Proteínas e enzimas

Quebre um ovo na frigideira quente. A clara, líquida e transparente, fica branca e firme em menos de um minuto, e nenhuma geladeira a faz voltar ao que era. Prepare duas gelatinas iguais e ponha abacaxi fresco em uma e abacaxi em calda na outra: a primeira amanhece líquida, a segunda endurece. Pingue água oxigenada em uma batata crua cortada e em uma batata cozida: a crua espuma, a cozida não.

Nas três cenas, nada foi acrescentado nem retirado das moléculas envolvidas. A clara crua e a clara cozida têm os mesmos aminoácidos, na mesma ordem. A batata cozida tem a mesma catalase da crua. O que mudou foi a forma. Uma proteína é um fio longo de aminoácidos dobrado de um jeito preciso, e é a forma dobrada que trabalha. O calor da frigideira desdobra as proteínas da clara. O calor da fervura desdobra a bromelina do abacaxi, a enzima que cortava as proteínas da gelatina. O calor do cozimento desdobra a catalase da batata, a enzima que decompunha a água oxigenada.

Esta página explica de que são feitas as proteínas, como a sequência de aminoácidos decide a forma e a forma decide a função, o que é desnaturar e por que isso é diferente de digerir, o que uma enzima faz e o que ela não faz, como temperatura, pH, concentração de substrato e inibidores alteram a velocidade de uma reação catalisada, e que papel têm as vitaminas do complexo B e a vitamina C nesse funcionamento. A fabricação das proteínas a partir do DNA está em DNA, RNA e síntese proteica; a origem genética da anemia falciforme, em mutações; a digestão das proteínas ao longo do tubo digestório, em sistema digestório; os açúcares e as gorduras, em carboidratos e lipídios; as enzimas das vias de obtenção de energia, em fermentação e respiração celular.

Aminoácidos: vinte unidades com a mesma planta e um radical diferente

Três ideias sustentam a página inteira.

Monômero e polímero. Muitas moléculas grandes dos seres vivos são cadeias de unidades repetidas. A unidade é o monômero; a cadeia, o polímero. No amido, a unidade é a glicose. Na proteína, a unidade é o aminoácido.

Desidratação e hidrólise. Ligar duas unidades libera uma molécula de água. Separar duas unidades ligadas consome uma molécula de água. Digerir uma proteína é fazer hidrólises em série.

Catalisador. Um catalisador acelera uma reação química e sai dela como entrou. Não é reagente e não é gasto.

Toda proteína, da clara do ovo à hemoglobina do sangue, é feita de aminoácidos. As proteínas dos seres vivos usam vinte tipos, e todos têm a mesma planta: um carbono central, chamado carbono alfa, ligado a quatro grupos.

$$\mathrm{H_2N{-}CHR{-}COOH}$$

• um grupo amina ($\mathrm{-NH_2}$), que contém nitrogênio;
• um grupo carboxila ($\mathrm{-COOH}$), de caráter ácido;
• um átomo de hidrogênio;
• um radical ®, a única parte que muda de um aminoácido para outro.

O nome vem dos dois grupos fixos: amina e ácido. Na glicina, o menor dos vinte, o radical é um átomo de hidrogênio. Na alanina, é um grupo $\mathrm{-CH_3}$. Na cisteína e na metionina, o radical contém enxofre. Na lisina, termina em um segundo grupo amina. É o radical que dá a cada aminoácido o seu comportamento: alguns têm afinidade pela água (hidrofílicos), outros a evitam (hidrofóbicos); alguns têm carga elétrica, outros não. Essas diferenças vão decidir, mais adiante, como a cadeia se dobra.

Guarde a composição. Carboidratos e gorduras são feitos de carbono, hidrogênio e oxigênio. Os aminoácidos têm, além desses três, nitrogênio, sempre, por causa do grupo amina; dois deles têm também enxofre. Em média, cerca de 16 % da massa de uma proteína é nitrogênio, e é da proteína que vem quase todo o nitrogênio que um animal ingere. Por isso os laboratórios estimam o teor de proteína de um alimento medindo o nitrogênio da amostra e multiplicando o resultado por 6,25, que é $100 \div 16$. As plantas não comem proteína: retiram o nitrogênio do solo, na forma de sais, e com ele fabricam os próprios aminoácidos. É a razão de o N estar na sigla dos fertilizantes NPK. O ciclo desse elemento está em ciclos biogeoquímicos.

O PAS 1 de 2025 cobrou exatamente essa ligação, no item 82: “O nitrogênio (N) dos fertilizantes contribui para a síntese de proteínas nas plantas porque os aminoácidos (base das proteínas) contêm nitrogênio.” Certo. A frase tem um efeito (o fertilizante contribui para a síntese de proteínas) e uma causa (aminoácidos contêm nitrogênio). As duas partes são verdadeiras, e a segunda explica a primeira.

Essencial não quer dizer melhor

As células humanas fabricam onze dos vinte aminoácidos a partir de outras moléculas. Os outros nove precisam vir prontos da alimentação: histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano e valina. São os aminoácidos essenciais. Os onze restantes são os não essenciais, ou naturais.

A palavra engana. Essencial não significa mais importante nem de melhor qualidade. Os vinte são igualmente necessários para montar uma proteína: se um faltar, a montagem para naquele ponto. Essencial descreve apenas o que o corpo não sintetiza. A lista também não é a mesma para todos os seres vivos: as plantas fabricam os vinte.

Uma observação sobre números. Livros mais antigos contam oito aminoácidos essenciais para adultos. A histidina entrou na lista depois que experimentos publicados em 1975 mostraram que adultos privados de histidina na dieta também apresentam sinais de carência. Hoje a contagem usada pelos órgãos de saúde é nove. Há ainda aminoácidos que o corpo fabrica em quantidade insuficiente em certas fases, como doenças graves, e que por isso são chamados de condicionalmente essenciais.

Carne, ovo, leite e derivados fornecem os nove essenciais em proporção próxima da que o corpo usa. O PAS 1 de 2014 afirmou, no item 63: “Carne, ovo e leite são alimentos que fornecem aminoácidos essenciais, que não são sintetizados pelas células humanas.” Certo, nas duas partes: os alimentos citados fornecem esses aminoácidos, e a definição de essencial está correta.

Por que arroz com feijão se completam

Os alimentos vegetais também têm os nove aminoácidos essenciais, em proporções diferentes. Em cada alimento, o aminoácido essencial que aparece em menor quantidade em relação à necessidade humana é o aminoácido limitante: é ele que acaba primeiro. Nos cereais, como arroz, trigo e milho, o limitante é a lisina. Nas leguminosas, como feijão, lentilha e grão-de-bico, o limitante é a metionina.

O que falta em um grupo sobra no outro. O feijão é rico em lisina; o arroz tem mais metionina. Juntos, fornecem os nove em quantidade adequada. O nome disso é complementação. A combinação não precisa acontecer no mesmo prato: o que conta é a variedade de fontes ao longo do dia.

Os teores de proteína são da Tabela Brasileira de Composição de Alimentos (TACO, 4.ª edição, Unicamp, 2011). A coluna de proteína diz quanto há. Ela não diz quais aminoácidos estão ali, e a qualidade de uma refeição depende das duas informações.

Exemplo resolvido: quanta proteína há no prato. Um almoço tem 150 g de arroz cozido, 100 g de feijão-carioca cozido e um ovo cozido de 50 g. (a) Quanta proteína há no prato? (b) Quanta energia vem dessa proteína? © O relatório conjunto da OMS, da FAO e da Universidade das Nações Unidas, de 2007, fixa em 0,83 g de proteína por quilograma de massa corporal por dia o nível seguro de ingestão para adultos saudáveis. Que fração dessa referência o almoço cobre para um adulto de 60 kg? (d) O prato tem os nove aminoácidos essenciais?

(a) Arroz: $1{,}5 \times 2{,}5 = 3{,}75$ g. Feijão: $4{,}8$ g. Ovo: $0{,}5 \times 13{,}3 = 6{,}65$ g. Total: $3{,}75 + 4{,}8 + 6{,}65 = 15{,}2$ g.

(b) Cada grama de proteína fornece cerca de 4 kcal: $15{,}2 \times 4 \approx 61$ kcal.

© Referência diária: $0{,}83 \times 60 = 49{,}8$ g. Fração: $15{,}2 \div 49{,}8 \approx 0{,}31$, perto de um terço.

(d) Sim. O ovo, sozinho, já fornece os nove. Sem ele, o arroz e o feijão ainda os fornecem, em quantidade menor, porque a lisina do feijão cobre a falta do arroz e a metionina do arroz cobre a falta do feijão.

Conferência: um terço da referência em uma das três refeições principais é uma ordem de grandeza razoável. Se a conta desse 3 % ou 300 %, haveria erro de vírgula. O valor de 0,83 g/kg é uma referência para populações de adultos saudáveis. Crianças, adolescentes, gestantes, atletas e pessoas doentes têm necessidades diferentes, e a avaliação de uma dieta individual cabe a nutricionistas e médicos.

Ligação peptídica: cada união libera uma molécula de água

Dois aminoácidos se unem quando a carboxila de um reage com a amina do outro. O grupo $\mathrm{-OH}$ da carboxila e um H da amina saem juntos, como uma molécula de água, e o carbono de um aminoácido fica ligado ao nitrogênio do seguinte. Essa ligação covalente C–N é a ligação peptídica. A reação é uma síntese por desidratação, a mesma que une as glicoses do amido.

$$\text{aminoácido}_1 + \text{aminoácido}_2 \rightarrow \text{dipeptídeo} + \mathrm{H_2O}$$

A reação inversa é a hidrólise: uma molécula de água entra, e a ligação se desfaz. É o que as proteases do tubo digestório fazem com as proteínas da comida.

A cadeia que resulta tem duas pontas diferentes: uma termina em um grupo amina livre, a outra em uma carboxila livre. Entre as pontas, os radicais ficam pendurados para fora do eixo, como as contas de formatos diferentes de um colar.

Os nomes acompanham o tamanho. Dois aminoácidos formam um dipeptídeo; três, um tripeptídeo; poucos, um oligopeptídeo; muitos, um polipeptídeo. A palavra proteína costuma ser reservada para um ou mais polipeptídeos dobrados em uma forma definida e com função. O limite entre peptídeo e proteína é uma convenção, e os tamanhos variam muito: o hormônio ocitocina tem 9 aminoácidos; a insulina, 51, em duas cadeias; a hemoglobina, 574, em quatro cadeias; a titina, uma proteína elástica das fibras musculares, cerca de 34 mil em uma cadeia só.

Exemplo resolvido: ligações, águas e massa de um peptídeo. Um tripeptídeo é formado por glicina, alanina e serina, nessa ordem. As massas molares dos três aminoácidos livres são 75, 89 e 105 g/mol, e a da água, 18 g/mol. (a) Quantas ligações peptídicas há na cadeia? (b) Quantas moléculas de água foram liberadas na montagem? © Qual é a massa molar do tripeptídeo?

(a) Três aminoácidos em fila: $3 - 1 = 2$ ligações. (b) Uma água por ligação: 2 moléculas. © Some os aminoácidos e retire as águas: $75 + 89 + 105 - 2 \times 18 = 269 - 36 = 233$ g/mol.

Conferência pelo caminho inverso: a hidrólise completa de 1 mol do tripeptídeo consome 2 mol de água, e $233 + 36 = 269$ g é a soma das massas dos três aminoácidos livres. Somar 75, 89 e 105 e parar em 269 é o erro que esquece a água.

Exemplo resolvido: uma cadeia ou várias. A insulina humana tem 51 aminoácidos em duas cadeias, uma de 21 e outra de 30, presas entre si por pontes dissulfeto. Quantas ligações peptídicas ela tem?

Conte por cadeia: $(21 - 1) + (30 - 1) = 20 + 29 = 49$. A fórmula $n - 1$ vale para cada cadeia. Para a molécula inteira, vale $n - k$: $51 - 2 = 49$. As pontes dissulfeto que unem as duas cadeias não são ligações peptídicas. Para a hemoglobina, com 574 aminoácidos em quatro cadeias, a conta é $574 - 4 = 570$. Responder 50 para a insulina ou 573 para a hemoglobina é tratar a proteína como uma cadeia única.

Exemplo resolvido: quantas sequências. Com os vinte aminoácidos, quantos tripeptídeos diferentes podem existir?

Cada posição pode ser ocupada por qualquer um dos vinte, e a ordem importa: $20 \times 20 \times 20 = 20^3 = 8\,000$. Para uma cadeia de $n$ aminoácidos, são $20^n$ sequências possíveis. Para uma proteína pequena, de 100 aminoácidos, $20^{100}$ é um número com 131 algarismos. Os seres vivos usam uma fração mínima dessas possibilidades. A consequência prática é outra: duas proteínas com os mesmos aminoácidos, nas mesmas quantidades, são proteínas diferentes se a ordem for diferente. Glicina–alanina e alanina–glicina são dois dipeptídeos distintos, porque a ponta amina fica em aminoácidos diferentes.

Quatro níveis de estrutura: a sequência decide a forma

A cadeia de aminoácidos não fica esticada. Ela se dobra assim que é montada, e a descrição do dobramento usa quatro níveis.

Estrutura primária é a sequência de aminoácidos: quais são e em que ordem. É mantida pelas ligações peptídicas, que são covalentes e fortes. A sequência é determinada pelo gene que codifica a proteína.

Estrutura secundária é o arranjo regular de trechos da cadeia. Os dois arranjos mais comuns são a alfa-hélice, em que a cadeia se enrola como um fio de telefone antigo, e a folha beta (ou folha pregueada), em que trechos da cadeia ficam lado a lado, em zigue-zague. Os dois são mantidos por ligações de hidrogênio entre o grupo C=O de uma ligação peptídica e o grupo N–H de outra. Os radicais não participam dessas ligações.

Estrutura terciária é a forma tridimensional da cadeia inteira, com suas hélices e folhas dobradas umas sobre as outras. Aqui quem decide são os radicais. Radicais hidrofóbicos se juntam no interior da molécula, longe da água. Radicais com cargas opostas se atraem. Radicais polares fazem ligações de hidrogênio. E dois radicais de cisteína, mesmo distantes na sequência, podem se unir por uma ligação covalente entre seus átomos de enxofre, a ponte dissulfeto.

Estrutura quaternária é a associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas em uma proteína funcional. A hemoglobina tem quatro cadeias, duas alfa e duas beta. A catalase também tem quatro. Nem toda proteína tem estrutura quaternária: muitas funcionam com uma cadeia só.

Com exceção das ligações peptídicas e das pontes dissulfeto, tudo o que segura a forma de uma proteína são interações fracas. Cada uma, sozinha, cede com facilidade. Milhares delas, somadas, mantêm a forma estável na temperatura e no pH em que a proteína trabalha. Essa fragilidade tem duas consequências. Uma é útil: a proteína pode mudar ligeiramente de forma quando outra molécula se liga a ela, e é assim que a hemoglobina prende e solta o oxigênio. A outra é o assunto da próxima seção: fora da faixa de temperatura e de pH adequada, a forma se desfaz.

Pela forma final, as proteínas costumam ser separadas em dois grupos. As globulares são compactas, em geral solúveis em água, e incluem as enzimas, a hemoglobina e os anticorpos. As fibrosas são alongadas, insolúveis, e formam fios e fibras: o colágeno, com três cadeias enroladas entre si, e a queratina do cabelo.

A sequência contém a informação da forma

Em 1961, o bioquímico Christian Anfinsen e colaboradores publicaram um experimento com a ribonuclease, uma enzima pequena, de 124 aminoácidos e quatro pontes dissulfeto. Eles desfizeram a forma da enzima com ureia e com um reagente que rompe pontes dissulfeto. A enzima desdobrada não tinha atividade. Quando os reagentes foram retirados, a cadeia voltou a se dobrar sozinha, as pontes se refizeram nas posições corretas e a atividade reapareceu. Nenhuma outra molécula orientou o redobramento. A conclusão, que rendeu a Anfinsen o Prêmio Nobel de Química de 1972, é que a sequência de aminoácidos contém a informação necessária para a forma tridimensional.

Daí vem a cadeia de raciocínio que organiza o assunto: o gene determina a sequência, a sequência determina a forma, a forma determina a função.

Um aminoácido trocado: a hemoglobina S

A consequência mais conhecida dessa cadeia é a anemia falciforme. A cadeia beta da hemoglobina tem 146 aminoácidos. Na hemoglobina S, o sexto deles, um ácido glutâmico, está trocado por uma valina. O ácido glutâmico tem radical com carga e afinidade pela água; a valina tem radical hidrofóbico. Essa única troca cria, na superfície da molécula, um ponto que gruda em outras moléculas de hemoglobina quando o oxigênio está baixo. As moléculas se empilham em fibras longas e rígidas, que deformam a hemácia e lhe dão o formato de foice. Hemácias em foice duram menos e passam com dificuldade pelos vasos mais finos.

A diferença química entre a hemoglobina normal e a hemoglobina S foi identificada por Vernon Ingram em 1957. A troca do aminoácido resulta da troca de uma base no gene da cadeia beta, e o PAS 3 de 2022 partiu dela no item 61: “A mutação que ocorreu na segunda posição do códon no gene da cadeia beta da hemoglobina no ancestral africano levou à alteração de um único aminoácido na proteína codificada por esse gene.” Certo. O mecanismo da mutação e a herança da doença estão em mutações e em leis de Mendel. Aqui interessa a lição sobre proteínas: 1 aminoácido em 146 mudou, e a função mudou.

Nem toda troca tem esse efeito. Uma substituição entre aminoácidos de radicais parecidos, em uma região que não participa do dobramento nem da função, pode passar despercebida. O efeito depende de qual aminoácido entra, de qual sai e de onde isso acontece.

O que as proteínas fazem: sete funções e um nutriente de reserva

As proteínas são a família de moléculas com mais funções diferentes na célula. A tabela reúne as que a escola e as provas cobram.

Três comentários evitam generalizações erradas.

Nem todo hormônio é proteína. A insulina e o glucagon são. Os hormônios sexuais e o cortisol são esteroides, da família dos lipídios. O assunto continua em sistema endócrino.

As proteínas de membrana e os anticorpos têm páginas próprias: membrana plasmática e transportes e vacinas e soros. O PAS 3 de 2022 pediu a função de transporte em uma frase direta, no item 63: “A hemoglobina é a molécula à qual se liga o oxigênio, para que este seja transportado aos tecidos do organismo.” Certo.

Proteína também fornece energia, cerca de 4 kcal por grama, o mesmo valor dos carboidratos. A célula recorre aos aminoácidos como combustível quando faltam carboidratos e gorduras ou quando a ingestão de proteína excede o uso. O corpo humano não mantém um estoque de proteína equivalente ao glicogênio ou à gordura: as proteínas do corpo estão em uso, como estrutura, enzima ou transportador. As proteínas de reserva da tabela existem em ovos, leite e sementes, onde alimentam um organismo em formação.

O trigo dá um exemplo de proteína de reserva que a cozinha transformou em estrutura. A farinha contém gliadina e glutenina, proteínas de reserva da semente. Hidratadas e sovadas, elas se ligam em uma rede elástica, o glúten, que estica sem romper e retém o gás carbônico produzido pelas leveduras na massa. O PAS 1 de 2023 afirmou, no item 46: “Nos pães feitos com farinha de trigo, o glúten forma uma rede de proteínas que proporciona elasticidade à massa.” Certo. O glúten é proteína, e não carboidrato. Também não é enzima: a rede segura o gás por uma propriedade mecânica, sem catalisar reação alguma. A fermentação que produz o gás está em fermentação.

Desnaturação: a proteína perde a forma e guarda a sequência

Desnaturação é a perda da forma tridimensional de uma proteína, com perda da função, sem quebra das ligações peptídicas. As estruturas secundária, terciária e quaternária se desfazem. A primária permanece: os aminoácidos são os mesmos, na mesma ordem.

O que se rompe são as interações fracas que seguravam o dobramento. Qualquer fator que as perturbe pode desnaturar.

O ovo. A clara é uma solução de proteínas em água. A ovalbumina responde por pouco mais da metade delas. Quando a clara é aquecida, as primeiras proteínas perdem a forma pouco acima de 60 °C, e a clara começa a ficar opaca. A ovalbumina resiste mais e desnatura por volta de 80 °C. As cadeias abertas expõem radicais hidrofóbicos que estavam escondidos, grudam umas nas outras e formam uma rede que retém a água. O líquido transparente vira um sólido branco. Nenhuma ligação peptídica foi rompida.

O leite. O leite fresco tem pH perto de 6,7. Quando bactérias fermentam a lactose e produzem ácido lático, o pH cai. Perto de 4,6, a caseína, principal proteína do leite, perde as cargas negativas que mantinham suas partículas afastadas umas das outras. As partículas se agregam em coágulos, e o leite talha. O mesmo acontece quando se pinga limão ou vinagre no leite. O agente aqui é o pH, e não o calor. A caseína é uma proteína com pouca estrutura dobrada, e é por isso que o leite pode ser fervido sem talhar: o que o ácido desfaz é a dispersão das partículas, por alterar as cargas.

O cabelo. O fio de cabelo é feito de queratina, e sua forma é mantida por dois tipos de ligação entre as cadeias: ligações de hidrogênio, fracas e numerosas, e pontes dissulfeto, covalentes. A água e o calor do secador ou da chapinha rompem as ligações de hidrogênio, o fio assume a forma em que é seco e, na próxima lavagem, volta ao que era. Os alisamentos e os permanentes químicos rompem as pontes dissulfeto e deixam que elas se refaçam com o fio em outra posição. A mudança dura até o fio crescer.

O álcool. O etanol desorganiza a forma das proteínas, e esse efeito é parte da explicação de sua ação antisséptica: proteínas de bactérias e de vírus desnaturadas deixam de funcionar.

Desnaturar não é digerir

Os dois processos acabam com a função da proteína, e é fácil trocar um pelo outro.

No estômago humano acontecem as duas coisas, em sequência. O ácido clorídrico desnatura as proteínas do alimento, o que expõe as ligações peptídicas. A pepsina, uma protease, hidrolisa parte dessas ligações. A desnaturação ajuda a digestão; não a substitui.

Por isso o ovo cozido não perde valor como fonte de aminoácidos em relação ao ovo cru. A sequência está intacta, e as proteases vão cortá-la do mesmo jeito. O cozimento ainda elimina microrganismos que o ovo cru pode conter.

Reversível ou irreversível

A desnaturação pode ser desfeita em alguns casos. A ribonuclease de Anfinsen se redobrou quando os reagentes foram retirados. A pepsina fica inativa quando o pH sobe para 6,5 e pode ser reativada se o meio voltar a ficar ácido; acima de pH 8, a perda é definitiva. Nesses casos, a cadeia desdobrada continua solta em solução e reencontra a forma.

Na clara cozida, isso não acontece. As cadeias abertas se agregam umas às outras, e o emaranhado não se desfaz quando a temperatura cai. O resfriamento devolve as condições, e não a forma. A regra prática para itens: a desnaturação por calor intenso é, em geral, irreversível; uma frase que afirme que toda desnaturação é reversível, ou que toda é irreversível, está errada pelo absoluto.

Exemplo resolvido: desnaturação ou hidrólise? Classifique o que acontece com as proteínas em cada situação.

I. Um pedaço de carne é deixado por duas horas em suco de abacaxi fresco e fica macio. O abacaxi fresco contém bromelina, uma protease. Ela corta ligações peptídicas das proteínas da carne. Hidrólise.

II. Filés de peixe cru ficam opacos e firmes depois de uma hora em suco de limão. Não há enzima na receita; o agente é a acidez. As proteínas do peixe perdem a forma e se agregam, como na clara cozida. Desnaturação por pH.

III. A clara de um ovo é batida até virar neve. A agitação desdobra parte das proteínas, que se reorganizam em torno das bolhas de ar. Desnaturação mecânica.

IV. No intestino delgado, a tripsina atua sobre as proteínas do alimento. A tripsina é uma protease. Hidrólise.

V. Um cubo de batata é fervido por cinco minutos e deixa de fazer a água oxigenada espumar. A catalase da batata perdeu a forma com o calor. Seus aminoácidos continuam ligados na mesma ordem. Desnaturação por calor.

O critério é uma pergunta só: as ligações peptídicas foram rompidas? Se há protease, ou ácido forte a quente por muito tempo, sim. Se há só calor, mudança de pH, álcool ou agitação, o que se perdeu foi a forma.

Enzimas: catalisadores que baixam a energia de ativação e saem inteiros

A água oxigenada da farmácia é uma solução de peróxido de hidrogênio. O peróxido se decompõe em água e gás oxigênio, e essa reação libera energia:

$$2\,\mathrm{H_2O_2 \rightarrow 2\,H_2O + O_2}$$

Mesmo assim, um frasco fechado dura meses. Uma reação que libera energia não acontece necessariamente depressa. Para reagir, as moléculas precisam primeiro passar por um estado em que ligações estão distorcidas ou parcialmente rompidas, e chegar a esse estado custa energia. Esse custo inicial é a energia de ativação ($E_a$). Em um gráfico de energia ao longo do caminho da reação, ela aparece como um morro entre os reagentes e os produtos. Na temperatura ambiente, poucas moléculas têm, a cada instante, energia para passar pelo morro, e a reação anda devagar.

Há dois modos de acelerar. Um é aquecer: mais moléculas passam a ter a energia necessária. A célula não pode usar esse recurso sem destruir as próprias proteínas. O outro é oferecer à reação um caminho com um morro mais baixo. Quem faz isso é o catalisador, e os catalisadores dos seres vivos são as enzimas.

Sobre a batata crua, a decomposição do peróxido leva segundos. A batata tem catalase, e cada molécula de catalase decompõe milhões de moléculas de peróxido por segundo. A espuma é o gás oxigênio que escapa. A mesma enzima existe nas células humanas, e é por isso que a água oxigenada espuma sobre um ferimento.

O gráfico mostra o que a enzima muda e o que ela não muda.

• Muda a energia de ativação: o morro fica mais baixo, e a reação fica mais rápida.
• Não muda a energia dos reagentes nem a dos produtos. A energia liberada pela reação é a mesma, com ou sem enzima.
• Não muda o equilíbrio da reação. A enzima acelera a ida e a volta na mesma proporção; o sistema chega mais depressa ao mesmo ponto final.
• Não torna possível uma reação que não ocorreria sem ela. A enzima acelera reações que já são possíveis.
• Não fornece energia. O que ela reduz é o custo inicial. A energia que a célula usa vem das reações, e não do catalisador.
• Não é consumida. Ao fim de cada ciclo, a enzima está intacta e pronta para o próximo.

O ciclo de trabalho de uma enzima se escreve assim, com E para a enzima, S para o substrato e P para o produto:

$$\mathrm{E + S \rightleftharpoons ES \rightarrow E + P}$$

O substrato é a molécula sobre a qual a enzima age. Ele se liga à enzima e forma o complexo enzima-substrato (ES). A reação acontece, os produtos se soltam, e a enzima reaparece do lado direito da equação, igual ao que era do lado esquerdo.

Os nomes das enzimas costumam terminar em -ase e indicar o substrato ou o tipo de reação: amilase (hidrolisa amido), lactase (lactose), sacarase (sacarose), lipase (lipídios), protease (proteínas), celulase (celulose), catalase (decompõe o peróxido de hidrogênio), DNA polimerase (monta a cadeia de DNA). Algumas enzimas digestivas, descritas antes de a regra existir, conservam nomes antigos: pepsina, tripsina e ptialina, outro nome da amilase salivar.

A natureza das enzimas foi discutida por décadas. Em 1926, James Sumner cristalizou a urease, enzima do feijão-de-porco que decompõe a ureia, e mostrou que os cristais eram de proteína. O resultado lhe valeu parte do Prêmio Nobel de Química de 1946. A regra tem uma exceção conhecida: algumas moléculas de RNA também catalisam reações. São as ribozimas, e sua descoberta rendeu o Nobel de Química de 1989 a Thomas Cech e Sidney Altman. Em provas do ensino médio, a frase “as enzimas são proteínas” é tratada como certa; a frase “toda molécula com atividade catalítica nos seres vivos é proteína” não resiste às ribozimas.

Sítio ativo e especificidade: da chave-fechadura ao encaixe induzido

Na superfície dobrada da enzima existe uma cavidade, o sítio ativo. Sua forma e os radicais de aminoácidos que a revestem combinam com uma molécula ou com um grupo pequeno de moléculas parecidas. O substrato entra no sítio ativo, interações fracas o prendem na posição certa, e os radicais da cavidade distorcem as ligações do substrato ou trocam cargas com elas. É essa atuação que reduz a energia de ativação. Os produtos, com outra forma, deixam de se encaixar bem e se soltam.

Os aminoácidos que formam o sítio ativo podem estar distantes na sequência. É o dobramento que os aproxima. Por isso a perda da forma acaba com a atividade mesmo com a sequência intacta: desdobrada a cadeia, a cavidade deixa de existir.

Duas imagens descrevem o encaixe.

Chave-fechadura. Proposta pelo químico Emil Fischer em 1894: o substrato é a chave, o sítio ativo é a fechadura, e só a chave certa entra. A imagem explica bem a especificidade e o fato de a enzima não se gastar, como a fechadura não se gasta ao ser aberta. O limite da imagem é a rigidez. Uma fechadura não muda de forma, e uma enzima muda.

Encaixe induzido. Proposto por Daniel Koshland em 1958: o sítio ativo não é um molde pronto. Ao receber o substrato, a enzima ajusta sua forma em torno dele, como uma luva que se molda à mão, e esse ajuste posiciona os radicais que fazem a catálise. O modelo explica por que moléculas parecidas com o substrato podem se ligar sem reagir, e é o modelo aceito hoje. Seu limite como imagem: a luva não faz nada com a mão, e a enzima transforma o substrato.

A especificidade tem consequências diretas. A lactase hidrolisa a lactose e não toca na sacarose. A amilase corta as ligações do amido e não as da celulose, embora os dois sejam polímeros de glicose, como explica a página de carboidratos. A catalase não age sobre proteínas nem sobre amido. A especificidade varia de grau: algumas enzimas aceitam um único substrato; outras, como as proteases digestivas, aceitam muitas proteínas diferentes, porque reconhecem um tipo de ligação e não a molécula inteira.

Temperatura: a curva sobe pela agitação e cai pela desnaturação

A velocidade de uma reação catalisada por enzima depende da temperatura por dois efeitos que atuam em sentidos opostos.

O primeiro vale para qualquer reação química. Moléculas mais quentes se movem mais depressa, colidem mais vezes e com mais energia. Enzima e substrato se encontram com mais frequência, e a velocidade aumenta.

O segundo vale para as proteínas. A partir de certa temperatura, as interações fracas que seguram a forma da enzima cedem, o sítio ativo se desfaz e o substrato deixa de se encaixar. É a desnaturação.

O resultado é uma curva assimétrica: sobe aos poucos, atinge um máximo e cai de modo abrupto. A temperatura do máximo é a temperatura ótima. Muitas enzimas humanas têm o ótimo perto de 37 °C, a temperatura do corpo. Enzimas de outros organismos têm outros valores. As de bactérias que vivem em fontes termais funcionam acima de 70 °C, e uma delas, a polimerase da bactéria Thermus aquaticus, é usada na técnica de PCR justamente por resistir ao calor.

Os dois lados da curva não são equivalentes.

• Abaixo do ótimo, a enzima está inteira e trabalha devagar. O efeito é reversível: aquecida de volta, ela retoma a velocidade. Frio não desnatura.
• Acima do ótimo, a enzima perde a forma. O efeito costuma ser irreversível: resfriada, ela não recupera a atividade.

Essa assimetria explica duas técnicas de conservação de alimentos. A geladeira e o congelador reduzem a velocidade das enzimas do próprio alimento e das enzimas dos microrganismos. Não as destroem: fora da geladeira, as reações recomeçam, e é por isso que a cadeia de frio não pode ser interrompida. O branqueamento, um banho rápido de água fervente dado às hortaliças antes do congelamento, desnatura as enzimas do vegetal que causariam escurecimento e perda de sabor. O ENEM de 2024 usou a mesma ideia em uma questão sobre milho recém-colhido: mergulhadas em água fervente por alguns minutos, as espigas mantêm o sabor doce, porque a enzima que converteria os açúcares do grão em amido é desnaturada pelo calor.

A curva também explica o risco das temperaturas corporais muito altas. A febre que acompanha as infecções é uma resposta regulada do organismo e, sem tratamento, raramente passa de 40,6 °C. O perigo está nas temperaturas extremas, como as da insolação. Temperatura acima de 40 °C com confusão mental ou convulsões é uma emergência, e o dano ao cérebro por temperatura elevada, em geral, só ocorre acima de 42 °C. Uma das explicações para esse dano é a desta página: nessa faixa, proteínas das células começam a perder a forma. A avaliação de uma febre e a decisão de tratá-la cabem a profissionais de saúde.

Uma ressalva sobre os gráficos. As curvas de livro são esquemáticas. O valor exato do ótimo medido em laboratório depende do tempo do ensaio: em um ensaio curto, a enzima aguenta temperaturas que a desnaturariam em um ensaio longo. A forma da curva (subida, pico, queda) é o que se cobra.

Exemplo resolvido: a temperatura foi aplicada antes ou durante? Uma turma manteve cubos iguais de batata crua por 15 minutos em água a cinco temperaturas. Depois, deixou todos os cubos voltarem à temperatura da sala, cobriu cada um com água oxigenada e mediu a altura da espuma após 2 minutos. Os dados são ilustrativos, construídos para o exercício.

Um grupo concluiu que a temperatura ótima da catalase é 40 °C. Outro, que o frio não afeta a enzima. O que os dados permitem dizer?

Veja primeiro o desenho. A reação foi medida sempre na temperatura da sala. O que variou foi o tratamento anterior. O experimento testa se a enzima resiste a cada temperatura, e não a velocidade da reação em cada temperatura.

A primeira conclusão não se sustenta. Os valores de 5, 25 e 40 °C são praticamente iguais, e nenhuma medida foi feita com a reação ocorrendo a 40 °C. Não há como localizar um ótimo.

A segunda conclusão precisa ser reescrita. Os dados mostram que 15 minutos a 5 °C não deixam efeito duradouro: a enzima volta a trabalhar normalmente. Eles não mostram a velocidade a 5 °C, que seria menor.

O que a série permite afirmar: o aquecimento a 60 °C reduz a atividade de forma duradoura, e a fervura a elimina. A desnaturação da catalase da batata, nessas condições, começa em alguma temperatura entre 40 e 60 °C.

Conferência: se o efeito do calor fosse só o de acelerar ou desacelerar, todos os cubos, medidos na mesma temperatura, dariam a mesma espuma. A diferença que sobra depois do tratamento é a marca de uma mudança permanente na enzima.

pH: cada enzima no meio em que trabalha

O pH mede a acidez de um meio. O valor 7 é neutro; abaixo de 7, o meio é ácido; acima, básico. A escala e seu significado químico estão em água e sais minerais.

Vários radicais de aminoácidos ganham ou perdem carga elétrica conforme o pH. Como as cargas participam do dobramento e da ligação com o substrato, mudar o pH muda a forma do sítio ativo e a capacidade de catálise. Cada enzima tem um pH ótimo, em que a atividade é máxima, e a atividade cai dos dois lados dele. Em valores extremos, a enzima desnatura.

O pH ótimo acompanha o lugar em que a enzima atua. O tubo digestório humano oferece três casos.

A sequência tem consequências. A amilase salivar começa a hidrolisar o amido na boca e para de funcionar quando o bolo alimentar se mistura ao suco gástrico, ácido demais para ela. A pepsina trabalha no estômago e fica inativa quando o conteúdo chega ao intestino, onde o bicarbonato do suco pancreático eleva o pH. Medidas com pepsina humana mostram atividade máxima em pH 2 e nenhuma atividade em pH 6,5 ou mais. A tripsina, produzida pelo pâncreas, assume a digestão das proteínas no meio básico do intestino. Duas enzimas com o mesmo tipo de substrato, pepsina e tripsina, têm ótimos em pontos opostos da escala. O percurso completo está em sistema digestório.

O PAS 1 de 2015 cobrou a leitura de gráficos de atividade em função do pH em um item de múltipla escolha, o 79. O caderno trazia quatro curvas de enzimas hipotéticas. A enzima I tinha curva em forma de sino entre pH 5 e 11, com máximo em 8. A enzima II subia de zero, em pH 4, até o máximo em pH 7 e ficava no máximo até pH 10. A enzima III já tinha cerca de 70 % de atividade em pH 1, atingia o máximo em pH 2 e caía até zero em pH 6. A enzima IV mantinha atividade máxima constante entre pH 4 e 8. A opção correta era a D: “A maior atividade enzimática detectada para a enzima III ocorre com um valor de pH 2, sendo esse, portanto, o valor do seu pH ótimo.” As outras três opções contradiziam os gráficos: diziam que a enzima I sofre pouca influência do pH (a curva dela vai de zero ao máximo e volta a zero), que a enzima IV é inibida na faixa analisada (ela está sempre no máximo) e que a enzima II não sofre influência do pH (ela sobe de zero ao máximo entre 4 e 7). O item se resolve anotando, para cada curva, onde está o máximo e se a linha sobe, desce ou fica plana.

Concentração de substrato e de enzima: por que a velocidade tem teto

Mantenha fixos a quantidade de enzima, a temperatura e o pH, e aumente a concentração de substrato. No começo, a velocidade cresce quase na mesma proporção: há sítios ativos vazios, e mais substrato significa mais encontros. Depois, cada aumento rende menos. Por fim, a velocidade se aproxima de um valor máximo e para de crescer. Nesse ponto, todas as moléculas de enzima estão ocupadas a cada instante. A enzima está saturada.

A comparação com os caixas de um supermercado ajuda. Com poucos clientes, cada cliente novo é atendido na hora, e o número de atendimentos por minuto cresce com o número de clientes. Quando todos os caixas estão ocupados, clientes a mais só aumentam a fila. O número de atendimentos por minuto passa a depender do número de caixas.

Daí sai a segunda regra. Com substrato em excesso, a velocidade é proporcional à concentração de enzima: o dobro de enzima dá o dobro da velocidade máxima. O teto sobe, e continua sendo um teto.

Exemplo resolvido: ler uma curva de saturação. A tabela mostra a velocidade inicial de uma reação, em unidades arbitrárias, para concentrações crescentes de substrato, com a mesma quantidade de enzima em todos os tubos. Os valores são ilustrativos.

(a) O que acontece com a velocidade quando a concentração dobra de 1 para 2? E de 32 para 64? (b) Para que valor a velocidade tende? © O que aconteceria com a tabela se a quantidade de enzima fosse dobrada?

(a) De 1 para 2, a velocidade vai de 20 a 33, um aumento de 65 %. De 32 para 64, vai de 89 a 94, um aumento de cerca de 6 %. O mesmo fator de aumento no substrato rende cada vez menos.

(b) Os valores se aproximam de 100 sem alcançá-lo. Esse é o teto, a velocidade máxima para essa quantidade de enzima.

© Todos os valores dobrariam: cerca de 40, 67, 100, 133, 160, 178 e 188, com teto de 200. A forma da curva seria a mesma.

Conferência: a metade do teto, 50, é atingida na concentração 4. Em uma curva de saturação, dobrar a concentração a partir desse ponto não leva ao teto: leva a 67. Quem lê a curva como uma reta espera 100 e erra.

A curva de saturação derruba duas ideias de uma vez. Mais substrato não significa reação cada vez mais rápida, sem limite. E a parada no crescimento não indica que a enzima foi gasta ou desnaturada: indica que está toda ocupada.

Cofatores, coenzimas e vitaminas: as peças que completam a enzima

Muitas enzimas só funcionam com a ajuda de um componente que não é proteína. O nome geral desse componente é cofator.

• Alguns cofatores são íons de metais: magnésio, zinco, ferro, cobre. A catalase, por exemplo, tem um átomo de ferro em cada um dos quatro sítios ativos.
• Outros são moléculas orgânicas pequenas, as coenzimas. As mais citadas são o $\mathrm{NAD^+}$ e o FAD, que transportam elétrons nas reações da respiração celular, e a coenzima A.

A parte proteica, sozinha, tem a sequência correta e a forma quase correta, e não catalisa. Com o cofator no lugar, o sítio ativo fica completo. Alguns livros usam os termos apoenzima, para a parte proteica, e holoenzima, para o conjunto ativo.

As vitaminas pertencem a esse grupo. Vitaminas são compostos orgânicos de que o organismo precisa em quantidades pequenas, da ordem de miligramas ou microgramas por dia, e que ele não sintetiza, ou sintetiza em quantidade insuficiente. A lógica é a mesma dos aminoácidos essenciais. Elas se dividem em dois grupos pela solubilidade. As hidrossolúveis são as do complexo B e a vitamina C. As lipossolúveis são A, D, E e K, tratadas na página de lipídios.

As vitaminas hidrossolúveis têm um papel em comum: são coenzimas ou matéria-prima de coenzimas.

Dois comentários sobre a tabela. A vitamina B12 existe naturalmente em alimentos de origem animal e não em vegetais, a não ser nos fortificados. E a tiamina é hidrossolúvel e sensível ao calor: parte dela se perde quando o arroz é lavado e quando a água do cozimento é descartada.

A história do beribéri mostra o raciocínio. Na década de 1890, em Batávia, hoje Jacarta, o médico holandês Christiaan Eijkman procurava o micróbio que se supunha causar a doença. Ele observou que galinhas alimentadas com arroz polido desenvolviam sintomas parecidos com os do beribéri e que se recuperavam com arroz integral. Em 1897, publicou os resultados e concluiu que a película do grão continha uma substância que combatia a doença; para ele, era um antídoto contra uma toxina do arroz polido. Foi seu colaborador Gerrit Grijns quem, em 1901, propôs a leitura que prevaleceu: a doença vinha da falta de um nutriente que o polimento retirava. A substância, isolada décadas depois, é a tiamina, a vitamina B1. Eijkman dividiu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1929. A ideia de que uma doença pode ser causada por algo que falta, e não por algo que entra, nasceu desses experimentos e da releitura deles.

O beribéri não ficou no passado. Um guia do Ministério da Saúde, de 2012, registra casos notificados a partir de 2006 no Maranhão e no Tocantins e, em 2008, em Roraima. O documento associa a deficiência a dietas baseadas em arroz polido ou farinha de mandioca, pobres em tiamina, e aponta o consumo excessivo de álcool entre os fatores de risco.

Sobre suplementos, a página se limita ao mecanismo. O excesso de vitaminas hidrossolúveis tende a ser eliminado na urina, e o de lipossolúveis se acumula no organismo, o que pode causar intoxicação. A decisão de suplementar é assunto de consulta com médico ou nutricionista.

Inibidores: remédios e venenos que param uma enzima

Um inibidor é uma substância que se liga a uma enzima e reduz sua atividade. A inibição não é um defeito: é um dos modos pelos quais a célula regula o próprio metabolismo, e é o mecanismo de muitos medicamentos e venenos.

Os inibidores se classificam pelo lugar em que se ligam.

Inibição competitiva. O inibidor se parece com o substrato e se liga ao sítio ativo, sem reagir. Enquanto ele está ali, o substrato não entra. Inibidor e substrato disputam o mesmo lugar, e a disputa depende das quantidades. Aumentar muito a concentração de substrato desloca o inibidor, e a velocidade máxima acaba sendo alcançada.

Inibição não competitiva. O inibidor se liga a outro ponto da enzima, fora do sítio ativo, e essa ligação deforma a molécula ou trava seu funcionamento. O substrato ainda pode se ligar, mas a catálise não acontece. Aumentar o substrato não resolve, porque não há disputa pelo mesmo lugar. O efeito aparece no gráfico como um teto mais baixo.

Uma segunda classificação, independente da primeira, separa os inibidores reversíveis, que se ligam e se soltam, dos irreversíveis, que se prendem à enzima por ligação covalente e a inutilizam. A célula só recupera a atividade fabricando enzima nova.

O captopril tem história brasileira. Em 1965, o farmacologista Sérgio Ferreira, da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, descreveu no veneno da jararaca um conjunto de peptídeos que aumentavam o efeito da bradicinina, substância que dilata os vasos. Esses peptídeos inibiam a enzima conversora da angiotensina, e serviram de modelo para o desenho do captopril e de uma classe inteira de medicamentos contra a hipertensão.

Em todos os casos da tabela, a lógica é a especificidade ao contrário. Uma enzima reconhece o substrato pela forma; uma molécula com a forma adequada pode ocupar o lugar dele. Um bom antibiótico é o que inibe uma enzima que a bactéria tem e as células humanas não têm.

A própria célula usa a inibição para se regular. Em muitas vias metabólicas, o produto final se liga à primeira enzima da via, em um ponto fora do sítio ativo, e reduz sua atividade. Quando o produto sobra, a via desacelera; quando falta, a via retoma. É a inibição por retroalimentação: reversível e, como o inibidor se liga fora do sítio ativo, do tipo não competitivo. Os bioquímicos a descrevem como regulação alostérica.

Nenhuma informação desta seção substitui orientação profissional. Os mecanismos explicam por que os remédios funcionam; dose, indicação e risco são assunto de médicos e farmacêuticos.

Enzimas na cozinha, na lavanderia e na indústria

Quando uma transformação química acontece depressa em temperatura ambiente e em meio quase neutro, há boa chance de uma enzima estar envolvida.

• O pão que adoça na boca. A amilase da saliva hidrolisa o amido em açúcares menores, de sabor doce. Um pedaço de pão mastigado por um minuto fica adocicado.
• O leite sem lactose. A indústria acrescenta lactase ao leite. A enzima hidrolisa a lactose em glicose e galactose antes do consumo. O leite continua tendo açúcares, e é levemente mais doce.
• O amaciante de carne. A papaína do mamão e a bromelina do abacaxi são proteases. Elas hidrolisam parte das proteínas da carne, que fica mais macia. Os amaciantes em pó contêm essas enzimas.
• A gelatina com abacaxi. A gelatina é colágeno parcialmente hidrolisado. Ao esfriar, suas cadeias se enlaçam em uma rede que retém a água. A bromelina do abacaxi fresco corta as cadeias, e a rede não se forma. No abacaxi cozido ou em calda, a bromelina foi desnaturada, e a gelatina endurece. Um gel de ágar, que é polissacarídeo de algas, endurece mesmo com abacaxi fresco, porque a protease não tem o que cortar.
• O sabão em pó com enzimas. Esses produtos contêm proteases, lipases e amilases produzidas por microrganismos e selecionadas para funcionar em meio básico. Elas hidrolisam as proteínas, as gorduras e o amido das manchas em fragmentos que a água leva. O rótulo recomenda água fria ou morna porque, em água muito quente, as enzimas desnaturam.
• A água oxigenada que espuma. No ferimento, no fígado cru e na batata crua, a catalase das células decompõe o peróxido de hidrogênio em água e gás oxigênio.
• A maçã que escurece. Quando a fruta é cortada, uma enzima do próprio tecido, a polifenol oxidase, entra em contato com o oxigênio do ar e com compostos da célula, e a reação produz pigmentos escuros. Suco de limão retarda o escurecimento: a acidez afasta o meio do pH ótimo da enzima, e a vitamina C do suco desfaz os primeiros produtos da oxidação. Cobrir a fruta com filme plástico reduz o contato com o oxigênio. A água fervente desnatura a enzima.
• O queijo. O coalho contém quimosina, uma protease que corta a caseína em um ponto específico. O corte faz as partículas de caseína se agregarem, e o leite coagula sem precisar azedar.

A indústria usa enzimas pelos mesmos motivos que as células: são específicas, funcionam em condições brandas e não são gastas. Os microrganismos são a principal fonte das enzimas de uso industrial, e é possível modificá-los geneticamente para que produzam a enzima desejada.

Exemplo resolvido: a gelatina, o abacaxi e os controles. Uma turma preparou quatro potes iguais de gelatina ainda líquida e acrescentou: (1) nada; (2) uma colher de abacaxi fresco picado; (3) uma colher de abacaxi fresco fervido por cinco minutos e resfriado; (4) uma colher de abacaxi em calda. Depois de quatro horas na geladeira, a gelatina estava firme nos potes 1, 3 e 4 e líquida no pote 2. Um grupo concluiu que o abacaxi tem uma substância que impede a gelatina de endurecer e que o calor destrói essa substância. Outro grupo objetou que a diferença do pote 4 poderia ser causada pelo açúcar da calda. Avalie.

Identifique as peças. A variável que o experimentador muda é o tratamento do abacaxi. A variável medida é a gelatina endurecer ou não. O pote 1 é o controle: mostra que a gelatina, sozinha, endurece.

A primeira parte da conclusão se apoia na comparação entre os potes 1 e 2, que diferem só pela presença do abacaxi fresco. A segunda se apoia na comparação entre 2 e 3: a mesma fruta, na mesma quantidade, com a fervura como única diferença.

O pote 4 não decide nada, e a objeção procede. O abacaxi em calda difere do fresco em duas coisas ao mesmo tempo: foi aquecido e está em açúcar. Uma comparação com duas diferenças não permite atribuir o resultado a uma delas. O teste que responde à objeção é um pote 5, com abacaxi fresco mais a mesma quantidade de açúcar da calda. Se ele ficar líquido, o açúcar não é a causa.

Um limite a registrar: o experimento mostra que algo no abacaxi fresco impede o endurecimento e é inativado pelo calor. Ele é compatível com a explicação de que esse algo é uma protease, mas não a prova sozinho. Uma previsão que testa a explicação: com gel de ágar no lugar da gelatina, o abacaxi fresco não deve impedir o endurecimento.

Como ler gráficos e tabelas de experimentos com enzimas

Quatro gráficos aparecem em provas sobre o assunto. Para cada um, vale saber a forma esperada e a frase que a explica.

Antes de julgar qualquer afirmação sobre um gráfico, leia os eixos. Um eixo vertical com “atividade (% do máximo)” compara cada enzima com ela mesma: duas curvas que chegam a 100 % não têm, por isso, a mesma velocidade absoluta. Um eixo vertical com “quantidade de produto” mede outra coisa, e a inclinação da curva é que dá a velocidade.

Em tabelas de experimento, procure três coisas.

1. O que foi variado. Um bom experimento muda uma coisa de cada vez. Se dois tubos diferem em temperatura e em pH, a diferença de resultado não pode ser atribuída a nenhum dos dois.
2. Os controles. Um tubo sem enzima mostra se a reação ocorre sozinha. Um tubo com enzima fervida mostra se o efeito depende da forma da proteína. Um tubo sem substrato mostra se o indicador reage com outra coisa.
3. Quando o fator foi aplicado. Aquecer a enzima antes da medida testa a resistência. Aquecer durante a medida testa a velocidade.

Exemplo resolvido: cinco tubos com amilase. Cinco tubos receberam 5 mL de solução de amido. Depois de 15 minutos, cada um recebeu três gotas de lugol, que fica azul-escuro na presença de amido e castanho na ausência dele. Os resultados são os esperados para o desenho, apresentados para exercício.

(a) O que cada comparação mostra? (b) O que aconteceria se o tubo 4 fosse passado para 37 °C por 15 minutos? E o tubo 3?

(a) Tubos 1 e 2: o amido não desaparece sozinho em 15 minutos; com saliva, desaparece. Algo na saliva acelera a hidrólise do amido. Tubos 2 e 3: a fervura acaba com o efeito, o que é esperado para uma enzima desnaturada. Tubos 2 e 4: no gelo, o amido não foi hidrolisado no tempo do ensaio. Tubos 2 e 5: em pH 2, a amilase salivar não funciona.

(b) No tubo 4, a amilase está intacta. Aquecido a 37 °C, ele deve passar a castanho em um novo teste: o frio só tinha reduzido a velocidade. No tubo 3, a enzima foi desnaturada pela fervura, e o tubo deve continuar azul-escuro. Essa diferença entre os tubos 3 e 4 é a diferença entre irreversível e reversível.

Conferência: o tubo 1 é indispensável. Sem ele, um resultado castanho no tubo 2 poderia ser atribuído ao próprio lugol ou ao tempo. E um limite: o lugol mostra que o amido sumiu, e não em que ele se transformou. Para afirmar que o produto é um açúcar, seria preciso outro teste, como o de Benedict, descrito em carboidratos.

Como a prova cobra: oito itens reais do PAS

Esta página cita oito itens reais do PAS: cinco da 1.ª etapa sobre proteínas e enzimas (2014, item 63; 2015, item 79; 2023, item 46; 2025, itens 79 e 82), um da 1.ª etapa sobre vitaminas (2011, item 37) e dois da 3.ª etapa sobre a hemoglobina (2022, itens 61 e 63). Cinco estão certos, dois estão errados e um é de múltipla escolha.

Nos itens certos, a frase afirma uma propriedade correta com o vocabulário preciso: rede de proteínas, aminoácidos essenciais, contêm nitrogênio. Nos dois errados, a cena é plausível e uma propriedade foi invertida. No item de 2025, o erro está em parte dentro de uma oração entre vírgulas (“que são insensíveis a variações de temperatura ou pH”), que o leitor apressado aceita de passagem. Leia as orações intercaladas como afirmações separadas.

Exemplo resolvido: julgar quatro afirmações. Julgue cada uma como certa ou errada.

I. A desnaturação de uma proteína pelo calor rompe as ligações peptídicas entre seus aminoácidos, o que a converte em aminoácidos livres. A primeira oração descreve a hidrólise, e não a desnaturação. Na desnaturação, a sequência fica intacta. Errada.

II. Febres muito altas são perigosas, entre outros motivos, porque a temperatura corporal elevada pode alterar a forma tridimensional de enzimas e comprometer a atividade catalítica delas. A frase é longa, e cada parte confere: temperatura elevada, perda de forma, perda de atividade. A expressão “entre outros motivos” evita o absoluto. Certa.

III. Como são catalisadores biológicos, as enzimas digestivas não têm especificidade: a amilase da saliva acelera a hidrólise do amido, das proteínas e dos lipídios. Ser catalisador não implica ser inespecífico. A amilase age sobre o amido, e só sobre ele. Errada.

IV. A refrigeração reduz a velocidade das reações enzimáticas de deterioração dos alimentos sem desnaturar as enzimas, de modo que, de volta à temperatura ambiente, essas reações voltam a ocorrer. Frio desacelera e não desnatura; o efeito é reversível. Certa.

O roteiro para itens sobre enzimas tem três perguntas. A frase diz que a enzima é consumida, fornece energia ou muda o resultado da reação? Se diz, está errada. A frase trata frio e calor como equivalentes? Se trata, está errada. A frase chama de desnaturação o que é hidrólise, ou de enzima o que é proteína estrutural? Confira a definição antes de marcar.

Doze erros clássicos

1. “A enzima é consumida na reação.” Catalisador não é reagente. A enzima sai intacta e recomeça. A reação para quando o substrato acaba.
2. “A enzima fornece energia para a reação.” Ela reduz a energia de ativação. A energia liberada ou absorvida pela reação é a mesma com ou sem enzima.
3. “A enzima muda os produtos ou o equilíbrio.” Ela só muda a velocidade com que o mesmo resultado é alcançado.
4. “A enzima morre com o calor.” Enzima não é ser vivo. O calor a desnatura: ela perde a forma.
5. “Desnaturar é quebrar ligações peptídicas.” Desnaturar é perder a forma, com a sequência preservada. Quem rompe ligações peptídicas é a hidrólise.
6. “Quanto mais quente, mais rápido, sempre.” Só até a temperatura ótima. Depois dela, a enzima desnatura e a velocidade despenca.
7. “O frio desnatura as enzimas.” O frio reduz a velocidade, de modo reversível.
8. “Toda enzima tem ótimo em pH 7.” Cada enzima tem o seu: pepsina perto de 2, tripsina perto de 8.
9. “Toda proteína é enzima.” Colágeno, queratina, hemoglobina, anticorpos e glúten são proteínas sem função catalítica.
10. “Proteína só serve para músculo.” Estrutura, transporte, defesa, regulação, movimento, catálise e reserva.
11. “Vitamina dá energia.” Vitaminas não têm valor calórico. Várias são coenzimas de reações que liberam energia de outros nutrientes.
12. “Aminoácido essencial é o mais importante” e “proteína vegetal não tem aminoácidos essenciais.” Essencial é o que o corpo não sintetiza. Os alimentos vegetais os contêm, em proporções diferentes, e se complementam.

O essencial em meia página

• Aminoácido: carbono central ligado a amina, carboxila, hidrogênio e radical R. São vinte; todos têm nitrogênio. Essenciais são os nove que as células humanas não sintetizam. Cereais têm pouca lisina; leguminosas, pouca metionina; arroz com feijão se completam.
• Ligação peptídica: une a carboxila de um aminoácido à amina do seguinte, com saída de uma água. Cadeia de $n$ aminoácidos: $n - 1$ ligações e $n - 1$ águas. Com $k$ cadeias: $n - k$ ligações. Sequências possíveis: $20^n$.
• Estrutura: primária (sequência), secundária (alfa-hélice e folha beta, por ligações de hidrogênio), terciária (dobramento da cadeia, por interações entre radicais e pontes dissulfeto), quaternária (várias cadeias). A sequência decide a forma; a forma decide a função. Na hemoglobina S, um aminoácido trocado na cadeia beta muda o comportamento da molécula.
• Funções: estrutural (colágeno, queratina), transporte (hemoglobina), defesa (anticorpos), hormonal (insulina), contração (actina e miosina), catálise (enzimas), reserva (ovalbumina, caseína). Glúten é rede de proteínas. Proteína fornece 4 kcal/g.
• Desnaturação: perda da forma por calor, pH, álcool, sais ou agitação, com a sequência preservada. Pode ser reversível; por calor intenso, em geral é irreversível. Hidrólise rompe ligações peptídicas e consome água.
• Enzima: catalisador biológico, quase sempre proteína. Reduz a energia de ativação; não é consumida; não altera reagentes, produtos, energia liberada nem equilíbrio. Tem sítio ativo e é específica. Modelos: chave-fechadura (Fischer, 1894) e encaixe induzido (Koshland, 1958). Nomes em -ase.
• Temperatura: a velocidade sobe até o ótimo e cai por desnaturação. Frio desacelera (reversível); calor excessivo desnatura (em geral irreversível). pH: ótimo próprio de cada enzima (pepsina 2, amilase salivar 7, tripsina 8).
• Substrato: a velocidade cresce e se aproxima de um teto, a saturação. Com substrato em excesso, a velocidade é proporcional à quantidade de enzima.
• Cofatores e coenzimas completam o sítio ativo. As vitaminas hidrossolúveis (complexo B e C) são coenzimas ou seus precursores e não fornecem energia. Carências: beribéri (B1), pelagra (B3), escorbuto ©.
• Inibidores: o competitivo disputa o sítio ativo e é vencido por excesso de substrato; o não competitivo se liga a outro ponto e reduz o teto. Sulfas, ibuprofeno, aspirina, penicilina, captopril, organofosforados e cianeto agem sobre enzimas.
• Na prova: confira se a frase respeita as duas propriedades das enzimas (não consumidas; sensíveis a temperatura e pH) e se não troca desnaturação por hidrólise, enzima por proteína estrutural ou vitamina por fonte de energia.