Equilíbrio químico e cinética enzimática da interação de alfa-amilase com compostos fenólicos encontrados em cerveja

• Main Author: OLIVEIRA, George Augusto Veloso de
• Other Authors: SILVA, José Maurício Schneedorf Ferreira da
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Alfenas 2017
• Subjects: alfa-Amilases; Polifenóis; Termodinâmica; Cinética; Cerveja; FISICO-QUIMICA::TERMODINAMICA QUIMICA
• Online Access: https://bdtd.unifal-mg.edu.br:8443/handle/tede/912

A α-amilase é uma enzima chave na produção das cervejas por ser responsável pela clivagem do amido em açúcares fermentáveis. Durante o processo de preparação do mosto que ocorre de 40 a 80°C, essa enzima pode ser afetada por polifenóis presentes na mistura. O objetivo foi avaliar a cinética e o equilíbrio da interação de α-amilase com polifenóis usualmente presentes em cerveja e nas faixas de temperatura empregadas no processo. Para tanto, polifenóis comumente encontrados em cerveja (ácido clorogênico, ácido cafeico, ácido ferúlico e quercetina) foram incubados com α-amilase em 298, 313 e 323K, a atividade da enzima foi determinada por absorção molecular pelo método de triiodina, e os resultados tratados pela equação integrada de Michaelis-Menten. O equilíbrio químico da interação foi abordado por titulação espectrofluorimétrica em 293, 303, 313, 323 e 333 K. Os resultados apresentaram valores dos parâmetros cinéticos de α-amilase a 323K de Km 1,37 ±0,19 mg.mL-¹ e Vmax 0,66 ±0,08 mg.mL-¹.min-¹, e um modelo de inibição competitiva apresentando Ki entre 2,00x10-5 ±4,50x10-7 mol.L-¹ e 4,52x10-5 ±2,24x10-6 mol.L-¹. Foram encontrados valores de energia de ativação da enzima para ácido clorogênico > ácido ferúlico > ácido cafeico > quercetina. O ácido clorogênico foi o que apresentou maior estabilidade na formação dos complexos, com menor valor de Ki, maior sensibilidade com a temperatura e maior inibição na temperatura ótima da enzima (323K), antagonicamente aos valores apresentados para a quercetina. Os resultados da interação ligante-enzima revelaram valores de Kb crescente com a temperatura, sugerindo maior estabilidade na formação do complexo próximo a 323 K, e coincidentes com os resultados de inibição enzimática. Os valores para ∆H e ∆S sugerem um mecanismo entropicamente dirigido da associação. Estudo da relação estrutura-atividade demonstrou uma correlação positiva entre a atividade biológica (ligação e catálise) da α-amilase com os descritores de natureza polar dos polifenóis (número total de doadores e aceptores de ligações de hidrogênio, polarizabilidade, TPSA, Pka). Ensaios de interação da enzima com ácido clorogênico em diferentes valores de pH e força iônica apoiam os dados de estrutura-atividade, e sugerem a participação do íon carboxilato do ligante na interação com grupos básicos na vizinhança do sítio catalítico da enzima. === α-amylase is a key enzyme in the production of beer due to the hydrolysis of starch into fermentable sugars. During the preparation of its brewing mash (40 to 80 °C), this enzyme can be affected by polyphenols present in the mixture. Our aim was to evaluate the kinetics and equilibrium of the interaction of α-amylase with polyphenols usually present in beer at common temperature range employed in the process. Hence, polyphenols commonly found in beer (chlorogenic acid, caffeic acid, ferulic acid and quercetin) were incubated with α-amylase at 298, 313, 323K, enzyme activities were followed by molecular absorption using the triiodine method, and the results treated by the integrated Michaelis-Menten equation. The chemical equilibrium of the interaction was addressed by spectrofluorometric titration at 298, 303, 313, 323, 333K. The results showed values of the kinetic parameters of α-amylase at 323 K of Km 1.37 ±0.19 mg.mL-¹ and Vmax 0.66 ± 0.08 mg.mL-¹.min-¹, and a competitive inhibition model exhibiting inhibition constants (Ki) between 2.00 x 10 -5 ±4.50 x 10-7 mol.L-¹ and 4.52 x 10-5 ±2.24x10-6 mol.L-¹. Enzyme activation energy values were in order of chlorogenic acid > ferulic acid > caffeic acid > quercetin. Chlorogenic acid showed the highest stability in the complex formation, exhibiting the lowest Ki value, the more pronounced temperature sensitivity and the highest inhibition at optimum temperature (323K), in contrast to the values presented for quercetin. The results of the ligand-enzyme interaction revealed increasing values of the binding constant of the protein with the ligands (Kb) with temperature, suggesting a greater complex stability near 323 K, similar to that found from the enzyme inhibition data. The values for ∆H and ∆S suggest an entropy-driven force present in the association mechanism. The results for structure-activity relationship demonstrated a positive correlation between the biological activity (both binding and catalysis) of the α-amylase with the polar nature descriptors of the polyphenols (total number of hydrogen donors and acceptors of, polarizability, TPSA, pKa). Binding assays of the enzyme with chlorogenic acid at different pH values and ionic strength support the structure-activity results and suggest a plausible interaction of the carboxylate ion of the ligand with basic groups in the vicinity of the catalytic site of the enzyme.