(a) Explique a importância das enzimas nos sistemas biológicos. (b) Quais transformações químicas são catalisadas por (i) a enzima catalase; (ii) a nitrogenase?

Passo 1

O exercício tem duas partes:
(a) pedir para explicar a importância das enzimas nos sistemas biológicos — ou seja, o que são e por que são vitais para a célula;
(b) identificar as reações catalisadas por duas enzimas específicas: (i) a catalase e (ii) a nitrogenase.
O conteúdo envolve conceitos de catálise enzimática, redução de energia de ativação e exemplos de reações bioquímicas.

Passo 2

Para entender a importância das enzimas, primeiro definimos o que elas são e como atuam. Enzimas são proteínas (ou, às vezes, RNA catalítico) que atuam como catalisadores biológicos:
• Elas se ligam a moléculas-substrato no seu sítio ativo.
• Ao formar o complexo enzima–substrato, reduzem a energia de ativação necessária para a reação prosseguir.
• Não são consumidas no processo, podendo ser reutilizadas muitas vezes.
• Exibem alta especificidade: cada enzima normalmente atua sobre um tipo (ou poucos tipos) de substrato(s).

Passo 3

Com base nisso, a importância das enzimas nos sistemas biológicos é:
• Acelerarem reações que, sem elas, seriam lentas demais para as necessidades celulares.
• Controlarem o fluxo metabólico por meio de regulação (inibição/ativação) em pontos-chave das vias.
• Permitirem condições brandas de temperatura e pH compatíveis com a vida, evitando temperaturas extremas que destruiriam estruturas celulares.
• Garantirem especificidade, evitando que reações indesejadas ocorram e mantendo a célula em homeostase.

Passo 4

Agora, parte (b)(i): a catalase. Essa enzima promove a decomposição do peróxido de hidrogênio, um subproduto tóxico do metabolismo que danifica proteínas e DNA. A reação global é:
2\,\text{H}_2\text{O}_2 \;\longrightarrow\; 2\,\text{H}_2\text{O} \;+\;\text{O}_2
A catalase acelera essa reação, evitando o acúmulo de \text{H}_2\text{O}_2.

Passo 5

Por fim, parte (b)(ii): a nitrogenase. É o complexo enzimático que fixa nitrogênio atmosférico \text{N}_2, transformando-o em amônia \text{NH}_3. A forma resumida da reação (incluindo energia em ATP) é:
\text{N}_2 \;+\;8\,\text{H}^+ \;+\;8\,e^- \;+\;16\,\text{ATP} \;\longrightarrow\; 2\,\text{NH}_3 \;+\;\text{H}_2 \;+\;16\,\text{ADP} \;+\;16\,\text{P}_\text{i}
Essa reação é fundamental para a entrada de nitrogênio no ciclo biológico, já que a maior parte dos organismos não consegue usar diretamente \text{N}_2.

Resposta

(a) Enzimas são catalisadores biológicos que se ligam a substratos no sítio ativo, diminuem a energia de ativação, aceleram reações vitais e permitem regulação e especificidade metabólica em condições brandas de temperatura e pH.
(b)
(i) A catalase catalisa a decomposição de \text{H}_2\text{O}_2 em água e oxigênio:
2\,\text{H}_2\text{O}_2 \longrightarrow 2\,\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2
(ii) A nitrogenase fixa nitrogênio atmosférico, reduzindo \text{N}_2 a \text{NH}_3 (usando elétrons, prótons e ATP):
\text{N}_2 + 8\,\text{H}^+ + 8\,e^- + 16\,\text{ATP} \longrightarrow 2\,\text{NH}_3 + \text{H}_2 + 16\,\text{ADP} + 16\,\text{P}_\text{i}

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