A CLULA Prof Dr Joo Batista de Almeida
A CÉLULA Prof. Dr. João Batista de Almeida e Silva joaobatista@debiq. eel. usp. br joaobatista@pq. cnpq. br
ORGANISMOS CELULARES EUCARIÓTICOS PROCARIÓTICOS Monera ou bacterias UNICELULAR Protista ou protozoa e algas unicelulares MULTICELULAR FOTOSSINTÉTICOS Plantae ou plantas ABSORTIVOS Fungi ou fungos INGESTIVOS Animalia ou animais CLASSIFICAÇÃO DOS ORGANISMOS CELULARES
FOTOSSINTÉTICOS • captam a luz para converter CO 2 e H 20 em O 2 e açúcares 6 H 2 O + 6 CO 2 → 6 O 2 +C 6 H 12 O 6
ABSORTIVOS: captam nutrientes químicos dissolvidos em solução aquosa (fungos e leveduras)
INGESTIVOS • – INGESTIVOS: captam partículas não dissolvidas (animais)
PROCARIÓTICOS • BACTÉRIAS:
UNICELULARES Protistas Algas
SUBSTRATOS – – – – Monossacarídeos (glicose, frutose, galactose, manose, ribose, xilose, arabinose) Dissacarídeos: Sacarose (glicose + frutose) Lactose (galactose + glicose) Maltose (glicose + glicose) Trissacarídeos: Rafinose (glicose + frutose + galactose) Maltotriose (glicose + glicose) Polímeros de alto peso molecular: Amido (amilose + amilopectina) Amilose: cadeia linear de glicose ligações alfa 1 -4 Amilopectina: cadeia ramificada com ligações alfa 1 -4 e alfa 1 -6 Celulose: polímero de glicose em ligações beta 1 -4 Glicogênio: polímero de glicose com ligações alfa 1 -4 e alfa 1 -6 Pectina: polímero de ácidos galacturônico, raminose, arabinose e galactose
Fontes de Carbono Utilizadas pelos MOs
Metabolis mo ário e dário Prim Secun
Metabólitos secundários tem sua origem como derivados de diferentes intermediários no metabolismo primário
Metabolismo primário x Metabolismo secundário • Solução geral para problema biológico • Solução específica para problema biológico • Importante para crescimento • Desnecessário para o crescimento • Papel fisiológico conhecido • Papel fisiol. - difícil conhecimento • Presente durante todo ciclo de vida § Presente apenas em parte do ciclo da vida • Aparecimento depende muito das • Presente sob várias condições de crescimento • Ocorre com todos organismos • Não ocorre com todos organismos • Formação de produto definido • Forma famílias de produtos relacionados • Diversos produtos de constituição química simples • Produtos de constituição complexa
CARACTERÍSTICAS DO MO - Apresentar alta eficiência de conversão; Permitir elevado acúmulo de produto no meio de cultivo; Não produzir substâncias incompatíveis com o produto; Não ser patogênico; Não exigir condições de cultivo muito complexas (p. H, Temperatura) Não exigir meios de cultura muito dispendioso; Permitir liberação rápida do produto no meio.
CARACTERÍSTICAS DO MEIO DE CULTURA - Ser o mais barato possível; Atender as necessidades nutricionais do microrganismo; Facilitar o controle do processo (p. H, espuma); Facilitar na recuperação do produto; Estabilidade no armazenamento; Não causar dificuldades no tratamento final dos efluentes.
ESTEQUIOMETRIA E CINÉTICA DE REAÇÃO - - Facilitam a avaliação dos rendimentos de substratos em células e produtos; As velocidades de consumo de substrato e de formação de produtos dependem do microrganismo e das condições de cultivo; A forma de condução do processo é de extrema importância para atingir resultados que possam ser transferidos para a escala industrial; Estabelecimentos de modelos matemáticos com base na cinética do processo são utilizados para este escalonamento.
CÉLULA • EQUAÇÃO DO CRESCIMENTO MICROBIANO – FORMA ELEMENTAR MÉDIA CH 1, 8 O 0, 5 N 0, 2 – Considerando enxofre e fósforo: CH 1, 8 O 0, 5 N 0, 2 S 0, 0045 P 0, 0055
CÉLULA • EQUAÇÃO MACROQUÍMICA DO CRESCIMENTO MICROBIANO CWHXOYNZ+a. O 2+b. Hg. Oh. Ni c. CHj. Ok. N 1+d. CO 2+e. H 2 O+f. Cm. Hp. Oq. Nr Biomassa (c. CHj. Ok. N 1) Substrato: (CWHXOYNZ) Ar : Gás: d. CO 2 (a. O 2) Água: e. H 2 O Nitrogênio: (b. Hg. Oh. Ni) Produto: f. Cm. Hp. Oq. Nr Exemplos de Equações Macroquímicas 1. Saccharomyces cerevisiae em Glicose C 6 H 12 O 6+3, 918 O 2+0, 316 NH 3 1, 929 CH 1, 703 O 0, 459 N 0, 171+4, 098 CO 2+4, 813 H 2 O 2. Penicillium chrysogenum em Glicose C 6 H 12 O 6+1, 91 O 2+0, 6 NH 4 OH 4 CH 1, 70 O 0, 58 N 0, 15+2 CO 2+4, 1 H 2 O
ESTEQUIOMETRIA • Sendo o objetivo conhecer as relações estequiométricas, basta encontrar uma via para acertar a equação macroquímica Carbono: w=c+d+fm Hidrogênio: x+bg=cj+2 e+fp Oxigênio: y+2 a+bh=ck+2 d+e+fg Nitrogênio: z+bi=cl+fr A composição da fonte de carbono, em principio é conhecida; A composição da média da biomassa, também é conhecida; Portanto resultam: quatro equações seis incógnitas Como prosseguir? Quando se pretende produzir biomassa o número de incógnitas se reduz a cinco; O quociente d/a=quociente respiratório é um dado experimental; Assim o sistema com quatro equações permite determinar os coeficientes estequíométricos a, b, c, d, e
ESTEQUIOMETRIA • GRAU DE REDUÇÃO: número de moles de elétrons disponíveis por átomo grama de carbono para serem transferidos para o oxigênio Considera-se H, como unidade de potencial de redox; (C, O, N, S, P) = (+4, -2, -3, 6, 5) Define-se um composto neutro para cada elemento: Carbono: (CO 2) Oxigênio: (H 2 O) Nitrogênio: (NH 3) Enxofre: H 2 SO 4 Fósforo: H 3 PO 4 O grau de redução da fonte de carbono da biomassa e do produto pode ser calculado por: ys=(4 w+x-2 y-3 z)/w yb=4+j-2 k-3 l yp=(4 m+p-2 q-3 r)/m
- Slides: 20