bioquímica microbiana
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BIOQUÍMICA INDUSTRIAL
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE – UFSCENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA – CCET
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – DQI
SEMINÁRIO: BIOQUÍMICA MICROBIANA
BIOQUÍMICA INDUSTRIAL é uma matéria ministrada pela Professora Dr.ª Cristina Ferraz do Departamento de Química da Universidade Federal de Sergipe.
Todas as etapas deste trabalho foram realizados por:
Marcelo Teixeira RossiBianca SilveiraTayanara MenezesLorenza
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
1.0 – INTRODUÇÃO
- Estudo da Bioquímica Microbiana e sua importância no desenvolvimento da industria alimentícia ;
- Engloba conhecimentos de cinética das reações, termodinâmica, princípios de bioenergia, entre outros;
- Estudo da transformação de energia à nível celular;
- Metabolismo microbiano
- Fluxo de massa: Ciclo do Dióxido de Carbono, Ciclo do Nitrogênio, Biossintese de diversos biocompostos: carboidratos, proteinas, nucleotídeos, entre outros
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
2.0 – GLICÓLISE
Tambem conhecido como Caminho Embden-Meyerhof;
2.1 – Vias de Metabolismo: - Fluxo de átomos de carbono;
- Reações catalisadas por enzimas;
- Produtos:
2 Piruvatos
2 ATP
2 NADH+
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2.0 – GLICÓLISE 2.2 – Glicose: - Alta energia potêncial;
- Importância no Metabolismo;
- Produto da Fotossintese:
- Estrutura molecular: 6 átomos de Carbono 1 grupo aldeído
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2.0 – GLICÓLISE
2.3 – Processo Metabólico:
1ª FASE: Regulatória (a)
2ª FASE: Pagamento (b)
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
2.0 – GLICÓLISE
2.3 – Processo Metabólico: 1ª FASE: Regulatória (a) :
ETAPA 1
ETAPA 2
ETAPA 3
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
2.0 – GLICÓLISE
2.3 – Processo Metabólico: 1ª FASE: Regulatória (a) :
ETAPA 4
ETAPA 5
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
2.0 – GLICÓLISE
2.3 – Processo Metabólico: 2ª FASE: Pagamento (b) :
ETAPA 6
ETAPA 7
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
2.0 – GLICÓLISE
2.3 – Processo Metabólico: 2ª FASE: Pagamento (b) :
ETAPA 8
ETAPA 9
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
2.0 – GLICÓLISE
2.3 – Processo Metabólico: 2ª FASE: Pagamento (b) :
ETAPA 10
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
2.0 – GLICÓLISE
2.3 – Processo Metabólico:
BALANÇO FINAL:
PIRUVATO
ATP
NADH
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
2.0 – GLICÓLISE
2.4 – Destino do Piruvato:
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
2.0 – GLICÓLISE
2.4 – Utilidade na Industria:
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
3.0 – FERMENTAÇÃO
3.1 – Fermentação Alcoólica:
- Fenômeno através do qual os açúcares, são transformados em álcool e gás carbônico, por ação de leveduras.
• Saccharomyces cerevisiae Hansen - produção de álcool comum, aguardente, cerveja, outras bebidas e na panificação;
• S. ellipsoideus Hansen - produção de vinho de uva;• S. calbergensis - produção de cerveja.
- Condições ótimas para desenvolvimento das leveduras:• pH 4,5 - 5,0• Temperatura 32 - 34ºC• Anti-sépticos
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3.0 – FERMENTAÇÃO
3.1 – Fermentação Alcoólica:• Pré-fermentação (5 a 6 h)
Ativa multiplicação das células
Elevação lenta e gradual da Temperatura• Fermentação Principal (9 a 10 h)
Elevação rápida da Temperatura
Queda da densidade do mosto
Elevação da acidez• Pós-fermentação (6 a 8 h)
Diminuição lenta e gradativa da Temperatura
Diminuição do desprendimento de CO2
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3.0 – FERMENTAÇÃO
3.2 – Fermentação Láctica:
Processo de fermentação de açúcares
como glicose, frutose, lactose, galactose
e manose, que produz ácido lático.
Produção de Laticíneos
Deterioração de produtos agrícolas
• Bactérias láticas homofermentativas:
Lactobacillus acidophilus
Lactobacillus lactis
Streptococcus thermophilus
Pediococcus damnosus
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3.0 – FERMENTAÇÃO
3.2 – Fermentação Láctica:
• Homolática
Produção de ácido lático ~ 90%
• Heterolática Há formação de etanol, CO2 e ácido lático nas mesmas proporções
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3.0 – FERMENTAÇÃO
3.2 – Fermentação Láctica:
3.2.1 – Nos músculos:
Fadiga muscular – acúmulo de ácido lático no músculos
Esforço físico intenso em condições de baixa oxigenação.
Intensa atividade muscular músculos estriados esqueléticos ENERGIA
Ácido Pirúvico 6 ATP + 2 Ácido Lático
Restabelecimento – difusão do ácido lático no fígado
Ác. Lático -> Ác. Pirúvico -> Glicose -> Glicogênio
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3.0 – FERMENTAÇÃO
3.2 – Fermentação Acetona Butanólica:
• Descoberta por Schardinger (1905) fermentação com produção de acetona e butanol.
• Bactérias do gênero Clostridium nitrogênio de proteínas degradadas no meio nutritivo (polipeptídeos e aminoácidos).
• Batatas, cereais, raízes de plantas e legumes.
• Temperatura ótima em torno de 30,6ºC.
• pH 5 - 7
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3.0 – FERMENTAÇÃO
3.2 – Fermentação Acetona Butanólica:
Clostridium: - bactérias Gram-positivas
- aerotolerantes - encontradas em diversos ambientes - isolamento relativamente fácil
• A produção de Butanol e Acetona é pequena
• FASE ACIDOGÊNICA: Produção de H2, CO2, Acetato e Butirato
• FASE ESTACIONÁRIA (Solventogênica) Produção de acetona e butanol
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4.0 – BIOSSINTESE DO METANO
4.1 – Formação do Metano:
• A formação de metano por decomposição de matéria orgânica é feita através de bactérias específicas conhecidas como metanogênicas.
• Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina e Methanolobus são exemplos de bactérias metanogênicas.
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
4.0 – BIOSSINTESE DO METANO
4.1 – Formação do Metano:
REAÇÕES DE FORMAÇÃO DO METANO:
CH3OH + H2 → CH4 + H2O
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
4HCOOH → CO2 + CH4 + H2
A formação do metano a partir do metanol e hidrogênio molecular é realizada pela bactéria Methanosarcina barkeri.
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5.0 – BIOGÁS: Importância Industrial
• O biogás é um combustível gasoso com um conteúdo energético elevado semelhante ao gás natural, composto, principalmente, por hidrocarbonetos de cadeia metano.
• Combustível e produção de energia;
• Biodigestores;
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5.0 – BIOGÁS: Importância Industrial
ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DE UM BIOGESTOR:
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5.0 – Mecanismo de Entner-Doudorff:
• Desidrogenação da glicose-6P à 6P-gluconato na presença de NADP e água;
• Conversão em gliceraldeído-3P e uma piruvato;
• Formação de 1ATP/mol de glicose;
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5.0 – Mecanismo de Entner-Doudorff:• Desidrogenação da glicose-6P à 6P-gluconato na presença
de NADP e água;• Conversão em gliceraldeído-3P e uma piruvato;• Formação de 1ATP/mol de glicose;
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6.0 – Processo Aeróbio:
• A obtenção de energia a partir da glicose é mais eficiente nos organismos que utilizam o ciclo de Krebs;
• Reação de ativação com a formação de acetil-coenzima A;
• Conversão de piruvato em coenzima A
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7.0 – Ciclo de Krebs:
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
8.0 – Ciclo das Pentoses:
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9.0 – Biossintese:
9.1 – Definição:
Fenômeno em que são produzidos compostos químicos complexos, como proteínas e ácidos nucléicos a partir de reagentes mais simples, geralmente catalisados por enzimas.
SEMINÁRIO: BIOQÚIMICA MICROBIANA
9.0 – Biossintese:
9.2 – Principios Básicos:
• A via utilizada na biossintese de uma molécula usualmente nao é idêntica à via utilizada na sua degradação.
• As vias biossintetizantes sao controladas por enzimas regulatorias diferentes daquelas que controlam as vias catabólicas correspondentes.
• Os processos biossintetizantes, que requerem energia, sao obrigatoriamente acoplados à degradacao da ATP, produtora de energia, de tal forma que o processo global seja essencialmente irreversível, da mesma forma que o processo global do catabolismo é irreversível.
9.3 – BIOSSINTESE DE CARBOIDRATOS
• SINTESE DA GLICOSE
• Os precursores importantes são o lactato, o piruvato, o glicerol, a maioria dos aminoácidos, e os intermediários do ciclo do acido cítrico.
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9.3 – Ciclo do Glioxilato:
• Promove a síntese de glicose e de intermediários do ciclo de Krebs, a partir da acetil-CoA.
• Presença de enzimas do ciclo de Krebs (citrato-sintase e aconitase) além de duas enzimas ausentes nessa via (isocitrato liase e a malato sintase).
BIOSSINTESE DA GLICOSE
CICLO DE KREBS CICLO DO GLIOXILATO
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9.4 – GLICONEOGÊNESE:• Formação de glicose a partir de precursores não-
carboidratos.
• As reações da gliconeogênese são inversas às da glicólise.
• A gliconeogênese é um processo ubíquo, presente em plantas, animais, fungos e outros microrganismos, sendo que as reações são praticamente as mesmas em todos os tecidos e todas as espécies.
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9.4 – GLICONEOGÊNESE:
Glicose
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• Cohen, G.N. Microbial Biochemistry. Ed. Springer. • Lehninger, Albert L. Princípios de Bioquímica. Ed.
Sarvier. • Borzani, W. Biotecnologia Industrial. v.1. Ed. Edgard
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