A CÉLULA

1. A CÉLULA Prof. Dr. João Batista de Almeida e Silva joaobatista@debiq.eel.usp.br joaobatista@pq.cnpq.br

2. ORGANISMOS CELULARES EUCARIÓTICOS PROCARIÓTICOS Monera ou bacterias UNICELULAR Protista ou protozoa e algas unicelulares MULTICELULAR INGESTIVOS Animalia ou animais FOTOSSINTÉTICOS Plantae ou plantas ABSORTIVOS Fungi ou fungos CLASSIFICAÇÃO DOS ORGANISMOS CELULARES

3. FOTOSSINTÉTICOS • captam a luz para converter CO2 e H20 em O2 e açúcares 6H2O + 6CO2 → 6O2 +C6H12O6

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

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

6. PROCARIÓTICOS • BACTÉRIAS:

7. UNICELULARES Protistas Algas

8. 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 + 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 • Trabalho químico: biosintese de proteínas, ácidos nucleicos, lipídeos, polissacarídeos e outros componentes celulares • Trabalho osmótico: transporte de substâncias nutritivas atravéz da membrana • Trabalho mecânico: contração e locomoção. CATABOLISMO (fase de degradação do metabolismo) Carboidratos, lipídeos, proteínas são degradadas aos produtos finais liberando energia (ATP) ANABOLISMO (fase de construção do metabolismo) Pequenas moléculas formam polissacarídeos, lipídeos e proteínas necessitando de energia (ATP)

9. Fontes de Carbono Utilizadas pelos MOs

10. Metabolismo Primário e Secundário

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

12. Metabolismo primário x Metabolismo secundário • Solução específica para problema • biológico • Desnecessário para o crescimento • Papel fisiol.- difícil conhecimento • Presente apenas em parte do ciclo da vida • Aparecimento depende muito das • condições de crescimento • Não ocorre com todos organismos • Forma famílias de produtos • relacionados • Produtos de constituição complexa • Solução geral para problema • biológico • Importante para crescimento • Papel fisiológico conhecido • Presente durante todo ciclo de vida • Presente sob várias condições • de crescimento • Ocorre com todos organismos • Formação de produto definido • Diversos produtos de constituição • química simples

13. 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 (pH, Temperatura) • Não exigir meios de cultura muito dispendioso; • Permitir liberação rápida do produto no meio.

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

15. 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.

16. CÉLULA • EQUAÇÃO DO CRESCIMENTO MICROBIANO • FORMA ELEMENTAR MÉDIA CH1,8O 0,5N0,2 • Considerando enxofre e fósforo: CH1,8O0,5N0,2S0,0045P0,0055

17. CÉLULA Biomassa (cCHjOkN1) • EQUAÇÃO MACROQUÍMICA DO CRESCIMENTO MICROBIANO CWHXOYNZ+aO2+bHgOhNi cCHjOkN1+dCO2+eH2O+fCmHpOqNr Substrato: (CWHXOYNZ) Ar : (aO2) Nitrogênio: (bHgOhNi) Exemplos de Equações Macroquímicas • Saccharomyces cerevisiae em Glicose C6H12O6+3,918O2+0,316 NH3 1,929CH1,703O0,459N0,171+4,098CO2+4,813H2O 2. Penicillium chrysogenum em Glicose C6H12O6+1,91O2+0,6 NH4OH4CH1,70O0,58N0,15+2CO2+4,1H2O Gás: dCO2 Água: eH2O Produto: fCmHpOqNr

19. 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+2e+fp Oxigênio: y+2a+bh=ck+2d+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

20. 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: (CO2) Oxigênio: (H2O) Nitrogênio:(NH3) Enxofre: H2SO4 Fósforo: H3PO4 O grau de redução da fonte de carbono da biomassa e do produto pode ser calculado por: ys=(4w+x-2y-3z)/w yb=4+j-2k-3l yp=(4m+p-2q-3r)/m