celulas da leveduras 2025 introdução 2010.ppt

celulas da leveduras 2025 introdução

1. A CÉLULA
Prof. Dr. João Batista de Almeida e Silva
[email protected]
[email protected]

2. ORGANISMOS CELULARESORGANISMOS CELULARES
EUCARIÓTICOSEUCARIÓTICOS
PROCARIÓTICOSPROCARIÓTICOS
Monera Monera ou bacteriasou bacterias
MULTICELULARMULTICELULAR UNICELULARUNICELULAR
Protista Protista ou protozoaou protozoa
e algas unicelularese algas unicelulares
FOTOSSINTÉTICOSFOTOSSINTÉTICOS
Plantae Plantae ou plantasou plantas
ABSORTIVOSABSORTIVOS
Fungi Fungi ou fungosou fungos
INGESTIVOSINGESTIVOS
Animalia Animalia ou animaisou animais
CLASSIFICAÇÃO DOS ORGANISMOS CELULARESCLASSIFICAÇÃO DOS ORGANISMOS CELULARES

3. FOTOSSINTÉTICOSFOTOSSINTÉTICOS
• captam a luz para converter COcaptam a luz para converter CO
22 e e
HH
220 em O0 em O
22 e açúcares e açúcares
6H
2O + 6CO
2 6O
→
2 +C
6H
12O
6

4. ABSORTIVOSABSORTIVOS
ABSORTIVOS: captam nutrientes químicos dissolvidos em solução ABSORTIVOS: captam nutrientes químicos dissolvidos em solução
aquosa (fungos e leveduras)aquosa (fungos e leveduras)

5. INGESTIVOSINGESTIVOS
•
–INGESTIVOS: captam partículas não dissolvidas (animais)INGESTIVOS: captam partículas não dissolvidas (animais)

6. PROCARIÓTICOSPROCARIÓTICOS
• BACTÉRIAS:BACTÉRIAS:

7. UNICELULARESUNICELULARES
ProtistasProtistas
AlgasAlgas

8. SUBSTRATOSSUBSTRATOS
–Monossacarídeos (glicose, frutose, galactose, manose, ribose, xilose, arabinose)Monossacarídeos (glicose, frutose, galactose, manose, ribose, xilose, arabinose)
–Dissacarídeos:Dissacarídeos:
–Sacarose (glicose + frutose)Sacarose (glicose + frutose)
–Lactose (galactose + glicose)Lactose (galactose + glicose)
–Maltose (glicose + glicose)Maltose (glicose + glicose)
–Trissacarídeos:Trissacarídeos:
–Rafinose (glicose + frutose + galactose)Rafinose (glicose + frutose + galactose)
–Maltotriose (glicose + glicose + glicose)Maltotriose (glicose + glicose + glicose)
–Polímeros de alto peso molecular:Polímeros de alto peso molecular:
–Amido (amilose + amilopectina)Amido (amilose + amilopectina)
–Amilose: cadeia linear de glicose ligações alfa 1-4Amilose: cadeia linear de glicose ligações alfa 1-4
–Amilopectina: cadeia ramificada com ligações alfa 1-4 e alfa 1-6Amilopectina: cadeia ramificada com ligações alfa 1-4 e alfa 1-6
–Celulose: polímero de glicose em ligações beta 1-4Celulose: polímero de glicose em ligações beta 1-4
–Glicogênio: polímero de glicose com ligações alfa 1-4 e alfa 1-6Glicogênio: polímero de glicose com ligações alfa 1-4 e alfa 1-6
–Pectina: polímero de ácidos galacturônico, raminose, arabinose e galactosePectina: polímero de ácidos galacturônico, raminose, arabinose e galactose
1.1.Trabalho químico: biosintese de proteínas, ácidos nucleicos, lipídeos, polissacarídeos e outros componentes Trabalho químico: biosintese de proteínas, ácidos nucleicos, lipídeos, polissacarídeos e outros componentes
celulares celulares
2.2.Trabalho osmótico: transporte de substâncias nutritivas atravéz da membranaTrabalho osmótico: transporte de substâncias nutritivas atravéz da membrana
3.3.Trabalho mecânico: contração e locomoção.Trabalho mecânico: contração e locomoção.
CATABOLISMO (fase de degradação do metabolismo)CATABOLISMO (fase de degradação do metabolismo)
Carboidratos, lipídeos, proteínas são degradadas aos produtos finais liberando energia (ATP)Carboidratos, lipídeos, proteínas são degradadas aos produtos finais liberando energia (ATP)
ANABOLISMO (fase de construção do metabolismo)ANABOLISMO (fase de construção do metabolismo)
Pequenas moléculas formam polissacarídeos, lipídeos e proteínas necessitando de energia (ATP) Pequenas moléculas formam polissacarídeos, lipídeos e proteínas necessitando de energia (ATP)

9. Fontes de Carbono Utilizadas Fontes de Carbono Utilizadas
pelos MOspelos MOs

10. MetabolismoMetabolismo

Primário Primário

e e

SecundárioSecundário

11. Metabólitos secundários tem sua origem como Metabólitos secundários tem sua origem como
derivados de diferentes intermediários no derivados de diferentes intermediários no
metabolismo primáriometabolismo primário

12. Metabolismo primárioMetabolismo primário x Metabolismo secundário x Metabolismo secundário
•Solução geral para problemaSolução geral para problema
biológicobiológico
•Importante para crescimentoImportante para crescimento
•Papel fisiológico conhecidoPapel fisiológico conhecido
•Presente durante todo ciclo de vidaPresente durante todo ciclo de vida
•Presente sob várias condições Presente sob várias condições
de crescimentode crescimento
•Ocorre com todos organismosOcorre com todos organismos
•Formação de produto definidoFormação de produto definido
•Diversos produtos de constituiçãoDiversos produtos de constituição
química simplesquímica simples
•Solução específica para problemaSolução específica para problema
biológicobiológico
•Desnecessário para o crescimentoDesnecessário para o crescimento
•Papel fisiol.- difícil conhecimentoPapel fisiol.- difícil conhecimento
 Presente apenas em parte do Presente apenas em parte do
ciclo da vidaciclo da vida
•Aparecimento depende muito das Aparecimento depende muito das
condições de crescimentocondições de crescimento
•Não ocorre com todos organismosNão ocorre com todos organismos
•Forma famílias de produtosForma famílias de produtos
relacionadosrelacionados
•Produtos de constituição complexaProdutos de constituição complexa

13. CARACTERÍSTICAS DO MOCARACTERÍSTICAS DO MO
-Apresentar alta eficiência de conversão;Apresentar alta eficiência de conversão;
-Permitir elevado acúmulo de produto no meio Permitir elevado acúmulo de produto no meio
de cultivo;de cultivo;
-Não produzir substâncias incompatíveis com o Não produzir substâncias incompatíveis com o
produto;produto;
-Não ser patogênico;Não ser patogênico;
-Não exigir condições de cultivo muito Não exigir condições de cultivo muito
complexas (pH, Temperatura)complexas (pH, Temperatura)
-Não exigir meios de cultura muito Não exigir meios de cultura muito
dispendioso;dispendioso;
-Permitir liberação rápida do produto no meio.Permitir liberação rápida do produto no meio.

14. CARACTERÍSTICAS DO MEIO DE CULTURACARACTERÍSTICAS DO MEIO DE CULTURA
-Ser o mais barato possível;Ser o mais barato possível;
-Atender as necessidades nutricionais do Atender as necessidades nutricionais do
microrganismo;microrganismo;
-Facilitar o controle do processo (pH, espuma);Facilitar o controle do processo (pH, espuma);
-Facilitar na recuperação do produto;Facilitar na recuperação do produto;
-Estabilidade no armazenamento;Estabilidade no armazenamento;
-Não causar dificuldades no tratamento final Não causar dificuldades no tratamento final
dos efluentes.dos efluentes.

15. ESTEQUIOMETRIA E CINÉTICA DE REAÇÃOESTEQUIOMETRIA E CINÉTICA DE REAÇÃO
-Facilitam a avaliação dos rendimentos de Facilitam a avaliação dos rendimentos de
substratos em células e produtos;substratos em células e produtos;
-As velocidades de consumo de substrato e de As velocidades de consumo de substrato e de
formação de produtos dependem do formação de produtos dependem do
microrganismo e das condições de cultivo;microrganismo e das condições de cultivo;
-A forma de condução do processo é de A forma de condução do processo é de
extrema importância para atingir resultados extrema importância para atingir resultados
que possam ser transferidos para a escala que possam ser transferidos para a escala
industrial;industrial;
-Estabelecimentos de modelos matemáticos Estabelecimentos de modelos matemáticos
com base na cinética do processo são com base na cinética do processo são
utilizados para este escalonamento.utilizados para este escalonamento.

16. CÉLULACÉLULA
• EQUAÇÃO DO CRESCIMENTO MICROBIANOEQUAÇÃO DO CRESCIMENTO MICROBIANO
–FORMA ELEMENTAR MÉDIAFORMA ELEMENTAR MÉDIA
CHCH
1,81,8OO
0,5 0,5NN
0,20,2
–Considerando enxofre e fósforo:Considerando enxofre e fósforo:
CHCH
1,81,8OO
0,50,5NN
0,20,2SS
0,00450,0045PP
0,00550,0055
Espécie Composição Elementar Produto
Escherichia coli CH1,77O0,49N0,24 Gás e Ácidos
Klebsiella aerogenes CH1,73O0,43N0,24 Urease
Candida utilis CH1,87O0,56N0,20 Vitaminas e Aminoácidos
Saccharomyces cerevisiae CH1,70O0,46N0,17 Etanol
Aspergillus niger CH1,72O0,55N0,17 Celulases
Penicillium chrysogenum CH1,70O0,58N0,15 Penicilina

17. CÉLULACÉLULA
• EQUAÇÃO MACROQUÍMICA DO CRESCIMENTO MICROBIANOEQUAÇÃO MACROQUÍMICA DO CRESCIMENTO MICROBIANO
CC
WWHH
XXOO
YYNN
ZZ+aO+aO
22+bH+bH
ggOO
hhNN
i i cCHcCH
jjOO
kkNN
11+dCO+dCO
22+eH+eH
22O+fCO+fC
mmHH
ppOO
qqNN
rr
Substrato: (CSubstrato: (C
WWHH
XXOO
YYNN
ZZ) )
ArAr:: (aO (aO
22))
Nitrogênio: (bHNitrogênio: (bH
ggOO
hhNN
ii))
Exemplos de Equações MacroquímicasExemplos de Equações Macroquímicas
1.1.Saccharomyces cerevisiae em GlicoseSaccharomyces cerevisiae em Glicose
CC
66HH
1212OO
66+3,918O+3,918O
22+0,316 NH+0,316 NH
3 3 1,929CH1,929CH
1,7031,703OO
0,4590,459NN
0,1710,171+4,098CO+4,098CO
22+4,813H+4,813H
22OO
2. Penicillium chrysogenum em Glicose2. Penicillium chrysogenum em Glicose
CC
66HH
1212OO
66+1,91O+1,91O
22+0,6 NH+0,6 NH
44OHOH
4CH4CH
1,701,70OO
0,580,58NN
0,150,15+2CO+2CO
22+4,1H+4,1H
22OO
Biomassa (cCHcCH
jjOO
kkNN
11))
Gás: dCOGás: dCO
22
Água: eHeH
22OO
Produto: fCfC
mmHH
ppOO
qqNN
rr

19. ESTEQUIOMETRIAESTEQUIOMETRIA
• Sendo o objetivo conhecer as relações estequiométricas, basta encontrar uma Sendo o objetivo conhecer as relações estequiométricas, basta encontrar uma
via para acertar a equação macroquímicavia para acertar a equação macroquímica
Carbono: w=c+d+fmCarbono: w=c+d+fm
Hidrogênio: x+bg=cj+2e+fpHidrogênio: x+bg=cj+2e+fp
Oxigênio: y+2a+bh=ck+2d+e+fgOxigênio: y+2a+bh=ck+2d+e+fg
Nitrogênio: z+bi=cl+frNitrogênio: z+bi=cl+fr
A composição da fonte de carbono, em principio é conhecida;A composição da fonte de carbono, em principio é conhecida;
A composição da média da biomassa, também é conhecida;A composição da média da biomassa, também é conhecida;
Portanto resultam: quatro equações Portanto resultam: quatro equações
seis incógnitasseis incógnitas
Como prosseguir?Como prosseguir?
Quando se pretende produzir biomassa o número de incógnitas se reduz a Quando se pretende produzir biomassa o número de incógnitas se reduz a
cinco;cinco;
O quociente d/a=quociente respiratório é um dado experimental;O quociente d/a=quociente respiratório é um dado experimental;
Assim o sistema com quatro equações permite determinar os coeficientes Assim o sistema com quatro equações permite determinar os coeficientes
estequíométricos a, b, c, d, eestequíométricos a, b, c, d, e

20. ESTEQUIOMETRIAESTEQUIOMETRIA
• GRAU DE REDUÇÃO: número de moles de elétrons disponíveis por átomo GRAU DE REDUÇÃO: número de moles de elétrons disponíveis por átomo
grama de carbono para serem transferidos para o oxigêniograma de carbono para serem transferidos para o oxigênio
Considera-se H, como unidade de potencial de redox;Considera-se H, como unidade de potencial de redox;
(C, O, N, S, P) = (+4, -2, -3, 6, 5)(C, O, N, S, P) = (+4, -2, -3, 6, 5)
Define-se um composto neutro para cada elemento:Define-se um composto neutro para cada elemento:
Carbono: (COCarbono: (CO
22))
Oxigênio: (HOxigênio: (H
22O)O)
Nitrogênio:(NHNitrogênio:(NH
33))
Enxofre: HEnxofre: H
22SOSO
44
Fósforo: HFósforo: H
33POPO
44
O grau de redução da fonte de carbono da biomassa e do produto pode O grau de redução da fonte de carbono da biomassa e do produto pode
ser calculado por:ser calculado por:
yy
ss=(4w+x-2y-3z)/w=(4w+x-2y-3z)/w
yy
bb=4+j-2k-3l=4+j-2k-3l
yy
pp=(4m+p-2q-3r)/m=(4m+p-2q-3r)/m