CINÉTICA ENZIMÁTICA

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA ENGENHARIA DE ALIMENTOS CINÉTICA ENZIMÁTICA 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 + B P 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; • Aordem global de uma reação é a soma de todos os expoentes. • A P • 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 + B C + 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. • A B • 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 • Grau de saturação: enzima com o substrato diminui; • produtos de reação podem inibir a enzima; • 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. ENGENHARIA 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 LEI DE ARRHENIUS • Eapode 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.

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 ENGENHARIA DE ALIMENTOS PRESERVAÇÃO DE ALIMENTOS Odor desagradável, textura alterada, baixo valor nutritivo ALTERAÇÕES ENZIMÁTICAS OU MICROBIANAS

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 (Mycobacteriumtuberculosis). • 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 (HighTemperature 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