Cinética Enzimática - Cursos da Unipampa

Report
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA
ENGENHARIA DE ALIMENTOS
CINÉTICA ENZIMÁTICA
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
velocidade de formação de produto.
termos
da
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
sistema
faríamos
para
contínuo
trabalhar
de
catalisado por enzimas????
em
um
processamento
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:
ENGENHARI
A DE
ALIMENTOS
 aumento de temperatura;
 abaixamento de temperatura.
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
enzima maior do que a catálise.
da
FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO
CATALISADA ENZIMATICAMENTE
LEI DE ARRHENIUS
k  Ae Ea / RT
Ea 1
log k  
 log A
2,3RT T
 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.
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
desnaturação
50ºC
–
rápida
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
ENGENHARI
A DE
ALIMENTOS
PRESERVAÇÃO DE
ALIMENTOS
Odor desagradável,
textura alterada, baixo
valor nutritivo
ALTERAÇÕES
ENZIMÁTICAS OU
MICROBIANAS
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
congelamento;
• viscosidade;
• complexidade da amostra.
e
do
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
concentração
congelamento:
de
solutos
tamanho
nas
e
porções
congeladas;
Aumento
da
viscosidade:
velocidade de difusão.
diminuição
da
FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO
CATALISADA ENZIMATICAMENTE
- abaixamento de temperatura
Congelamento e descongelamento: provoca lise
nas membranas de órgãos subcelulares –
alteração
da
localização
das
acentuadas alterações nos tecidos
enzimas
–

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