ENZIMAS NA INDUSTRIA DE ANALISES CLINICAS

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ENZIMAS NA INDÚSTRIA DE ANÁLISES CLÍNICAS
Trabalho apresentado ao curso de Bacharelado em Farmácia da Faculdade de Educação e Meio Ambiente como requisito parcial à obtenção de créditos na disciplina de Enzimologia.
Ariquemes - RO
2020
RESUMO
Enzimas são conjuntos de proteínas que catalisam a química da vida agem nas reações químicas das células como catalisadoras, ou seja, aceleram a velocidade dos processos sem alterá-los. As enzimas têm diversas aplicações, em análises clínicas tem grande importância pois facilita muito nos diagnósticos de diferentes patologias, e associada com a indústria tem baixo custo por ser em grande escala. Inúmeros fatores de natureza biológica ou físico-química podem influenciar no número e atividade enzimática dos microrganismos. A frequência de bactérias amilolíticas, celulolíticas, proteolíticas e ureolíticas é significativamente influenciada pelo pH do solo.
Palavras-chaves: Atividade Enzimática, Microrganismos, Analises Clinica. 
ABSTRACT
Enzymes are sets of proteins that catalyze the chemistry of life and act in the chemical reactions of cells as catalysts, that is, they accelerate the speed of processes without changing them. Enzymes have several applications, in clinical analysis it is of great importance because it facilitates a lot in the diagnosis of different pathologies, and associated with the industry it has low cost because it is on a large scale. Numerous biological or physical-chemical factors can influence the number and enzymatic activity of microorganisms. The frequency of amylolytic, cellulolytic, proteolytic and ureolytic bacteria is significantly influenced by soil pH
Keywords: Enzyme Activity, Microorganisms, Clinical Analysis.
SUMÁRIO 
· METODOLOGIA ....................................................................................... 7
1. INTRODUÇÃO.......................................................................................... 8
2. ATIVIDADE ENZIMÁTICA........................................................................ 9
3. ESPECIFICIDADE DAS ENZIMAS.......................................................... 10
3.1. Modelo chave-fechadura ............................................................................... 11
3.2. Modelo do encaixe induzido .......................................................................... 12
4. INTERAÇÃO ENZIMA-SUBSTRATO....................................................... 12
5. MEDIDAS DE ESTABILIDADE ENZIMÁTICA ........................................ 13
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................... 14
OBJETIVO GERAL
· Discorrer sobre a aplicação das enzimas na indústria de análises clínicas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
· Descrever a atividade enzimática
· Identificar a especificidade das enzimas
· Analisar os benefícios das enzimas e sua estabilidade de armazenamento.
METODOLOGIA
Este trabalho trata-se de uma revisão de literatura e foi construído através de pesquisas bibliográficas encontradas em materiais elaborados por outros autores. A pesquisa foi realizada a partir de plataformas de dados como (SciELO), google acadêmico, entre outros. O material consultado trata-se de livros e artigos científicos com os seguintes descritores, o estudo referente as enzimas na indústria de analises clinicas.
1. INTRODUÇÃO
Enzimas são conjuntos de proteínas que catalisam a química da vida agem nas reações químicas das células como catalisadoras, ou seja, aceleram a velocidade dos processos sem alterá-los. As transformações químicas que ocorrem nos sistemas vivos são promovidas por centenas de milhares de enzimas que atuam catalisando a conversão de um conjunto de substratos em produtos específicos. Catalisando a química das sinalizações de macromoléculas e moléculas pequenas, e provavelmente devido a sua forma de ação tão peculiar, as enzimas tornaram-se grandes fontes de inspiração para atuarem em subáreas como a síntese orgânica e a química inorgânica (OLIVEIRA& MANTOVANI, 2009).
Industrialmente uma das principais fontes produtoras de enzimas são os microrganismos. Estes são considerados fontes atrativas e de baixo custo na produção de metabólitos, podendo ser cultivados em grandes quantidades e em tempo relativamente curto. Acrescenta-se ainda a vantagem de a produção não estar condicionada às questões sazonais e geográficas e pela possibilidade de uso de matérias primas pouco dispendiosas. Uma ampla gama de enzimas, de diferentes fontes e para diversos usos terapêuticos e de diagnóstico pode ser encontrada no mercado. O Brasil apresenta grande potencial para a busca de novos fármacos e biomarcadores enzimáticos uma vez que é inigualável a quantidade e variedade de produtos naturais, incluindo a notável biodiversidade microbiana disponível para transformação em produtos úteis de maior valor agregado (ZIMMER et al, 2009).
A determinação de enzimas no laboratório clínico tem uma grande aplicação para o diagnóstico, prognóstico e acompanhamento da terapia de diversas patologias, especialmente o caso das doenças hepáticas, cardíacas, ósseas, musculares e pancreáticas. Em alguns processos patológicos, as determinações enzimáticas contribuem significativamente para estabelecer a causa, localização e grau de extensão da lesão, para fazer o controle do tratamento e ainda para determinar a cura. Assim sendo, as dosagens enzimáticas são extremamente importantes para a compreensão e controle de inúmeras doenças (MARICONDI, 2019).
Enzimas diagnósticas ou para uso analítico são enzimas utilizadas diretamente ou como componentes de kits diagnósticos para a determinação de diferentes substâncias são enzimas com papel importante na análise de amostras de sangue, urina, soro, entre outros fluidos corporais, para o monitoramento e diagnóstico de diferentes patologias (ZIMMER et al, 2009).
As enzimas têm diversas aplicações,em análises clínicas tem grande importância pois facilita muito nos diagnósticos de diferentes patologias, e associada com a indústria tem baixo custo por ser em grande escala.
2. ATIVIDADE ENZIMÁTICA
As enzimas são proteínas vitais que catalisam reações bioquímicas com grande especificidade, sendo capazes de aumentar em até 1014 vezes algumas reações, sem requerer condições extremas de pH, pressão e temperatura. Além de formarem a base do sistema metabólico dos organismos vivos, essas proteínas proporcionam enormes oportunidades às indústrias por efetuarem conversões biocatalíticas finas, eficientes e mais econômicas. De acordo com algumas estimativas, o uso de enzimas industriais no cenário mundial cresceu de US$ 1 bilhão em 1995 para US$ 1,5 bilhão em 2000, podendo atingir US$ 2 bilhões em 2005.(MONTENEGRO et al., 2008)
Inúmeros fatores de natureza biológica ou físico-química podem influenciar no número e atividade enzimática dos microorganismos. A freqüência de bactérias amilolíticas, celulolíticas, proteolíticas e ureolíticas é significativamente influenciada pelo pH do solo. Em meio de cultivo sólido, estudando o efeito do pH do ambiente na secreção das enzimas amilase, celulase, lipase, pectinase e protease por isolados de Colletotrichum, observaram para todas as enzimas, um padrão de secreção dependente do pH ambiental. Esses relatos deixam claro que o pH é uma importante variável tanto na atividade como nos mecanismos que controlam a síntese e secreção das enzimas extracelulares. Portanto, levando em consideração a escassez de estudos referentes ao potencial biotecnológico desses microorganismos como fontes de enzimas de interesse alimentar, objetiva-se avaliar a influência do pH do meio sólido sobre as atividades amilolítica, lipolítica, pectinolítica e proteolítica de isolados de rizóbia nativos da Amazônia Central.(OLIVEIRA et al., 2006)
Os isolados de rizóbia foram testados quanto à habilidade em hidrolisar amido de milho (maizena) como única fonte de carbono. Após quatro dias de incubação a 28ºC, as colônias na placa de Petriforam reveladas com solução de tintura de iodo. Uma zona amarela suave ao redor da colônia em contraste com o meio azul indicou resultado positivo para a atividade amilolítica. Na determinação da atividade pectinolítica foi utilizada a pectina cítrica como substrato de carbono. Após um período de sete dias de crescimento das bactérias a 28ºC, as colônias foram reveladas adicionando-se solução de HCl 5N. A presença de um halo claro em volta da colônia sugeriu a degradação da pectina cítrica. (OLIVEIRA et al., 2006)
A produção de lipase extracelular foi registrada após 14 dias de crescimento das bactérias em meio contendo azeite de oliva como substrato de carbono e incubação a 28ºC. Para a revelação da atividade lipolítica, as placas contendo colônias foram mantidas durante 12 h na geladeira para induzir a formação de cristais de cálcio, caracterizados pela presença de halo transparente em volta da colônia. Quando não foi possível a visualização do halo de degradação, as placas foram irradiadas com luz ultravioleta (359 nm), nas quais a observação de fluorescência ao redor da colônia caracterizou a presença da enzima. A habilidade das bactérias em hidrolisar proteínas foi testada em meio contendo caseína como única fonte de carbono. Para melhor visualização do halo de proteólise, após quatro dias de incubação a 28ºC, as colônias nas placas foram reveladas usando-se solução de ácido acético a 5%. Uma região transparente ao redor da colônia em contraste com a superfície opaca do meio na placa indicou atividade proteolítica. ( CYSNEIROS et al., 2013).
3. ESPECIFICIDADE DAS ENZIMAS
As enzimas apresentam um alto grau de especificidade: cada enzima possui uma organização estrutural específica, permitindo a ligação apenas do(s) seu(s) substrato(s). Há enzimas que aceitam como substrato qualquer açúcar de seis carbonos, enquanto outras só reconhecem a glicose. As enzimas são fundamentais para processos bioquímicos celulares tais como: Degradação das moléculas nutrientes;Transformação e conservação da energia química;Síntese de macromoléculas biológicas a partir de moléculas precursoras simples. (BIRSCHBACH et alii, 2004).
Talvez uma das características mais importantes das enzimas seja sua alta especificidade. Em 1894, Emil Fischer postulou que essa especificidade se deve ao fato de que tanto as enzimas quanto os substratos são complementares geometricamente, um modelo que ficou conhecido como modelo “chave-fechadura”.
As enzimas possuem normalmente uma alta especificidade em relação às reações que catalisam e aos substratos que estão envolvidos nessas reações. A forma complementar, carga e características hidrofílicas/hidrofóbicas, são responsáveis por esta especificidade. As enzimas exibem também elevados níveis de estereoespecificidade, regioselectividade e quimioselectividade. (CLEMENTE et alii, 1999).
Algumas das enzimas que apresentam maior especificidade e precisão, estão envolvidas na cópia e expressão do genoma. Estas enzimas possuem mecanismos de proof-reading (revisão). Um destes casos é a DNA polimerase, que catalisa uma reação num primeiro passo, para em seguida confirmar, num segundo passo, se o produto é o correto. Este processo em duas etapas resulta em médias de taxa de erro muito diminutas, na ordem de uma para cem milhões de reações, no caso de polimerases de mamíferos.Mecanismos de revisão similares também podem ser encontrados na RNA polimerase,na aminoacil-tRNA sintetases e em ribossomos. (HILMI et alii, 2006) 
Algumas enzimas que produzem metabolitos secundários são descritos como promíscuos, visto que podem atuar num largo espectro de diferentes substratos. Tem sido sugerido que este tipo de especificidade alargada é importante nos processos de evolução de novas vias de biossíntese. (KUMAR e BHALLA, 2005).
3.1. MODELO CHAVE-FECHADURA 
As enzimas exibem uma elevada especificidade, e foi sugerido por Emil Fischer, em 1894, que esse facto era devido a que tanto as enzimas como os substratos apresentam formas geométricas complementares, fazendo com que encaixem de maneira precisa umas nos outros. Este processo é muitas vezes referido como modelo chave-fechadura. No entanto, apesar deste modelo explicar a especificidade das enzimas, falha em explicar a estabilização dos estados de transição que as enzimas exibem. (VERMELHO et alii, 2007).
 MODELO DO ENCAIXE INDUZIDO 
Em 1958, Daniel Koshland sugeriu uma modificação ao modelo de chave-fechadura: uma vez que as enzimas exibem estruturas flexíveis, o sítios ativo altera a sua forma de maneira continuada através de interações com o substrato, enquanto esse mesmo substrato vai interagindo com a enzima. Como resultado, o substrato não se liga simplesmente a um sítio ativo que é rígido. As cadeias laterais dos aminoácidos que formam os sítios ativo sofrem uma reorientação de maneira a que as suas posições potenciem a ação catalítica da enzima. Em alguns casos, como nas glicosidases, a molécula de substrato também sofre alterações de conformação à medida que vai se aproximando do sítio ativo. O sítio ativo continua a sofrer modificações até que o substrato esteja completamente ligado e é neste momento em que a conformação final e a carga são determinadas. (Leung et alii, 2000)
4. INTERAÇÃO ENZIMA-SUBSTRATO
A relação substrato-enzima não deve ser entendida como um modelo rígido de chave-fechadura (este modelo exemplifica a especificidade de uma enzima pelo seu substrato, mas não explica toda a complexidade da relação estabelecida entre eles durante a catálise); - na verdade, a aproximação e a ligação do substrato induz na enzima uma mudança conformacional, tornando-a ideal para a catálise (modelo do ajuste induzido). (RAWLINGS et alii, 2004).
As hidrolases incluem enzimas de baixa especificidade, como as esterases e as tioesterases, que hidrolisam um número muito grande de ésteres e tioésteres, embora com velocidades diferentes, e enzimas de especificidade muito alta, como as glicosilfosfatases (enzimas glicosílicas) e as peptidases (enzimas proteolíticas). Pertencem também a classes das hidrolases, as fosfatases e as pirofosfatases. (ROOSE e VAN NOORDEN, 1995; RAWLINGS et alii, 2004).
Assim, qualquer condição que resulta no aumento da área de superfície da interface do lipídio e água, aumenta a atividade da enzima. Esta é a razão pela qual a atividade da lipase é muito maior na homogeneização (não pasteurização) do leite do que no produto não homogeneizado. A maioria das enzimas lipolíticas é específica para o ácido ou o componente de álcool do substrato e, no caso de ésteres de alcoóis polihídricos, pode haver também uma especificidade posicional. (LEUNG et alii, 2000; RAWLINGS et alii 2004).
5. MEDIDAS DE ESTABILIDADE ENZIMÁTICA 
Por serem moléculas biológicas, em condições favoráveis e na presença de água, as enzimas se tornam vulneráveis ao ataque microbiológico e, consequentemente, à sua degradação. Em decorrência disso, a atividade enzimática é comprometida (CAVACO; GÜBITZ, 2003).
A estabilidade de enzimas e proteínas in vitro permanece como um importante capítulo em biotecnologia. Procedimentos como a estocagem e a estabilidade operacional afetam a utilidade de produtos baseados em enzimas (O’FAGAIN, 2003). Esta estabilidade na estocagem ou a vida útil refere-se à manutenção das capacidades catalíticas entre o período de armazenagem e o seu eventual uso. Esquemas aplicados de maneira generalizada têm sido utilizados para descrever o desempenho das enzimas e a inativação dentro das condições de processo.
As enzimas podem facilmente ser desnaturadas pela ligeira mudança nas condições ambientais, tais como temperatura, pressão, pH e força iônica. Dentre as diversas maneiras de se conseguir a estabilidade destas enzimas durante o armazenamento, tem-se o uso de aditivos, os quais são dependentes da natureza das enzimas. (ILLANES, 1999). 
Infelizmente, enzimas naturalmente disponíveis geralmente não são adequadas para aplicações industriais, devido às condições dos processos, que muitas vezes requerem uso de condições extremas. Deste modo,a estabilidade de um biocatalisador geralmente é um fator econômico importante (EIJSINK et al., 2005). A estabilidade de um biocatalisador, isto é, a capacidade de reter a atividade durante o tempo, é sem dúvida um dos fatores mais importantes em biotecnologia (ILLANES, 1999). 
A estabilidade de uma enzima é afetada por vários fatores, tais como temperatura, pH, estresse oxidativo, solventes, ligação com íons metálicos ou cofatores, presença de surfactantes. O efeito de surfactantes é extremamente importante do ponto de vista industrial, pois a área de detergentes é uma das maiores aplicações de enzimas industriais. O efeito de solventes orgânicos é importante, pois a presença de tais solventes é essencial na aplicação de enzimas para a produção de química fina (EIJSINK et al., 2005).
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
O presente conteúdo trata-se sobre a natureza de uma enzima dentro do organismo, como suas funções primordiais, importância para as reações químicas presente e vários meios, seja no corpo humano ou em fabricação de alimentos. A determinação de enzimas em laboratórios clínicos tem grande valor de aplicação no diagnóstico, prognóstico e acompanhamento do tratamento de diversas patologias, principalmente no caso de doenças hepáticas, cardíacas, ósseas, musculares e pancreáticas. Em alguns processos patológicos, a determinação enzimática desempenha um papel importante na determinação da causa, localização e extensão da lesão, controlando o tratamento e determinando o método de cura. Portanto, a medição de enzimas é extremamente importante para o entendimento e controle de muitas doenças.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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