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

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

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

ABSORTIVOS 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 + 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)

Fontes de Carbono Utilizadas pelos MOs

Metabolismo Primário e Secundário

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

Metabolismo primário x Metabolismo secundário 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 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

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.

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.

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 CH1,8O 0,5N0,2 Considerando enxofre e fósforo: CH1,8O0,5N0,2S0,0045P0,0055

CÉLULA Biomassa (cCHjOkN1) Gás: dCO2 Água: eH2O Produto: fCmHpOqNr 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 NH4OH 4CH1,70O0,58N0,15+2CO2+4,1H2O Biomassa (cCHjOkN1) Gás: dCO2 Água: eH2O Produto: fCmHpOqNr

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

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