Artigos Técnicos

As proteases são enzimas extremamente importantes na natureza e se encontram distribuídas nas plantas, nos animais, nas bactérias, nos fungos e nos vírus. Nas aves, as proteases endógenas são: no estômago, a pepsina; no duodeno, a tripsina, a quimiotripsina, as carboxipeptidases A e B e a elastase. (Rao et al, 1998).

As enzimas são proteínas globulares com estrutura tridimensional (Figura 1), capazes de acelerar processos químicos sob condições de pH, temperatura, umidade e substrato específico. No caso da proteína da dieta, as aves necessitam de garantir um complexo processo digestivo por meio das enzimas endógenas que, em algumas situações, não são suficientes para garantir uma boa digestão da proteína dietética.

A utilização de enzimas exógenas tem como objetivo principal melhorar a digestibilidade de nutrientes e, consequentemente, o impacto na eficiência de aproveitamento dos nutrientes, proporcionando uma redução dos custos.

Fitases e carboidrases são exemplos já consolidados no mercado, e muito se discute em relação aos benefícios adicionais da utilização destas enzimas exógenas.

A fitase, por exemplo, hoje já é utilizada em altas doses para reduzir ao máximo o efeito antinutricional do fitato – substrato para a fitase – e trazer o benefício do efeito extra fosfórico de uma maior e melhor quebra do fitato para as aves.

A suplementação com protease exógena na dieta de aves traz uma melhor digestibilidade da proteína e, consequentemente, dos aminoácidos. Assim, permitindo uma inclusão menor de proteínas e aminoácidos na dieta.

A proteína bruta hoje é um dos nutrientes mais caros das dietas de aves de postura e de corte, e o melhor aproveitamento deste nutriente com a utilização de uma protease exógena impacta diretamente na redução do custo da dieta.

Para o entendimento da funcionalidade de cada protease é importante entendermos as principais classes dessas proteases, pois será determinante na capacidade catalítica dentro do trato gastrointestinal (TGI) das aves, uma vez que temos diversos pHs nos diferentes compartimentos do TGI.

De uma forma geral, as proteases são classificadas em exopeptidases e endopeptidases (Tabela 1), e a principal diferença entre elas é o local de atuação na cadeia peptídica das proteínas. As exopeptidases atuam na parte externa da cadeia polipeptídica das proteínas, iniciando no terminal amino ou no terminal carboxila. Já as endopeptidases atuam no interior da cadeia polipeptídica das proteínas, normalmente sem um ponto inicial de clivagem, mas sempre distante das extremidades da cadeia polipeptídica.

Para a produção animal, as endopeptidases possuem maior importância, pois irão atuar de forma mais abrangente na proteína da dieta. Na Tabela 2 destacamos algumas características de cada uma das endopeptidases. Observamos que o pH ótimo de atividade varia bastante, indicando onde cada tipo de protease terá maior atuação na clivagem da proteína dietética. As proteases aspárticas, que possuem o ácido aspártico como sítio ativo, atuam em pHs ácidos. O maior exemplo deste tipo de protease é a pepsina, secretada na forma de pepsinogênio pelas células principais do estômago. O pepsinogênio é ativado em pepsina com a secreção de ácido clorídrico no estômago. Assim, o pH ótimo de ação deste tipo de enzima fica entre 3 e 5.

Outro ponto importante também a se observar são os inibidores da atividade enzimática (Tabela 2). Assim como os inibidores de tripsina da soja inativam a tripsina endógena secretada pelo pâncreas, também poderão inibir a enzima exógena. A tripsina, a quimiotripsina e a elastase (produzidas pelos animais) são exemplos de serina-proteases, enzimas que atuam a nível intestinal das aves.

De forma geral, a função das proteases é liberar os aminoácidos da cadeia polipeptídica, e cada uma das proteases exógenas terá uma forma de realizar está função. O mecanismo de ação é diferente entre as proteases.

As serina-proteases, por exemplo, possuem duas etapas para realizar a hidrólise da cadeia polipeptídica. A acilação é a etapa em que um intermediário é ligado covalentemente no conjunto enzima-peptídeo. Em seguida, ocorre a desacilação, fase em que uma molécula de água é intermediária no ataque do núcleo da enzima ao peptídeo, ocorrendo a hidrólise da cadeia peptídica e liberando cadeias menores ou aminoácidos livres (Fastrez & Fersht, 1973).

As aspatato-proteases possuem um mecanismo mais simples e menos específico. Estudos cristalográficos mostram que as proteases da família da pepsina são moléculas bilobadas com uma fenda ativa localizada entre os lobos e cada lobo contribuindo com um dos resíduos de ácido aspártico (em vermelho na Figura 1) (Blundell et al., 1991; Estell et al., 1996).  Os dois peptídeos de ácido aspártico são o sítio ativo desta protease, os quais agem com uma molécula de água para hidrolisarem a ligação peptídica da cadeia de uma proteína, liberando cadeias menores ou aminoácidos livres (Figura 2).

Os pontos abordados neste texto mostram como é complexo a discussão em torno da utilização de enzimas exógenas. A complexidade de algumas características ou fatores relacionados à atividade enzimática pode justificar até certo ponto a variabilidade de resultados de experimentos controlados e de campo no desempenho dos animais. Porém, quando feito de forma profissional é claro o benefício na redução de custo das dietas e também os benefícios paralelos ao uso de algumas enzimas exógenas.

Além disso, está claro que, em animais jovens, a produção de proteases endógenas não é suficiente, tornando uma idade crítica e de excelente resposta à suplementação com protease exógena.

As proteases hoje são uma excelente ferramenta para amenizar a grande variação de preço nas diferentes regiões do país. O farelo de soja ainda é a principal fonte proteica para animais monogástricos, e o alto custo deste ingrediente justifica a utilização da protease exógena para auxiliar no aproveitamento da proteína bruta da dieta.

Tabela 1: Classificação das proteases de acordo com a reação catalisada e sítio ativo.

Proteases Número EC
Exopeptidases Aminopeptidases Aminopeptidases 3.4.11
Dipeptidil peptidases 3.4.14
Tripeptidil peptidases 3.4.14
Carboxipeptidases Serina 3.4.16
Metalo 3.4.17
Cisteína 3.4.18
Peptidil dipeptidase 3.4.15
Dipeptidase 3.4.13
Omegapeptidases 3.4.19
Endopeptidases Serina 3.4.21
Cisteína 3.4.22
Aspartico 3.4.23
Metalo 3.4.24

Adaptado de Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology, “Enzyme nomenclature 1992”, Academic Press, Orlando, Florida, 1992.

Referências:

Fastrez, J., and A. R. Fersht. 1973. Demonstration of the acyl-enzyme mechanism for the hydrolysis of peptides and anilides by chymotrypsin. Biochemistry 12:2025–2034.

Blundell, T. L., J. B. Cooper, A. Sali, and Z. Zhu. 1991. Comparisons of the sequences, 3-D structures and mechanisms of pepsin-like and retroviral aspartic proteinases. Adv. Exp. Med. Biol. 306:443–453.

Estell, D. A., T. P. Gyaycar, J. V. Miller, D. B. Powers, J. P. Burnier, P. G. Ng, and J. A. Wells. 1986. Probing steric and hydrophobic effects on enzyme substrate interactions by protein engineering. Science 233:659–663.

 


Eduardo Machado Costa Lima

Coordenador de Produto
Zootecnista, PhD. em Nutrição de Monogástricos.

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