Enzimas

INTRODUÇÃO

As enzimas são o principal alvo da pesquisa biotecnológica devido ao seu papel nos mecanismos celulares e a sua aplicação em processos industriais. A indústria de alimentos está entre as principais consumidoras de enzimas, pois essas são indispensáveis a processos tradicionais (cerveja) e inovadores (prebióticos).

Amilases constituem um grupo de enzimas que possuem ação sobre o amido liberando diversos produtos, incluindo dextrinas e progressivamente pequenos polímeros compostos de unidades de glicose. Enzimas amilolíticas são produzidas por bactérias, leveduras e fungos. As enzimas amilolíticas mais utilizadas são aquelas produzidas por fungos filamentosos e principalmente as dos gêneros Aspergillus e Rhizopus. Amilases apresentam grande importância biotecnológica tais como aplicações nas indústrias têxteis, papel e celulose, de couro, detergentes, cervejas, bebidas destiladas, panificação, cereais para alimentação infantil, liquefação e sacarificação do amido, ração animal, indústria química e farmacêutica. Apesar de poderem ser derivadas de diversas fontes, incluindo plantas, animais e microrganismos, enzimas microbianas geralmente encontram grande demanda industrial. Atualmente, grandes quantidades de amilases microbianas estão disponíveis comercialmente e têm aplicação quase completa na hidrólise do amido em indústrias de processamento do amido.

1. ENZIMAS

1.1 HISTÓRICO

A literatura destaca alguns pontos históricos que marcaram o conhecimento e o controle da atividade enzimática que hoje se emprega rotineiramente. A atividade catalítica de enzimas tem sido utilizada pelo homem há milhares de anos em processos, tais como fermentação do suco de uva para obtenção do vinho, fabricação de queijo e pão. No entanto, estas eram apenas aplicações práticas, uma vez que o conhecimento do modo de ação dos catalisadores biológicos só foi elucidado recentemente, precedido por uma série de fatos que culminaram nos conhecimentos para utilização de enzimas em diferentes ramos da atividade humana. No século XVII, o químico Van Helmont considerava a transformação dos alimentos um processo químico mediado por “fermentos”. A experiência do estudioso em ciências Lázaro Spallanzani demonstrou que o suco gástrico continha um “princípio” capaz de liquefazer a carne.

Ern 1814, o químico alemão Kirchoff demonstrou a conversão do amido em açúcar por um extrato de trigo. Quase vinte anos depois, outro marco no conhecimento da enzimologia foi a demonstração da conversão do malte em extrato etanólico, pelos químicos franceses Anselme Payen e Jean-François Persoz, que nomearam de diastase o fenômeno da conversão do amido em açúcar. Atividade semelhante foi observada, posteriormente, na saliva. O químico francês Louis Pasteur, em 1860, demonstrou através de uma série de experimentos que a fermentação alcoólica só ocorria na presença de células vivas de levedura. Na mesma época, o químico alemão Justus von Liebig defendia que os processos fermentativos eram reações químicas. Disso originou-se a denominação “enzima”, que vem do grego e signifi ca “na levedura”.

A polêmica Pasteur-Liebig foi resolvida em 1897 pelo trabalho do químico alemão Eduard Buchner, que macerou a levedura para obter um extrato. Este, inteiramente livre de células, era capaz de fermentar o açúcar do mesmo modo que a célula de levedura. Isso significava que o extrato continha catalisadores da

fermentação alcoólica, o que tornava possível estudar in vitro reações químicas da fermentação. A partir daí o progresso no conhecimento no modo de ação dos catalisadores foi rápido, pois as reações catalisadas poderiam ser estudadas isoladamente e sob condições controladas.

No entanto, a natureza química das enzimas ainda não era conhecida, o que só se tornou possível mais tarde, após um número de enzimas serem cristalizadas e ser mostrado que consistiam inteiramente de proteína. A primeira enzima a ser cristalizada, em 1926, foi a urease, isolada do feijão. O desenvolvimento da ultracentrifugação, em 1920, permitiu a criação de centrífugas capazes de sedimentar macromoléculas. Estes estudos mostraram que proteínas em solução geralmente consistiam de moléculas homogêneas, com definido peso molecular M (no caso das enzimas M varia entre 10⁴ e 10⁷). A descrição da estrutura enzimática em termos químicos tornou-se, então, uma possibilidade real. Isso foi realizado em 1960, quando a seqüência de aminoácidos da ribonuclease (enzima que catalisa a hidrólise do tecido ribonucléico) foi deduzida. Em 1965, a estrutura tridimensional da lisosima (enzima que cliva a parede celular de determinadas bactérias) foi deduzida por uma técnica de cristalografia; o primeiro mecanismo de ação pôde ser postulado em termos estruturais.

A evolução no estudo das enzimas, acompanhado por avanços tecnológicos, possibilitou o isolamento e a identificação das propriedades das enzimas. Desde então, vem sendo feita a caracterização e o estudo cinético de milhares de enzimas de diferentes fontes: animais, vegetais e de microrganismos.

Tais avanços tornaram necessária a criação de uma Comissão Internacional de Enzima, pelos componentes da União Internacional de Bioquímica. Esta comissão reuniu-se, em 1956, para estabelecer critérios para a classificação e nomenclatura das enzimas, que eram classificadas e nomeadas arbitrariamente até então, causando problemas para os pesquisadores.

1.2 DEFINIÇÃO E CONCEITOS

Quimicamente, as enzimas são proteínas com uma estrutura química especial, contendo um centro ativo, denominado apoenzima e algumas vezes um grupo não protéico, denominado coenzima. À molécula toda (apoenzima e coenzima) é dada o nome de haloenzima. Dependendo de tipo de ligação, o grupo prostético pode ser separado da proteína por métodos brandos como, por exemplo, a diálise. Grande parte das proteínas sintetizadas na célula são enzimas, referidas como enzimas intracelulares, citoplasmáticas. Somente podem ser obtidas e avaliadas por rompimento da célula. Mas, esta também tem a capacidade de sintetizar enzimas que são excretadas para fora da célula, podendo ser encontradas no meio de cultivo ou de propagagão celular, lá sendo mais facilmente isoladas e avaliadas. Estas são sintetizadas, provavelmente, nos ribossomos ligados a membrana celular, de lá passando para fora sob forma linear, assumindo sua conformação própria e característica fora da célula.

Quase todas as enzimas preparadas em escala