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.

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

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.

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

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.

A P

Velocidade = k[A]1

• Reação de primeira ordem em relação a [A]

• Reação de primeira ordem no total

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

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

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.

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????

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.

FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE

- pH

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

enzimas

FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE

- pH

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

situações específicas dos tecidos vivos.

PEPSINA

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

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;

FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE

- temperatura

• aumento da temperatura

aumento da velocidade das

reações;

desnaturação térmica: natureza

protéica da enzima

FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE

- temperatura

• estudado sob dois aspectos na atividade

enzimática:

aumento de temperatura;

abaixamento de temperatura.

ENGENHARIA DE

ALIMENTOS

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.

FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE

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

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.

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

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”.

FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE

- temperatura

ENGENHARIA DE

ALIMENTOSPRESERVAÇÃO DE ALIMENTOS

ALTERAÇÕES ENZIMÁTICAS OU

MICROBIANAS

Odor desagradável, textura alterada, baixo valor nutritivo

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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