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									UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA

    ENGENHARIA DE ALIMENTOS




 TÓPICOS SOBRE ENZIMAS



                               Prof. Paulo Duarte Filho




        BAGÉ – SETEMBRO/2010
                                                         2



             ENZIMAS – ESTRUTURA

Estrutura              Holoenzima
Enzimática

                 Proteína        Cofator


              Apoenzima ou         Pode ser:
              Apoproteína          • íon inorgânico
                                   • molécula orgânica

                                            Coenzima
                  Se covalente
                       Grupo Prostético
MERCADO GLOBAL DA INDÚSTRIA DE ENZIMAS

- Mercado mundial é estimado em 2,3 bilhões de
dólares anuais:
     • indústrias de tecidos e produtos de limpeza;
     • indústria de alimentos e bebidas;
     • ração animal.
- Brasil: em 2005
     • importações chegaram a 31 milhões de dólares;
     • exportações a 3 milhões de dólares.
      MERCADO GLOBAL DA INDÚSTRIA DE ENZIMAS




Fonte: Dados de 1998
MERCADO GLOBAL DA INDÚSTRIA DE ENZIMAS

- as enzimas mais comercializadas no Brasil foram:
      • amilases;
      • proteases.
- Mesmo não tendo grande representatividade, o
mercado brasileiro apresenta grande potencialidade –
elevada geração de resíduos agroindustriais.
MERCADO GLOBAL DA INDÚSTRIA DE ENZIMAS

          Embrapa e Novozymes buscam enzimas e
             microrganismos para agroenergia

(Brasília, 29 de junho de 2010) A Embrapa e a Novozymes discutiram
diversos temas para efetivar parcerias de modo a executar projetos de
pesquisa, desenvolvimento e inovação em agroenergia. Foram
discutidas várias possibilidades de atuação conjunta das empresas,
realizando projetos de exploração de novas fontes de enzimas e de
microrganismos e identificando aplicações em diferentes aspectos da
produção de alimentos, fibras e biocombustíveis.
MERCADO GLOBAL DA INDÚSTRIA DE ENZIMAS

Aplicação das enzimas
 http://www.novozymes.com.br/produtosesolucoes_produtos.htm
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Energia de ativação

      Energia mínima necessária para que uma
molécula de reagente ou de substrato alcance o estado
de transição para a partir daí tornar-se uma molécula
de produto.


      Diferença entre os níveis de energia do estado
basal e o estado de transição.
       MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

        Não alteram o estado de equilíbrio
          • diminuem a energia de ativação;
          • Keq não é afetado pela enzima.
        Não apresenta efeito termodinâmico global
          • G não é afetada pela enzima.



                                     Energia de ativação sem enzima
                                          Energia de ativação com enzima
Diferença entre    S
a energia livre                  P
de S e P           Estado        Estado
                    basal         basal

                    Caminho da Reação
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Sítio Ativo
       Região da molécula enzimática (bolsão) que
participa da reação com o substrato.
     E+S           ES         EP       E+P
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Sítio Ativo
       - a molécula que é ligada no sítio ativo e age
sobre a enzima é chamada de substrato;
       - a superfície do sítio ativo é revestida com
resíduos de aminoácidos – ligam o substrato catalisam
sua transformação química;
       - freqüentemente, o sítio ativo envolve um
substrato, seqüestrando-o completamente da solução.
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Sítio Ativo
          - Charles-Adolphe Wurtz (1880): primeiro a
          propor a existência do complexo enzima-
          substrato;
          - fator chave para ação das enzimas;
          - ponto inicial para o tratamento matemático
          que define o comportamento cinético das
          reações catalisadas por enzimas e para
          descrição      teórica   dos    mecanismos
          enzimáticos.
 MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA
 Sítio Ativo
     • Pode       possuir     componentes       não      protéicos:
     cofatores.
     • Possui aminoácidos auxiliares e de contato.
                                         Ativador:Íons inorgânicos que
                                         condicionam a ação catalítica das
Porção protéica                          enzimas. Fe²+
                              Cofator
APOENZIMA
                                         Coenzima: molécula orgânica
                                         complexa. Ex:NAD+




             HOLOENZIMA

                            Grupamento
                            prostético
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA
Cofator
   • Algumas enzimas que contêm ou necessitam de
   um cofator para demonstrar sua atividade.
            ENZIMA                COFATOR
          PEROXIDASE             Fe+2 ou Fe+3

           CATALASE

    CITOCROMO OXIDASE               Cu+2

  ÁLCOOL DESIDROGENASE              Zn+2

          HEXOQUINASE               Mg+2

            UREASE                   Ni+2
  MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA
   Coenzimas
       • Maioria      deriva   de      vitaminas    hidrossolúveis
       Classificam-se em:
                        - transportadoras de hidrogênio
                        - transportadoras de grupos químicos
                   TRANSPORTADORAS DE HIDROGÊNIO
Coenzima             Abreviatura Reação      Origem
                                 catalisada
Nicotinamida adenina NAD+        Oxi-redução Niacina ou
dinucleotídio                                   Vitamina B3
Nicotinamida adenina NADP+          Oxi-redução Niacina ou
dinucleotídio fosfato                           Vitamina B3
Flavina adenina       FAD           Oxi-redução Riboflavina ou
dinucleotídio                                   Vitamina B2
     MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA
      Coenzimas
      TRANSPORTADORAS DE GRUPOS QUÍMICOS

Coenzima            Abrev. Reação catalisada Origem
Coenzima A          CoA-SH Transferência de  Pantotenato ou
                               grupo acil            Vitamina B5
Biotina                        Transferência de      Biotina ou
                               CO2                   Vitamina H
Piridoxal fosfato   PyF        Transferência de      Piridoxina ou
                               grupo amino           Vitamina B6
Metilcobalamina                Transferência de      Cobalamina ou
                               unidades de carbono   Vitamina B12
Tetrahidrofolato    THF        Transferência de      Ácido fólico
                               unidades de carbono
Tiamina             TPP        Transferência de      Tiamina ou
pirofosfato                    grupo aldeído         Vitamina B1
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Teorias propostas para explicar a ação enzimática


            Teoria de Emil Fisher (1894): o alto grau
            de especificidade originou a hipótese do
            modelo “chave fechadura” – enzima
            possui uma região complementar a
            estrutura do substrato em tamanho,
            forma e natureza química.
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Teorias propostas para explicar a ação enzimática




Pesquisas mostraram que esta teoria às vezes não é a mais
adequada ou entra em conflito com dados experimentais.
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Teorias propostas para explicar a ação enzimática


              Teoria      de      Daniel    Koshland
              (1958):chamado de “enzima flexível”
              ou do ajuste induzido – a ligação do
              substrato   induz   a   uma   mudança
              conformacional na enzima que resulta
              em um encaixe complementar depois
              que o substrato é ligado.
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Teorias propostas para explicar a ação enzimática
Permitiu a explicação de alguns fatos que não eram
contemplados pelo modelo chave-fechadura.
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Dentre os fatos que levaram a proposição da teoria do
ajuste induzido, pode-se destacar:
      • centro catalítico ou centro ativo: constituído
      por grupos funcionais dos aminoácidos que
      estruturam as proteínas na zona catalítica;


      • número de grupos funcionais envolvidos na
      catálise costuma ser pequeno;
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Dentre os fatos que levaram a proposição da teoria do
ajuste induzido, pode-se destacar:
      • complexo instável E-S: a estrutura química do
      substrato deve ser compatível com grupos
      ativos da enzima;


      • nem sempre a ação catalítica depende da
      molécula como um todo, ás vezes depende
      somente da parte associada ao centro ativo.
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Sendo assim, a teoria propõe:
      a) deve ocorrerem mudanças consideráveis na
geometria da proteína quando o substrato se liga ao
centro ativo;
      b) deve ser necessária uma orientação do
grupo catalítico para que a transformação ocorra;
      c)   o    substrato    deve   induzir   sua   própria
orientação pela mudança na geometria, o que facilita
a ligação ao centro ativo.
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

As principais evidências experimentais desta teoria
são:
       a) mudanças no centro ativo em ligação com o
substrato;
       b) mudanças na reatividade dos do sítio
catalítico;
       c) mudanças na fluorescência e absorbância
dos grupos;
       d)     mudanças   demonstráveis   por   medidas
termodinâmicas.
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

- Nem todos os complexos enzima-substrato formados
originam um determinado produto;
- Substrato se liga ao sítio ativo de maneira incorreta;
- formação de intermediários covalentes entre a
enzima e o substrato:
       a) formam intermediários covalentes: número
de posições – enzima e substrato;
       b) não formam intermediários covalentes.
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA




Por que as enzimas possuem a capacidade de
aumentar a velocidade das reações em ordens
de 108 a 1020 vezes???
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Principais razões:
       1) a enzima se liga ao substrato de modo que a
ligação susceptível está:
                  - estreita proximidade ao grupo catalítico
no sítio ativo;
                  - orientada de tal maneira em relação ao
grupo catalítico que o estado de transição é formado
facilmente.
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

Principais razões:
       2)   formação    de   intermediários   covalentes
instáveis: sofrem a reação mais rapidamente para
formação de produtos – catálise ácido-básica
As enzimas possuem grupamentos que podem agir
como ácido ou como base – amínicos, carboxílicos,
fenólicos, hidroxílicos, entre outros.
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

       3)   algumas    enzimas     podem       atuar   como
catalisadores nucleofílicos e eletrofílicos;


       4) enzima pode induzir uma distorção ou tensão
em ligações susceptíveis da molécula do substrato –
torna mais fácil o rompimento da ligação.
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICA

- Não   se    sabe   ao   certo    como   determinar
quantitativamente a influência de cada fator no
aumento da velocidade de reação;


- Mas sim uma combinação específica de fatores é a
responsável pela aceleração global da reação –
característica dos seres vivos – simultaneidade de
reações e efeitos.

								
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