Introdução

Entende se por enzima a uma proteína que catalisa as reacções bioquímicas do metabolismo. As enzimas actuam sobre as moléculas conhecidas como substratos e permitem o desenvolvimento dos diversos processos celulares. No presente trabalho vamos falar do historial, estrutura, classificação, funções propriedades, especificidade, composição química entre outros aspectos relacionados com as enzimas.

Alguns termos importantesː

Catalisador, substância que aumenta a velocidade de uma reacção química sem sofrer qualquer alteração durante o processo. Não afectam a constante de equilíbrio; diminuem a energia de activação.

Cofactor, molécula pequena, orgânica ou inorgânica, requerida para que uma apoenzima adquira actividade: – Substrato. Molécula sobre a qual actua a enzima;

Isoenzimas, enzimas que catalisam a mesma reacção.

Enzimas

Conceito de Enzima

São catalisadores orgânicos que actuam em sistemas biológicos em condições suaves de temperatura e pH e determinam o perfil de transformações químicas que ocorrem em soluções aquosas. Enzimas são proteínas especializadas (com a excepção de um pequeno grupo de RNAs) que têm como função acelerar reacções químicas, sem alterar a constante de equilíbrio da reacção, aumentam a velocidade da reacção actuando como um catalisador. 

Origem e História

1700: Estudos da digestão de carnes por secreções do estômago. 1833: Payen e Persoz: descobriram a conversão do amido em açúcar pela saliva. 1850: Louis Pasteur concluiu que leveduras catalisam a conversão de açúcares em álcool

O termo enzima foi introduzido por Kuhne em 1878 para designar a presença no lêvedo (fermento) de um princípio químico responsável por sua atividade fermentativa (de produzir etanol a partir de um açúcar, na ausência de oxigênio). Todos os seres vivos utilizam a energia dos nutrientes (carboidratos, lipídios e proteínas) para manter os seus processos vitais. A produção de energia na célula requer a participação de muitas enzimas, num processo denominado metabolismo energético.  Muitas dessas reações ocorrem muito lentamente na ausência de um catalisador (substância que acelera velocidade de reações químicas). Para resolver esse problema, as células desenvolveram um modo de acelerar a velocidade das reações.  Neste contexto, surgem as enzimas que são os catalisadores biológicos. A maioria das enzimas são proteínas globulares. Elas apresentam especificidade (preferência) tanto por seus substratos (a molécula que vai sofrer a reação química) como para o tipo de reação efetuada sobre o substrato. Essa especificidade da enzima se deve a uma cavidade ou fenda de ligação do substrato, denominada sítio ativo. O sítio ativo é um arranjo de grupos químicos das cadeias laterais de aminoácidos que ligam o substrato por interações não-covalentes, localizado na sua superfície da enzima.

1897:Buchner descobriu que extratos de levadura podiam converter o açúcar em álcool, e que fermentos eram moléculas. 1926:J.B.Sumner cristaliza a primeira proteína, urease, e demonstra que a actividade enzimática é uma característica de moléculas definidas.

Nomenclatura das enzimas

Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática:

• Nome Oficial: Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP: Glicose: Fosfo-Transferase  ECX.X.X.X (EnzymeCommission).
• Nome Clássico: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com enzimas; utilizam sufixo “ase” para caracterizar a enzima. Ex:Urease, Hexoquinase,  Peptidase, etc.
• Nome Trivial: Consagrados pelo uso. Ex: Tripsina, Pepsina, Ptialina.

Muitas enzimas são nomeadas pela adição do sufixo “ase” ao nome do seu substrato, ou à palavra ou frase que descreve sua actividade:

• Urease = catalisa a hidrólise da uréia
• DNA polimerase=catalisa a polimerização dos nucleotídeos para formar o DNA

Importância de enzima 

As enzimas actuam como catalisadores biológicos, aumentando a velocidade das reacções por meio da diminuição de suas energias de activação, mantendo, entretanto, invariável o seu equilíbrio químico. Permite que as reacções ocorrem a baixas temperaturas. As enzimas tem a sua importância na prática tais como:

•  Alimentos
•  Rações animais
• Papel e celulose
•  Couro
• Têxtil
• Indústria de Cosméticos
•  Produtos de Limpeza
•  Inactivação Enzimática

Especificidade Enzimática

Enzimas são específicas para o reconhecimento de seus substratos.

Modelo Chave-Fechadura

Emil Fisher, na década de 1950, propôs o modelo chave-fechadura para explicar o reconhecimento (especificidade) do substrato pela enzima. Nesse modelo, o sítio activo o Centro activo da enzima é pre-formado e tem a forma complementar à molécula do Substrato, de modo que outras moléculas não teriam acesso a ela. No entanto, o modelo chave-fechadura não explica a interacção das enzimas com inibidores e análogos dos substratos.

Modelo de encaixe induzido

Na década de 1970, Daniel Kosland propôs o modelo de encaixe induzido, no qual o contacto com a molécula do substrato induz mudanças configuracionais na enzima, que optimizam as interacções com os resíduos do sítio activo. Esse é o modelo aceito hoje em dia.

Como cada enzima possui uma organização estrutural específica, o seu centro activo permite a ligação apenas do seu substrato, trazendo grande especificidade para a catálise enzimática.

BAIXA ESPECIFICIDADE: quando essa propriedade existe apenas em relação a tipos de ligação. Ex.: lipase – que hidrolisa ligações álcool-ácido de quase todos os ésteres orgânicos.

ESPECIFICIDADE ABSOLUTA: quando a enzima atua somente sobre um determinado composto. Ex.: urease – hidrolisa a uréia, porém nenhum de seus derivados ou a tripsina que hidrolisa ligações peptídicas formadas por grupos carboxílicos dos aminoácidos negativos.

ESPECIFICIDADE DE GRUPO: enzima é capaz de actuar sobre substratos com uma ligação química específica, como a leucina-aminopeptidase que catalisa hidrólise de diferentes ligações peptídicas ou a quimotripsina que hidrolisa ligações formadas por grupos carboxílicos de metionina, aspargina, glutamina e leucina.

 ESTÉREO ESPECIFICIDADE: é uma especificidade ótica, assim a maioria das enzimas hidrolisam apenas ligações peptídicas de L-aminoácidos, já que as proteínas são formadas por L-aminoácidos

 ESPECIFICIDADE ORGÂNICA: está relacionada à origem orgânica da enzima. Assim enzimas com o mesmo tipo de actividade, dependendo da origem, podem diferir entre si. Esta diferença é causada pela estrutura das proteínas que formam a enzima. Por exemplo a α-amilase do pâncreas do porco é idêntica à encontrada na saliva, mas  diferente da α-amilase hepática.

 ESPECIFICIDADE CIS-TRANS: enzimas que atuam somente sobre um isômero cistrans. A fumarase adiciona facilmente água apenas no ácido com configuração trans (ácido fumárico).

Diferença entre catalisadores inorgânicos, como íons metálicos, e as enzimas 

• Enzimas são mais eficientes: podem acelerar reacções até 10¹⁴ vezes contra  10² – 10³ vezes dos catalisadores inorgânicos;
• Enzimas são específicas: catalisam reacções envolvendo às vezes apenas um único tipo de reagente;
• Enzimas são estereo-específicas e não produzem subprodutos reaccionais;
• Enzimas operam em condições amenas de temperatura, pressão e pH;
• Enzimas podem ser altamente reguladas através de factores extrínsecos à reacção, tanto por activadores como por inibidores.

Mecanismos catalíticos 

As reacções químicas envolvidas na transformação dos substratos variam com os mecanismos de acção das enzimas. Os principais tipos de mecanismos catalíticos que as enzimas utilizam são:

• Efeitos de proximidade e orientação,
• Catálise electrostática,
• Catálise ácido básico
• Catálise covalentes.

Efeitos de proximidade e orientação

 Os substratos se aproximam dos grupos funcionais catalíticos da enzima em uma orientação espacial apropriada para que a reacção possa ocorrer. Após o correto posicionamento do substrato, uma modificação na conformação da enzima resulta em um complexo enzima−substrato orientado. Essa orientação leva o complexo enzima−substrato ao estado de transição.

Catálise por iões metálicos.

A força das interacções electrostáticas está relacionada com a capacidade das moléculas solventes vizinhas em reduzir os efeitos de atracão entre os grupos químicos. Como a água é excluída do sítio activo quando o substrato se liga, a constante dieléctrica local é muitas vezes baixa.  A distribuição de cargas nos sítios activos das enzimas pode influenciar a reactividade química do substrato. Uma ligação mais eficiente do substrato reduz a energia livre do estado de transição, que acelera a reacção.

Catálise ácido-básica geral.

Os grupos químicos podem se tornar mais reactivos pela adição ou remoção de protões. Os sítios activos das enzimas contêm cadeias laterais que podem actuar como doadores ou receptores de protões. Esses grupos são denominados ácidos gerais ou bases gerais. Por exemplo, a cadeia lateral da histidina (grupo imidazol) muitas vezes actua como catalisador ácido e/ou básico em concerto porque tem pKa na faixa de pH fisiológico.

Catálise covalente.

Acelera a velocidade da reacção pela formação de uma ligação covalente transitória entre a enzima e o substrato. Um grupo nucleofílico da cadeia lateral do catalisador forma uma ligação covalente instável com um grupo electrolítico do substrato. O complexo enzima−substrato então forma o produto.

Classificação de enzimas

A Comissão de Enzimas da União Internacional de Bioquímica tem classificado as enzimas em seis divisões. Cada uma dessas divisões pode ser dividida ainda em várias classes:

• Oxirredutases
• Transferases
• Hidrolases
• Liases
• Isomerases
• Ligases

Oxirredutases: são as enzimas que catalisam as reacções de oxirredução entre dois substratos.
Desidrogenases: catalisam a remoção de hidrogénio de um substrato;

Oxirredutases: activam oxigénio de maneira que ele possa combinar rapidamente com um substrato;
Catalases: catalisam a decomposição de peróxido de hidrogénio para produzir água e oxigénio.
Peroxidases: catalisam a decomposição de peróxidos orgânicos produzindo peróxido de hidrogénio e água.

Transferasesː são enzimas que catalisam a transferência de um grupo funcional entre dois substratos. Quinases e transaminases.
Hidrolases
Catalisam a hidrólise de carbohidratos, ésteres e proteínas. Ex.:Carbohidrases, proteases e Nuclease

Liases
catalisam a remoção de grupos procedentes de substratos através de outros meios diferentes da hidrólise, usualmente com a formação de ligações duplas. Ex.: Dehidratases, descarboxilases.

Isomerases
Catalisam a interconversão de isômeros. Ex.: Epimerase.
Ligases Ou sintetases, catalisam o acoplamento de dois compostos.

Composição das enzimas

• Enzimas são geralmente proteínas conjugadas.
• Apoenzima: é a porção da enzima feita de aminoácidos (parte proteica).
• Coenzima: é o grupo prostético, ou seja, a molécula ativadora.
• Holoenzima: é resultado da união entre apoenzima e coenzima. é a enzima activa

Modo de acção das enzimas

As enzimas são específicas: só promovem um tipo de reacção. Cada enzima possui um encaixe que só serve em uma substância chamada de substrato.

O encaixe é chamado centro ou sítio activo. Modificando o encaixe a enzima não serve no mesmo substrato, ficando inactiva. É necessário que enzima e substrato se encaixem para a reacção ocorrer.

A reacção enzimática: o centro activo 

A reacção ocorre no centro activo:

• Contém os resíduos de aminoácidos directamente envolvidos na reacção;
• Ocupa uma parte relativamente pequena do volume total da enzima;
• Trata-se de uma entidade tridimensional;
• Corresponde, geralmente, a uma cavidade na molécula de enzima, com um ambiente químico muito próprio.
• O substrato entra no sítio activo e liga-se à enzima através de interacções fracas, não covalentes.

Factores que afectam a actividade enzimática:

2. Condições do meio que afectam estabilidade proteica
   a) pH

Cada enzima apresenta uma faixa de pH na qual é melhor o seu funcionamento. Essa é chamada de faixa ótima de pH para aquela enzima em particular.
Ex.: o pH óptimo da pepsina, uma enzima encontrada no suco gástrico.
b) Temperatura

Quanto maior a temperatura, mais rápida é a reação. Contudo, se a temperatura é exageradamente elevada, a enzima (proteína) será desativada por desnaturação e
será incapaz de funcionar.

Temperatura Óptima: é a temperatura na qual a velocidade de reação envolvendo uma enzima é máxima.
2. Tempo da reacção
3. Concentração dos reagentes
a) A enzima
b O substrato
c) Cofactores (s)
Vários são os factores que afectam o funcionamento das enzimas como catalisadores. Alguns desses factores são decorrentes da natureza proteica das enzimas, como o efeito do pH e da temperatura. Para se estudar o efeito isolado de um dos factores acima, é necessário que todos os outros factores sejam mantidos fixos.

Temperatura

Em geral, as enzimas operam muito lentamente em temperaturas de coagulação e sua actividade aumenta quando a temperatura ocorre. A maioria das enzimas tem sua actividade máxima na faixa de 30 a 40 ° C e acima de 45 ° C elas começam a desnaturar. A inactivação de enzimas pelo calor está relacionada à química das proteínas e à sua desnaturação térmica.

A desnaturação de uma proteína:

“Uma mudança de importância na estrutura original, sem quebrar nenhuma das ligações químicas primárias que unem os aminoácidos”

O termo “inactivação de uma enzima” refere-se à perda de actividade.

O tratamento térmico dos alimentos geralmente visa inactivar enzimas irreversivelmente.

Desnaturação

A maioria das enzimas é facilmente desnaturada pelo calor; a temperaturas de 70 e 80 ° C, a actividade enzimática é impedida.

Portanto, os alimentos cozidos são mais bem preservados que os crus. Por exemplo: para continuar a presença de enzimas em um alimento, teríamos alterações na clorofila ou carotenos ou alteração no sabor das gorduras (ranço) ou alteração no valor nutricional de proteínas ou vitaminas ou simplesmente uma modificação na textura dos alimentos. O aquecimento é um método conveniente para destruir microrganismos alimentares a partir daqui que, com o mesmo procedimento, dois objetivos diferentes são alcançadosː

1- A preservação microbiológica

2- Estabilização enzimática de alimentos (inativação enzimática).

No entanto, existem casos em que as enzimas após o aquecimento se regeneram.

A activação térmica é baseada na perda da estrutura e, portanto, dos locais activos.

A regeneração é devida, então, a um processo de reorganização da molécula de proteína que leva à restauração de sítios activos

A estabilidade do alimento contra a acção enzimática depende da temperatura, pH, estado físico da enzima.

Conservação a frio

A principal razão pela qual os alimentos são expostos a baixas temperaturas, especialmente produtos congelados, é evitar o crescimento de microrganismos, mantendo os atributos de qualidade dos alimentos, bem como uma perda parcial da actividade enzimática.

Algumas enzimas são desnaturadas em um grau significativo durante o congelamento e o descongelamento, muitas outras não são afectadas

Uma diminuição maior na temperatura resulta em uma redução na actividade enzimática.

Efeito PH

PHs extremos geralmente inactivam enzimas em geral, as enzimas têm actividade máxima em um determinado valor de pH, chamado “pH ideal”.

No entanto, existem enzimas com um pH óptimo extremo, como a pepsina, que tem um pH de 1,8 ou a arginase, cujo pH é 10.

Em pHs extremos, a actividade enzimática geralmente decai irreversivelmente devido a processos de desnaturação de proteínas.

Em um processo industrial, o pH pode ser controlado para evitar inibir ou maximizar uma reacção enzimática. Por exemplo, a actividade da fenolase pode ser evitada reduzindo o pH do sistema abaixo de três. Nos frutos, isso geralmente é alcançado pelo efeito de acidificantes naturais, como o ácido cítrico, málico ou fosfórico.

Ao verificar experimentalmente a influência do pH na velocidade das reacções enzimáticas, são obtidas curvas indicando que as enzimas têm um pH óptimo de actividade. O pH pode afectar de várias maneiras:

1) O centro activo pode conter aminoácidos com grupos ionizados que podem variar com o pH.

2) A ionização de aminoácidos que não estão no centro activo pode causar alterações na conformação da enzima.

3) O substrato pode ser afectado por variações de pH.

Algumas enzimas têm variações peculiares. A pepsina do estômago tem uma óptima em pH = 2 e a fosfatase alcalina do intestino em pH = 12

PHs extremos geralmente inactivam enzimas em geral, as enzimas têm actividade máxima em um determinado valor de pH que chamamos de pH ideal.

A maioria das enzimas tem actividade máxima em uma faixa de pH de 4,5 – 8,0.

Enzimas digestivas

Tipos de enzimas digestivas

Existem mais de 20 enzimas diferentes que permitem a digestão de alimentos e a assimilação de nutrientes em todo organismo.

Enzimas digestivas estão presentes em alimentos crus. Eles desempenham um papel fundamental em nossa saúde, permitindo que nosso corpo digira e use todos os nutrientes que ingerimos. Uma vez que ingerimos alimentos com enzimas, eles passam para o sistema digestivo, onde são responsáveis ​​por quebrá-los em nutrientes e depois transferi-los para o sangue.

Quando o sistema de enzimas digestivas não funciona adequadamente, seja devido a doenças, envelhecimento, estilo de vida acelerado ou má nutrição, ocorre uma fraca absorção de nutrientes. Se esses alimentos mal absorvidos passam para o intestino grosso, as bactérias fermentam, causando desconforto intestinal, como inchaço, diarreia ou flatulência.

As enzimas digestivas são muito importantes para a saúde e longevidade. A expectativa de vida das pessoas mantém uma relação directa com o esgotamento de seu potencial enzimático. O uso de enzimas reduz esse esgotamento, favorecendo uma vida mais longa, vital e saudável.

Eles também desempenham um papel fundamental na eliminação de toxinas e digestão, bem como na remoção de tecido cicatricial que se acumula em nosso corpo à medida que envelhecemos.

À medida que envelhecemos, nosso corpo perde sua capacidade de produzir enzimas, então começamos a perceber que não toleramos mais certos alimentos ou paramos de gostar deles. Outro sintoma da perda de enzimas ao longo dos anos é a redução da força.

A importância das enzimas digestivas

 Todas as vitaminas e minerais que ingerimos, bem como todos os harmónios produzidos pelo organismo, dependem das enzimas para funcionar correctamente.

Todo o funcionamento do organismo depende das enzimas: o sistema digestivo, o sistema imunológico, o sistema sanguíneo, os rins, o pâncreas, a sua energia, a capacidade de ver, sentir, respirar – tudo depende das enzimas.

Os benefícios:

• Eles favorecem a digestão;
• Evite inchaço e gases;
• Eles favorecem a eliminação de toxinas;
• Reduzir o risco de alergias alimentares;
• Eles favorecem a longevidade;
• Eles fortalecem o sistema imunológico;
• Eles ajudam a reduzir a inflamação das articulações e músculos;
• Prevenir a contaminação do sangue;
• Luta contra a fibrose;
• Eles favorecem a eliminação de vírus.

As enzimas digestivas são classificadas em três grupos:

Enzimas proteolíticas: Esse tipo de enzima ajuda a quebrar as proteínas em aminoácidos.

Enzimas amiolíticas: esse outro tipo de enzima ajuda a quebrar as moléculas de açúcar e carbohidratos em açúcares simples.

Enzimas lipolíticas: enzimas lipolíticas colaboram na degradação de moléculas de gordura em ácidos graxos e glicerol

Classificação de enzimas digestivas

 Além desses três grupos, encontramos outras enzimas digestivas naturais:

• Celulase: Degrade a celulose das fibras.
• Lactase: Eles lidam com a digestão de produtos lácteos.
• Invertase: Catalisa a hidrólise da sacarose. Ou seja, obtém glicose e frutose a partir do açúcar comum.
• Bromelina: É um agente anti-inflamatório muito poderoso que inibe a produção de agentes que produzem dor e inflamação.
• Somazyna: Esses tipos de enzimas combatem o envelhecimento e têm propriedades antioxidantes, além de proteger o pâncreas e o sistema imunológico.
• Amiloglucosidase: É responsável pela liberação de glicose que nosso corpo posteriormente usa como fonte de energia.
• Maltodextrina: são úteis para o uso metabólico correto de fibras, carboidratos, proteínas, gorduras e, de acordo com a literatura científica, desempenham um auxílio fisiológico no que diz respeito às funções digestivas do organismo.
• Proteases: Degrade proteínas até obter aminoácidos livres.
• Papaína: Possui propriedades anti-inflamatórias e uma grande capacidade de melhorar o processo digestivo e aumentar a absorção de nutrientes de alimentos à base de proteínas.

As enzimas digestivas estão presentes em muitas frutas e legumes. Entre esses alimentos ricos em enzimas, destacam-se:

• Mamão
• Abacaxi
• Kiwi
• Uva
• Vegetais crus
• Abacate
• Banana
• Mel de abelha.

Quando o alimento é cozido, a maioria das enzimas é perdida, portanto nosso sistema endócrino precisa lidar com todo o processo. Portanto, a suplementação regular com enzimas digestivas aliviará o pâncreas e o resto do corpo.

Conclusão

As enzimas são catalisadoras, responsáveis em acelerar os processos bioquímicos, elas não alteram o balanço energético nem o equilíbrio das reacções em que intervêm: a sua função limita-se a ajudar a acelerar o processo. Portanto podemos concluir que a enzima apenas reage sem contribuir para a alteração dos processos podendo se afirmar que: a reacção sob o controlo de uma enzima alcança o seu equilíbrio de forma muito mais rápida do que uma reacção não catalisada.

Referências bibliográficas

BERG, J. M.; TYMOCZKO, J. L.; STRYER, L. Bioqumica. 5 ed. Rio de Janeiro, 2004.

CHAMPE, P. C.; HARVEY, R. A. Bioquímica Ilustrada. 2 ed. Editora Artes Modicas, 1997. MOTTA, V. T. Bioquímica. 1 ed. Caxias do Sul: EDUCS, 2005.

NELSON, D. L.; COX, M. M. Lehninger.  Princípios de Bioquímica. 3 ed. São Paulo, 2002.