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CINÉTICA ENZIMÁTICA UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA ENGENHARIA DE ALIMENTOS Prof. Paulo Duarte Filho BAGÉ – SETEMBRO/2010.

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1 CINÉTICA ENZIMÁTICA UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA ENGENHARIA DE ALIMENTOS Prof. Paulo Duarte Filho BAGÉ – SETEMBRO/2010

2 CONCEITOS GERAIS DE CINÉTICA As reações químicas podem ser abordadas sob dois aspectos: • termodinâmica: direção de uma reação e suas condições de equilíbrio; • cinética: velocidade de uma reação para atingir seu equilíbrio, bem como sua alteração frente mudanças em parâmetros experimentais.

3 CONCEITOS GERAIS DE CINÉTICA Diversos são os fatores que influenciam na velocidade de uma reação: a) pH; b) temperatura; c) tempo; d) concentração de reagentes; e) concentração de catalisadores; f) presença ou não de cofatores. MECANISMO DE REAÇÃO – OBTENÇÃO DO PRODUTO DESEJADO

4 CONCEITOS GERAIS DE CINÉTICA A+BP A velocidade de uma reação pode ser expressa em termos da velocidade de desaparecimento de um dos reagentes quanto em termos da velocidade de formação de produto.

5 CONCEITOS GERAIS DE CINÉTICA Sabe-se que a velocidade de uma reação em um determinado momento é proporcional ao produto das concentrações dos reagentes elevas às potências adequadas. Velocidade α [A] f [B] g Representando na forma de uma equação: Velocidade = k [A] f [B] g k = constante de velocidade

6 CONCEITOS GERAIS DE CINÉTICA - Os valores dos expoentes são relacionados ao número de moléculas envolvidas em etapas mais específicas do mecanismo de reação; - A ordem global de uma reação é a soma de todos os expoentes. AP Velocidade = k[A] 1 • Reação de primeira ordem em relação a [A] • Reação de primeira ordem no total

7 CONCEITOS GERAIS DE CINÉTICA - Se formos analisar a seguinte equação: A+BC+D velocidade = k[A] 1 [B] 1 • Reação de primeira ordem em relação a [A] e [B] • Reação de segunda ordem no total

8 CONCEITOS GERAIS DE CINÉTICA - Também existe a possibilidade de que o expoente em uma equação de velocidade seja igual a zero. AB velocidade = k[A] 0 = k Reação de ordem zero Velocidade não depende da concentração de reagentes, mas sim de outros fatores:  catalisadores

9 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - Tempo de reação o Grau de saturação: enzima com o substrato diminui; o produtos de reação podem inibir a enzima; o reação reversa mais importante – aumento da concentração do produto.

10 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - célula: raramente ocorre problema de acúmulo de produto – sequência metabólica - como faríamos para trabalhar em um sistema contínuo de processamento catalisado por enzimas????

11 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - pH • depende do comportamento ácido-básico da enzima (sítio ativo), bem como do substrato; • maioria das enzimas apresenta um valor de pH característico – atividade máxima • valores acima ou abaixo deste valor – redução da atividade ou até mesmo desnaturação irreversível.

12 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - pH • 4,5 a 8,0 – faixa ótima para a maioria das enzimas

13 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - pH • Pepsina (ph = 1,8) e arginase (ph = 9,7) – situações específicas dos tecidos vivos. PEPSINA

14 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - pH • como utilizar as enzimas fora do seu sistema natural??? SISTEMAS TAMPONADOS MÁXIMOS DE ATIVIDADE EM FAIXAS ESTREITAS DE pH

15 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - pH • influencia na atividade enzimática: grupamentos do sítio ativo na forma química adequada para interagir com o substrato;

16 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - temperatura • aumento da temperatura  aumento da velocidade das reações;  desnaturação térmica: natureza protéica da enzima

17 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - temperatura • estudado sob dois aspectos na atividade enzimática:  aumento de temperatura;  abaixamento de temperatura. ENGENHARI A DE ALIMENTOS

18 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - temperatura • aumento de temperatura  velocidade de quebra do complexo [ES];  afinidade da enzima com ativadores e inibidores;  velocidade de destruição da enzima maior do que a catálise.

19 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE  Ea pode ser determinada medindo-se a cte de velocidade da reação em ≠ temperaturas.  Curva A: gráfico usual.  Curva B: o gráfico mostra uma variação definida na inclinação, se em determinada temperatura, uma etapa ≠ se torna limitante da velocidade.  Curva C: uma queda brusca na curva indica inativação enzimática. LEI DE ARRHENIUS

20 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - temperatura • Sabendo-se a energia de ativação a uma determinada temperatura:  cálculo da quantidade de energia necessária para reação enzimática resulte no rendimento desejado de um produto.

21 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - temperatura • Indústrias: relações tempo/temperatura para inativação de enzimas. • generalizando:  30ºC a 40ºC – maioria apresenta ótimo de atividade;  45ºC a 50ºC – inicia-se o processo de desnaturação térmica;  acima de 50ºC – rápida desnaturação

22 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - temperatura • temperatura ótima “Aquela na qual o efeito do aumento da temperatura na proporção de quebra do complexo ES é exatamente contrabalançada pela desnaturação da enzima”.

23 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - temperatura ENGENHARI A DE ALIMENTOS PRESERVAÇÃO DE ALIMENTOS ALTERAÇÕES ENZIMÁTICAS OU MICROBIANAS Odor desagradável, textura alterada, baixo valor nutritivo

24 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - temperatura Termolabilidade das enzimas é muito explorada pelas indústrias de alimentos: • Pasteurização do leite (lenta e rápida): Destruição de bactérias patogênicas (Mycobacterium tuberculosis). • medida da atividade da fosfatase: indicadora da eficiência do processo de pasteurização.

25 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - temperatura Branqueamento de frutas e vegetais: forma de esterilização rápida – inativação das principais enzimas degradativas (fenolases, lipoxidases, peroxidases, etc.) A peroxidase e a fenolase podem ser utilizadas como parâmetros de controle para a eficiência do branqueamento.

26 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - temperatura Tostagem do farelo de soja: Inativação de fatores antinutricionais (antitríptico). Substância inibidora da tripsina – desenvolvimento de galinhas HTST (High Temperature Short Time) Pasteurização também utilizada em sucos de fruta – inativação de enzimas pécticas.

27 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - abaixamento de temperatura Procedimento utilizado para conservação de alimentos – maioria das enzimas deixa de atuar em temperaturas de congelamento. Muitas enzimas apresentam atividades consideráveis, mesmo em sistemas parcialmente congelados. Mesmo abaixo do ponto de congelamento a atividade enzimática pode aumentar ou diminuir.

28 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - abaixamento de temperatura Atribui-se esse comportamento contraditório da enzima aos seguintes fatos: • composição do meio; • velocidade e alcance do congelamento; • efeito da concentração e do congelamento; • viscosidade; • complexidade da amostra.

29 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - abaixamento de temperatura Congelamento: concentração de solutos na água não congelada – concentração de eletrólitos – alteração do pH; Velocidade de congelamento: tamanho e concentração de solutos nas porções congeladas; Aumento da viscosidade: diminuição da velocidade de difusão.

30 FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE - abaixamento de temperatura Congelamento e descongelamento: provoca lise nas membranas de órgãos subcelulares – alteração da localização das enzimas – acentuadas alterações nos tecidos


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