As enzimas

conceito

As enzimas são catalisadores biológicos, ou produtos químicos que aceleram a taxa de reacção entre as substâncias sem elas próprias serem consumidas na reacção. Como tal, eles são vitais para tais funções corporais como a digestão, e eles fazem possíveis processos que normalmente não poderiam ocorrer, exceto a temperaturas tão altas que poderiam ameaçar o bem-estar do corpo. Um tipo de proteína, as enzimas às vezes trabalham em conjunto com não-proteínas chamadas coenzimas., Entre os processos em que as enzimas desempenham um papel vital é a fermentação, que ocorre na produção de álcool ou o fermento de pão e também desempenha um papel em inúmeros outros fenômenos naturais, tais como a purificação de águas residuais.aminoácidos, proteínas e bioquímica são compostos orgânicos feitos de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e (em alguns casos) enxofre ligados em formações características., Cadeias de 50 ou mais aminoácidos são conhecidas como proteínas, grandes moléculas que servem as funções de promover o crescimento normal, reparar tecidos danificados, contribuindo para o sistema imunológico do organismo, e fazer enzimas. Estes últimos são um tipo de proteína que funciona como um catalisador, uma substância que acelera uma reação química sem participar nela. Catalisadores, dos quais enzimas nos corpos de plantas e animais são um bom exemplo, portanto, não são consumidos na reação.,

catalisadores

numa reacção química, substâncias conhecidas como reagentes interagem entre si para criar novas substâncias, chamadas produtos. A energia é um componente importante na reação química, porque um certo limiar, chamado de energia de ativação, deve ser cruzado antes que uma reação possa ocorrer. Para aumentar o ritmo a que uma reação ocorre e acelerar a passagem do limiar de energia de ativação, é necessário fazer uma de três coisas.,

As duas primeiras opções são aumentar a concentração de reagentes ou a temperatura a que a reação ocorre. No entanto, nem sempre é viável ou desejável fazer qualquer uma destas coisas. Muitos dos processos que ocorrem no corpo humano, por exemplo, normalmente exigiriam temperaturas elevadas—temperaturas, na verdade, demasiado elevadas para sustentar a vida humana. Imagine o que aconteceria se a única maneira que tínhamos de digerir amido era aquecê-lo até o ponto de ebulição dentro de nossos estômagos!, Felizmente, há uma terceira opção: a introdução de um catalisador, uma substância que acelera uma reação sem participar dele como um reagente ou como um produto. Os catalisadores, portanto, não são consumidos na reação. As enzimas, que facilitam as reações necessárias em nossos corpos sem elevar as temperaturas ou aumentar as concentrações de substâncias, são um excelente exemplo de um catalisador químico.

the DISCOVERY of CATALYSIS.,

muito antes dos químicos reconhecerem a existência de catalisadores, as pessoas comuns tinham usado o processo químico conhecido como catálise para vários fins: fazer sabão, fermentar vinho para criar vinagre, ou fermento de pão, por exemplo. No início do século XIX, os químicos começaram a tomar nota deste fenômeno. Em 1812, O químico russo Gottlieb Kirchhoff (1764-1833) estava estudando a conversão de amidos em açúcar na presença de ácidos fortes quando notou algo interessante.,quando uma suspensão de amido (ou seja, partículas de amido suspensas em água) foi fervida, Kirchhoff observou, não ocorreu alteração no amido. Quando ele adicionou algumas gotas de ácido concentrado antes de ferver a suspensão, no entanto, ele obteve um resultado muito diferente. Desta vez, o amido decompôs—se para formar glicose, um açúcar simples (ver hidratos de carbono), enquanto o ácido—que claramente facilitou a reacção-não sofreu qualquer alteração., Em 1835, o químico sueco Jöns Berzelius (1779-1848) deu um nome ao processo que Kirchhoff observou: catálise, derivada das palavras gregas kata (“down”) e lyein (“afrouxe”). Apenas dois anos antes, em 1833, o fisiologista francês Anselme Payen (1795-1871) isolou um material do malte que acelerou a conversão de amido em açúcar, por exemplo, na fabricação de cerveja.

O renomado químico francês Louis Pasteur (1822-1895), que estava certo sobre tantas coisas, chamou esses catalisadores fermentos e os pronunciou organismos separados., Em 1897, no entanto, o bioquímico alemão Eduard Buchner (1860-1917) isolou os catalisadores que provocam a fermentação do álcool e determinou que eles eram substâncias químicas, não organismos. Naquela época, o fisiologista alemão Willy Kahne tinha sugerido o nome enzima para estes catalisadores em sistemas vivos.

substratos e locais activos

cada tipo de enzima é orientado para interagir quimicamente apenas com uma substância ou tipo de substância específica, designada por substrato., As duas partes se encaixam, de acordo com uma teoria amplamente aceita introduzida na década de 1890 pelo químico alemão Emil Fischer (1852-1919), como uma chave Se encaixa em uma fechadura. Cada tipo de enzima tem uma forma tridimensional específica que lhe permite encaixar-se com o substrato, que tem uma forma complementar.

a ligação entre enzimas e substratos é tão forte que as enzimas muitas vezes são nomeadas em homenagem ao substrato envolvido, simplesmente adicionando ase ao nome do substrato., Por exemplo, lactase é a enzima que catalisa a digestão da lactose, ou açúcar de leite, e urease catalisa a decomposição química da ureia, uma substância na urina. As enzimas ligam os seus reagentes ou substratos a pregas e fissuras especiais, denominadas locais activos, na estrutura do substrato. Como inúmeras interações são necessárias em seu trabalho de catálise, as enzimas devem ter muitos locais ativos, e, portanto, eles são muito grandes, com números de massa atômica tão altos quanto um milhão de amu., (Uma unidade de massa atômica, ou amu, é aproximadamente igual à massa de um próton, uma partícula positivamente carregada no núcleo de um átomo.)

suponha que uma molécula de substrato, como um amido, precisa ser separada para fins de digestão em um corpo vivo. A energia necessária para quebrar o substrato é bastante grande, maior do que está disponível no corpo. Uma enzima com a forma molecular correta chega à cena e se liga à molécula de substrato, formando uma ligação química dentro dela., A formação dessas ligações faz com que a quebra de outras ligações dentro da molécula de substrato, após o que a enzima, seu trabalho finalizado, se move para outra molécula de substrato não-embalsamado.

coenzimas

Todas as enzimas pertencem à família das proteínas, mas muitas delas são incapazes de participar numa reacção catalítica até se ligarem a um componente não proteico chamado coenzima. Isto pode ser uma molécula de tamanho médio chamada um grupo prostético, ou pode ser um íon metálico (um átomo com uma carga elétrica líquida), no qual é conhecido como um cofator., Muitas vezes, porém, os coenzimas são compostos total ou parcialmente de vitaminas. Embora algumas enzimas estejam muito ligadas aos seus coenzimas, outras podem ser separadas facilmente; em ambos os casos, a separação quase sempre desactiva ambos os parceiros.a primeira coenzima foi descoberta pelo bioquímico Inglês Sir Arthur Harden (1865-1940) na virada do século XIX. Inspirado por Buchner, que em 1897 havia detectado uma enzima ativa no suco de levedura que ele havia chamado de zymase, Harden usou um extrato de levedura na maioria de seus estudos., Ele logo descobriu que mesmo após a ebulição, que presumivelmente destruiu as enzimas na levedura, tal levedura desativada poderia ser reativada. Esta descoberta levou Harden à compreensão de que uma enzima de levedura apparenticonsista de duas partes: uma grande porção molecular que não poderia sobreviver à ebulição e era quase certamente uma proteína e uma porção menor que tinha sobrevivido e provavelmente não era uma proteína. Harden, que mais tarde compartilhou o Prêmio Nobel de química de 1929 por esta pesquisa, chamou a não proteína de cofermento, mas outros começaram a chamá-la de coenzima.,

as aplicações da vida real

o corpo, os alimentos e a digestão

As enzimas permitem as muitas reacções químicas que ocorrem a qualquer segundo dentro do corpo de uma planta ou animal. Um exemplo de uma enzima é o citocromo, que auxilia o sistema respiratório catalisando a combinação de oxigênio com hidrogênio dentro das células. Outras enzimas facilitam a conversão de alimentos em energia e tornam possível uma variedade de outras funções biológicas necessárias. As enzimas no corpo humano cumprem uma de três funções básicas., A maior de todos os tipos de enzimas, às vezes chamadas enzimas metabólicas, ajudam em uma ampla gama de processos básicos do corpo, desde a respiração ao pensamento. Algumas dessas enzimas são dedicadas à manutenção do sistema imunitário, que nos protege contra doenças, e outras estão envolvidas no controlo dos efeitos das toxinas, como o fumo do tabaco, convertendo-as em formas que o corpo pode expelir mais facilmente.uma segunda categoria de enzima está na dieta e consiste em enzimas em alimentos crus que ajudam no processo de digestão desses alimentos., Incluem proteases, que implementam a digestão de proteínas; lipases, que ajudam na digestão de lípidos ou gorduras; e amilases, que tornam possível a digestão de carboidratos. Tais enzimas põem em movimento o processo digestivo mesmo quando os alimentos ainda estão na boca. À medida que estas enzimas se movem com os alimentos para a parte superior do estômago, elas continuam a ajudar na digestão.o terceiro grupo de enzimas também está envolvido na digestão, mas estas enzimas já estão no organismo., As glândulas digestivas segregam sucos contendo enzimas que decompõem nutrientes quimicamente em moléculas menores que são mais facilmente absorvidas pelo corpo. A amilase na saliva inicia o processo de decomposição de hidratos de carbono complexos em açúcares simples. Enquanto a comida ainda está na boca, o estômago começa a produzir pepsina, que, como a protease, ajuda a digerir a proteína.mais tarde, quando os alimentos entram no intestino delgado, o pâncreas segrega o suco pancreático—que contém três enzimas que decompõem hidratos de carbono, gorduras e proteínas—no duodeno, que faz parte do intestino delgado., As enzimas dos alimentos acabam entre os nutrientes que circulam no corpo através do plasma, um líquido aquoso no qual os glóbulos vermelhos são suspensos. Estas enzimas no sangue ajudam o corpo em tudo, desde o crescimento à proteção contra infecções.uma enzima digestiva que deve estar no organismo, mas nem sempre presente, é a lactase. Como vimos anteriormente, a lactase trabalha com a lactose, o principal hidrato de carbono no leite, para implementar a sua digestão. Se uma pessoa não tem esta enzima, consumir produtos lácteos pode causar diarreia, inchaço e cãibras., Tal pessoa é dita ser “intolerante à lactose”, e se ele ou ela é para consumir produtos lácteos em tudo, eles devem estar em formas que contenham lactase. Por esta razão, leite Lactaid é vendido na seção leiteira especialidade de grandes supermercados, enquanto muitas lojas de alimentos para a saúde vendem comprimidos de lactaid.

fermentação

fermentação, no seu sentido mais lato, é um processo que envolve enzimas no qual um composto rico em energia é dividido em substâncias mais simples., Também é às vezes identificado como um processo no qual grandes moléculas orgânicas (As que contêm hidrogênio e carbono) são divididas em moléculas mais simples, como resultado da ação de microorganismos trabalhando anaeróbicamente, ou na ausência de oxigênio. O tipo mais familiar de fermentação é a conversão de açúcares e amidos em álcool por enzimas na levedura. Para distinguir esta reação de outros tipos de fermentação, o processo é algumas vezes chamado de fermentação alcoólica ou etanólica.em algum momento da pré-história humana, os seres humanos descobriram que os alimentos estragam ou estragam., No entanto, no início da história—isto é, na antiga Suméria e no Egito—as pessoas descobriram que, às vezes, a “deterioração” (ou seja, a fermentação) dos produtos poderia ter resultados benéficos. Daí a fermentação dos sumos de frutos, por exemplo, resultou na formação de formas primitivas de vinho. Ao longo dos séculos que se seguiram, as pessoas aprenderam a fazer bebidas alcoólicas e pão através do uso controlado da fermentação.bebidas alcoólicas.,

Em fermentação, o amido é convertido em açúcares simples, como a sacarose e a glicose, e através de uma sequência complexa de cerca de 12 reações, estes açúcares são convertidos para álcool etílico (o tipo de álcool que pode ser consumida, como oposição a metílico, álcool e outras substâncias tóxicas formas) e dióxido de carbono. São necessárias numerosas enzimas para realizar esta sequência de reacções,sendo a mais importante a zymase, que se encontra nas células de levedura. Estas enzimas são sensíveis às condições ambientais, de modo que, quando a concentração de álcool atinge cerca de 14%, são desativadas., Por esta razão, nenhum produto de fermentação (como o vinho) pode ter uma concentração alcoólica superior a 14%. As bebidas alcoólicas mais fortes, como o whisky, são o resultado de outro processo, a destilação.as bebidas alcoólicas que podem ser produzidas por fermentação variam muito, dependendo principalmente de dois fatores: a planta fermentada e as enzimas utilizadas para a fermentação., Dependendo dos materiais disponíveis, vários povos têm usado uvas, bagas, milho, arroz, trigo, mel, batatas, cevada, lúpulo, suco de cacto, raízes de mandioca e outros materiais vegetais para fermentação para produzir vinhos, cervejas e outras bebidas fermentadas. O produto natural utilizado na fabricação da bebida geralmente determina o nome do produto sintético. Assim, por exemplo, o vinho feito com arroz—uma tradição honrada no Japão-é conhecido como sake, enquanto uma bebida fermentada feita de cevada, lúpulo, ou açúcar de malte tem um nome muito familiar para os americanos: cerveja., As uvas fazem vinho, mas o” vinho ” feito de mel é conhecido como hidromel.outros alimentos.é claro que o álcool etílico não é o único produto útil da fermentação ou mesmo da fermentação com levedura, assim como os produtos cozidos, como o pão. O dióxido de carbono gerado durante a fermentação é um componente importante de tais itens. Quando o batedor para pão é misturado, uma pequena quantidade de açúcar e levedura é adicionada., O pão, então, sobe, o que é mais do que apenas uma figura de linguagem: ele realmente puffs acima como resultado da fermentação do açúcar por enzimas na levedura, o que provoca a formação de gás dióxido de carbono. O dióxido de carbono dá o volume de massa e textura que faltaria sem o processo de fermentação. Outra aplicação de fermentação relacionada com os alimentos é a produção de um tipo de alimento transformado a partir de uma variedade natural crua., A conversão de azeitonas em bruto para as azeitonas vendidas em armazéns, de pepinos em pickles, e de repolho em sauerkraut utiliza uma bactéria específica que auxilia num tipo de fermentação.

aplicações industriais.existe ainda uma investigação em curso sobre a criação de produtos comestíveis a partir da fermentação do petróleo. Embora isto possa parecer um pouco rebuscado, é menos difícil de compreender a alimentação de carros com um produto amigo do ambiente de fermentation conhecido como gasohol., Gasohol começou a fazer manchetes na década de 1970, quando um embargo de petróleo e aumentos dos preços do gás, combinados com crescentes preocupações ambientais, levantou a necessidade de um tipo de combustível que usaria menos petróleo. Uma mistura de cerca de 90% de gasolina e 10% de álcool, gasohol queima mais limpo que a gasolina sozinho e fornece um método promissor para o uso de recursos renováveis (material de planta) para estender a disponibilidade de um recurso não renovável (petróleo). Além disso, o álcool necessário para este produto pode ser obtido a partir da fermentação de resíduos agrícolas e municipais.,as aplicações da fermentação abrangem um amplo espectro, desde medicamentos que entram no corpo das pessoas até à limpeza de águas que contêm resíduos humanos. Alguns antibióticos e outras drogas são preparados por fermentação: por exemplo, cortisona, usada no tratamento da artrite, pode ser feita fermentando um esteróide vegetal conhecido como diosgenina. No tratamento de águas residuais, anaeróbias ou não dependentes de oxigénio, bactérias são usadas para fermentar material orgânico. Assim, os resíduos sólidos são convertidos em dióxido de carbono, água e sais minerais.

onde aprender mais

Asimov, Isaac., Os químicos da vida: enzimas, vitaminas, hormonas. New York: Abelard-Schulman, 1954.Fruton, Joseph S. A Skeptical Biochemist. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1992.Kornberg, Arthur. For the Love of Enzymes: The Odyssey of a Biochemist. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1989.energia de ativação:

um limiar que deve ser cruzado para facilitar uma reação química., Existem três maneiras de alcançar a energia de ativação: aumentando a concentração de reagentes, aumentando sua temperatura, ou introduzindo um catalisador, como uma enzima.locais activos: dobras e fissuras na superfície de uma enzima que permitem a ligação ao seu substrato específico.compostos orgânicos feitos de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitro gen e (em alguns casos) enxofre ligados em formações características. Cadeias de aminoácidos formam proteínas.,bioquímica: a área das ciências Bio lógicas relacionada com as substâncias químicas e os processos em organismos.hidratos de carbono: compostos de ocorrência natural, constituídos por carbono, hidrogénio e oxigénio, cuja principal função no organismo é fornecer energia. No grupo de hidratos de carbono estão incluídos açúcares, amidos, celulose e várias outras substâncias. A maioria dos carboidratos são produzidos por plantas verdes no processo de passar por fotossíntese.,

catálise:

o acto ou processo de alizamento do gato, ou a aceleração da taxa de reacção entre substâncias.

catalisador:

uma substância que acelera uma reacção química sem participar nela. Catalisadores, dos quais as enzimas são um bom exemplo, portanto, não são consumidos na reação.

coenzima:

Um componente não proteico por vezes necessário para permitir que uma enzima ponha em movimento uma reacção catalítica.,enzima: uma proteína que actua como catalisador, um material que acelera reacções químicas nos corpos de plantas e animais sem ela própria participar ou ser consumida por estas reacções.fermentação: um processo que envolve enzimas em que um composto rico em energia é dividido em substâncias mais simples.metabolismo: o processo químico através do qual os nutrientes são decompostos e convertidos em energia ou utilizados na construção de novos tecidos ou outras materias no organismo.,

molécula:

um grupo de átomos, normalmente mas nem sempre representando mais de um elemento, Unidos numa estrutura. Compostos tipicamente são compostos de moléculas.

orgânico:

ao mesmo tempo, químicos usaram o termo orgânico apenas em referência aos seres vivos. Agora a palavra é aplicada a compostos contendo carbono e hidrogênio.proteínas: moléculas grandes construídas a partir de cadeias longas de 50 ou mais aminoácidos. As proteínas servem as funções de promover o crescimento normal, reparar tecidos danificados, contribuir para o sistema imunológico do organismo, e fazer enzimas.,reagente: uma substância que interage com outra substância numa reacção química, resultando na formação de um produto químico ou químico conhecido como o produto.amidos e féculas complexos sem sabor ou odor, granulados ou pulverizados em forma física.

substrato:

Um reagente que tipicamente é emparelhado com uma determinada enzima. As enzimas geralmente são nomeadas a partir de seus respectivos substratos adicionando o sufixo ase (por exemplo, a enzima lactase é emparelhada com o substrato lactose).,açúcares: um dos três principais tipos de hidratos de carbono, juntamente com amidos e celulose. Os açúcares podem ser definidos como qualquer um dos vários hidratos de carbono hidrossolúveis de doçura variável. O que nós pensamos como “açúcar” (ou seja, açúcar de mesa) é na verdade sacarose.vitaminas: substâncias orgânicas que, em quantidades extremamente pequenas, são essenciais para a nutrição da maioria dos animais e de algumas plantas., Em particular, as vitaminas trabalham com as enzimas na regulação dos processos metabólicos; no entanto, elas não fornecem, por si só, energia, pelo que as vitaminas por si só não se qualificam como uma forma de nutrição.

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