Efeito da temperatura na atividade enzimática
A Matilde deixou o iogurte fora do frigorífico num dia de verão e, ao fim de umas horas, estava estragado. No dia seguinte, a mãe lavou a roupa a 60 °C e a nódoa de gordura saiu, mas o detergente «com enzimas» não funcionou nada bem a 90 °C. Porque é que o calor ajuda até certo ponto e depois estraga tudo? É o que vais perceber neste apartado.
Porque é que o calor acelera as reações
Uma enzima só catalisa a reação quando uma molécula de substrato encaixa no seu centro ativo. Para isso, enzima e substrato têm de se encontrar e colidir com a orientação certa e com energia suficiente. A estas colisões chamam-se colisões eficazes.
Quando a temperatura sobe, as moléculas ganham energia cinética, movem-se mais depressa e colidem mais vezes. Há mais colisões eficazes por segundo, logo a velocidade da reação aumenta.
Em muitas reações, a velocidade quase duplica por cada aumento de 10 °C, desde que a enzima continue intacta.
Temperatura ótima e desnaturação
Se continuarmos a aquecer, o efeito inverte-se. As enzimas são proteínas: a sua forma tridimensional depende de ligações fracas (como as pontes de hidrogénio), que o calor excessivo quebra. A proteína perde a estrutura, o centro ativo deforma-se e o substrato já não encaixa. Este processo chama-se desnaturação.
A curva tem, por isso, a forma de um «sino» assimétrico:
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Abaixo da temperatura ótima: a atividade aumenta com a temperatura (mais colisões eficazes). A baixas temperaturas a enzima não é destruída, apenas funciona devagar. Ao voltar a aquecer, recupera a atividade.
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Na temperatura ótima: a atividade é máxima. Para as enzimas humanas, ronda os $37\ \text{°C}$.
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Acima da temperatura ótima: a atividade desce depressa porque cada vez mais moléculas de enzima desnaturam. A desnaturação por calor é, em geral, irreversível: arrefecer de novo não repõe a forma original.
Num laboratório escolar, um grupo de alunos do 12.º ano mediu a atividade da amilase salivar a diferentes temperaturas, mantendo constantes o pH (cerca de 7) e as…
Num laboratório escolar, um grupo de alunos do 12.º ano mediu a atividade da amilase salivar a diferentes temperaturas, mantendo constantes o pH (cerca de 7) e as concentrações de enzima e de substrato. Os resultados, expressos em percentagem da atividade máxima, estão representados no gráfico.
- a) Indica, aproximadamente, a temperatura ótima da amilase salivar e justifica a tua leitura do gráfico.
- b) Explica por que razão a atividade aumenta entre $0\ \text{°C}$ e a temperatura ótima, referindo a energia cinética das moléculas e o número de colisões eficazes entre a enzima e o substrato.
- c) Explica o que acontece à enzima quando a temperatura sobe muito acima da temperatura ótima, usando o termo desnaturação, e explica por que razão esse processo é, em geral, irreversível.
- d) Nas fontes termais da ilha de São Miguel, nos Açores, vivem bactérias em águas que rondam os $70\ \text{°C}$. Prevê, justificando, como será a curva de atividade em função da temperatura de uma enzima dessas bactérias, comparando-a com a da amilase salivar.
Ler gráficos e tabelas de atividade enzimática
Nestas atividades laboratoriais, o que se mede e o que se mantém fixo é tão importante como o resultado.
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Variável independente (a que o experimentador faz variar): a temperatura.
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Variável dependente (a que se mede): a atividade enzimática, em geral a velocidade inicial da reação (quantidade de produto formado, ou de substrato consumido, por unidade de tempo).
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Variáveis controladas (mantidas constantes): pH, concentração de enzima, concentração de substrato, volume e tempo de medição.
Mede-se a velocidade inicial porque, à medida que a reação avança, o substrato vai diminuindo e os produtos acumulam-se, o que faria baixar a velocidade por razões que nada têm a ver com a temperatura.
Para estudar o efeito da temperatura na atividade da catalase, um grupo preparou tubos de ensaio com a mesma quantidade de extrato de fígado de frango e de peróxido de…
Para estudar o efeito da temperatura na atividade da catalase, um grupo preparou tubos de ensaio com a mesma quantidade de extrato de fígado de frango e de peróxido de hidrogénio (água oxigenada) e mediu a velocidade inicial da reação a várias temperaturas. Os resultados estão na tabela.
| Temperatura (°C) | 5 | 15 | 25 | 35 | 45 | 55 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Velocidade inicial (u.a.) | 8 | 16 | 32 | 60 | 40 | 10 |
- a) Representa os dados num gráfico no teu caderno (velocidade inicial em função da temperatura) e indica, aproximadamente, a temperatura ótima da catalase nestas condições.
- b) Calcula o fator de aumento da velocidade quando a temperatura sobe de $5\ \text{°C}$ para $15\ \text{°C}$ e de $15\ \text{°C}$ para $25\ \text{°C}$. O que concluis quanto ao efeito de um aumento de $10\ \text{°C}$ na velocidade da reação, neste intervalo de temperaturas?
- c) Explica por que razão a velocidade a $55\ \text{°C}$ é inferior à registada a $35\ \text{°C}$, apesar de a quantidade de enzima ser a mesma nos dois tubos.
- d) Explica por que razão, nestas experiências, se mede a velocidade inicial da reação e não a velocidade decorridos vários minutos.
Cada enzima tem a sua temperatura ótima
A temperatura ótima depende do organismo e do ambiente onde vive, porque a forma da enzima é determinada pela sequência de aminoácidos e esta varia de espécie para espécie.
| Origem da enzima | Temperatura ótima aproximada |
|---|---|
| Enzimas humanas | cerca de $37\ \text{°C}$ |
| Bactérias de solo temperado | cerca de $25$ a $35\ \text{°C}$ |
| Bactérias de nascentes termais (termófilas) | $60$ a $80\ \text{°C}$ ou mais |
| Peixes de águas frias | abaixo de $20\ \text{°C}$ |
A polimerase Taq, usada na PCR, vem de uma bactéria de nascentes termais e aguenta temperaturas próximas de $95\ \text{°C}$. É por isso que a técnica funciona.
Na indústria escolhe-se a enzima certa para cada aplicação. Para um detergente de lavagem a $40\ \text{°C}$, a enzima ideal tem temperatura ótima próxima disso, e um intervalo de temperaturas largo em que mantém boa atividade. Para um processo industrial a $70\ \text{°C}$, usa-se uma enzima termófila.
Uma empresa de detergentes testou três enzimas (A, B e C), produzidas por microrganismos diferentes, para remover nódoas de gordura da roupa. A tabela apresenta a…
Uma empresa de detergentes testou três enzimas (A, B e C), produzidas por microrganismos diferentes, para remover nódoas de gordura da roupa. A tabela apresenta a temperatura ótima de cada enzima e o intervalo de temperaturas em que ela mantém, pelo menos, metade da sua atividade máxima.
| Enzima | Temperatura ótima (°C) | Intervalo com atividade ≥ 50 % (°C) |
|---|---|---|
| A | 30 | 20-40 |
| B | 45 | 30-60 |
| C | 75 | 60-90 |
- a) Indica qual das enzimas é mais adequada para um detergente de máquina de lavar roupa usado em programas a $40\ \text{°C}$ e justifica a tua escolha.
- b) Indica qual das enzimas poderá ser útil num processo industrial que decorre a $80\ \text{°C}$, justificando com os dados da tabela.
- c) As enzimas usadas em processos a altas temperaturas obtêm-se, em geral, de microrganismos que vivem naturalmente em ambientes muito quentes, como as fontes termais. Explica por que razão as enzimas desses microrganismos são estáveis ao calor e qual a vantagem económica de as usar na indústria.
- d) Os detergentes que contêm enzimas não devem ser usados em água muito quente. Explica porquê, relacionando a tua resposta com a estrutura das enzimas.
Vamos fechar o gancho: o iogurte da Matilde estragou-se porque, com o calor ambiente, as enzimas dos microrganismos ficaram mais ativas e multiplicaram-se depressa. Na lavagem a 90 °C, as enzimas do detergente desnaturaram, pelo que deixaram de decompor a gordura.