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CINÉTICA ENZIMÁTICA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA
ENGENHARIA DE ALIMENTOS
Prof. Paulo Duarte Filho
BAGÉ – SETEMBRO/2010
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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.
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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????
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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.
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FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE
- pH
• 4,5 a 8,0 – faixa ótima para a maioria das
enzimas
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FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE
- pH
• Pepsina (ph = 1,8) e arginase (ph = 9,7) –
situações específicas dos tecidos vivos.
PEPSINA
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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
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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;
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FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE
- temperatura
• aumento da temperatura
aumento da velocidade das
reações;
desnaturação térmica: natureza
protéica da enzima
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FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE
- temperatura
• estudado sob dois aspectos na atividade
enzimática:
aumento de temperatura;
abaixamento de temperatura.
ENGENHARIA DE
ALIMENTOS
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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.
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FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE
ATRT
Eak
Aek RTEa
log1
3,2log
/
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
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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.
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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
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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”.
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FATORES QUE INFLUENCIAM UMA REAÇÃO CATALISADA ENZIMATICAMENTE
- temperatura
ENGENHARIA DE
ALIMENTOS
PRESERVAÇÃO DE ALIMENTOS
ALTERAÇÕES ENZIMÁTICAS OU
MICROBIANAS
Odor desagradável, textura alterada, baixo valor nutritivo
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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