção do
pénis e diminuição da pressão
vascular e pulmonar.
Inibição enzimática
• AZT (zidovudina trifosfato ZDV-3P) -
inibi competitivamente a
incorporação, pela enzima
transcriptase reversa, da timidina ao
DNA viral - mimetiza o nucleotídeo
timina.
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Enzimas isoladas e testadas no tratamento de doenças:
Estreptoquinase e uroquinase:
Aplicadas por via intravenosa, inicia o 
processo de dissolução do coágulo, em
tromboses, aumentando as chances de 
sucesso na desobstrução do fluxo
sanguíneo.
Provenientes de pâncreas bovino e suíno
ou fungos. 
Amilases: São aplicadas como auxiliar
digestivo .
L-asparaginase: tratamento da 
leucemia.
Essa enzima degrada o aminoácido L-
asparagina encontrado no plasma que é 
essencial à sobrevivência das células
tumorais.
Bromelina e celulase do abacaxi e 
fungos:
respectivamente, são utilizadas no 
debridamento (remoção de tecidos sem
vida) de feridas.
Pancreatina:
Também obtida do pancreas bovino e 
suíno.
Usada no tratamento de insuficiência
pancreática.
Papaína - do mamão:
Lisozima - da clara do ovo:
São medicamentos do tratamento da 
hérnia de disco e infecções.
Situação-problema
• Aline tem 30 anos e passou boa parte de sua vida sem poder consumir produtos à
base de leite, pois apresenta intolerância ao
açúcar desta matéria-prima, a lactose.
• Todas as vezes que insistiu em consumir produto que apresentava leite como
ingrediente, sofria com os sintomas de diarreia.
• Agora, passou a ingerir a enzima lactase (200mg) uma hora antes de consumir
produtos de leite e seu problema foi resolvido.
• Como você, farmacêutico, explicaria a Aline a eficiência do medicamento?
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• Aline tem 30 anos e passou boa parte de sua vida sem poder
consumir produtos à base de leite, pois apresenta intolerância ao
açúcar desta matéria-prima, a lactose.
• Todas as vezes que insistiu em consumir produto que apresentava
leite como ingrediente, sofria com os sintomas de diarreia.
• Agora, passou a ingerir a enzima lactase (200mg) uma hora antes de
consumir produtos de leite e seu problema foi resolvido.
• Como você, farmacêutico, explicaria a Aline a eficiência do
medicamento?
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