cinÉtica enzimÁtica

CINÉTICA ENZIMÁTICA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA

ENGENHARIA DE ALIMENTOS

Prof. Paulo Duarte Filho

BAGÉ – SETEMBRO/2010

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.


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


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.


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


- 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.

A P

Velocidade = k[A]1

• Reação de primeira ordem em relação a [A]

• Reação de primeira ordem no total


- 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


- 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

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.


- célula: raramente ocorre problema de acúmulo

de produto – sequência metabólica

- como faríamos para trabalhar em um

sistema contínuo de processamento

catalisado por enzimas????


- 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.


- pH

• 4,5 a 8,0 – faixa ótima para a maioria das

enzimas


- pH

• Pepsina (ph = 1,8) e arginase (ph = 9,7) –

situações específicas dos tecidos vivos.

PEPSINA


- pH

• como utilizar as enzimas fora do seu

sistema natural???

SISTEMAS TAMPONADOS

MÁXIMOS DE ATIVIDADE EM FAIXAS ESTREITAS DE pH


- pH

• influencia na atividade enzimática:

grupamentos do sítio ativo na forma

química adequada para interagir com o

substrato;


- temperatura

• aumento da temperatura

aumento da velocidade das

reações;

desnaturação térmica: natureza

protéica da enzima


- temperatura

• estudado sob dois aspectos na atividade

enzimática:

aumento de temperatura;

abaixamento de temperatura.

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ALIMENTOS


- 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.


ATRT

Eak

Aek RTEa

log13,2

log

/

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


- 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.

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


- 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”.


- temperatura

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ALIMENTOSPRESERVAÇÃO DE ALIMENTOS

ALTERAÇÕES ENZIMÁTICAS OU

MICROBIANAS

Odor desagradável, textura alterada, baixo valor nutritivo


- 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.


- 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.


- 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.


- 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.

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.



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.



Congelamento e descongelamento: provoca lise

nas membranas de órgãos subcelulares –

alteração da localização das enzimas –

acentuadas alterações nos tecidos

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