BIOTRANSFORMAÇÕES

BIOTRANSFORMAÇÕES

1. Biotransformação processo que ocorre modificações biológicas e químicas no substrato orgânico sob ação de enzimas e organismos vivos.

   • DESCONTÍNUA CLÁSSICA OU SIMPLES
     • Utilizada desde a antiguidade e até hoje é uma das mais empregadas para a obtenção de vários produtos fermentados. Inoculo nutriente No decorrer do processo acrescenta-se apenas oxigênio e ácido ou base para controle do pH; No término do processo o produto é retirado e segue para o tratamento final; O fermentador é lavado e esterilizado para a próxima utilização. Volume constante ao longo do processo Baixo rendimento (repressão catabólica)
   • CONTÍNUA
     • Possui alimentação contínua de meio de cultura a uma determinada vazão constante Variáveis de estado constante ao longo do processo Processo operado por longos períodos em estado estacionário
     • VANTAGENS DO SISTEMA CONTÍNUO Aumento da produtividade (ausência de tempo não-produtivo); Obtenção de caldo fermentado uniforme; Manutenção das células em um mesmo estágio fisiológico; Menor necessidade de mão-de-obra
     • DESVANTAGENS DO SISTEMA CONTÍNUO Maior investimento inicial na planta; Possibilidade de ocorrência de mutação genética espontânea; Dificuldade de manutenção de homogeneidade; Formação de espuma e crescimento de microorganismos nas paredes; Grande chance de contaminação.

2. Processo metabólico

   • Catabolismo - liberação de energia, utiliza se de nutrientes como gordura, carboidrato, proteínas para sofrer o catabolismo para formar produtos pobres em energia (CO2, H2O, NH3)
   • Anabolismo - utiliza a energia, utiliza moléculas precursoras como aminoácidos, açucares, ácidos graxos para sofrer o anabolismo formando macromoléculas (proteínas, polissacarídeos, lipídeos)
   • Metabolismo microbiano
     • Elementos plásticos: Fontes de carbono Fontes de nitrogênio Fontes de fosfato Fontes de enxofre Elementos traços: Ca, K, Fe, Mg, Mn, Zn, Co, Etc. Fatores de crescimento: Vitaminas e nucleotídeos
       • Metabolismo=) Funções Celulares
     • Agua
       • Não é nutriente, mas para haver crescimento bacteriano ela é indispensável As bactérias se nutrem pela passagem de substâncias em solução pela membrana plasmática Regula a pressão osmótica A maioria das bactérias morre pela dessecação (quando não são esporos)
     • Fontes de energia
       • Fototróficos: usam da fotossíntese para obter energia;
       • Quimiotróficos: utilizam-se de compostos químicos para obterem energia, envolvendo especialmente reações de oxidação e redução.
       • Definição química de fermentação
         • Processo onde o doador inicial e o aceptor final de elétrons correspondem à moléculas orgânicas. Desta forma, a fermentação é um processo onde ocorre a oxidação final de compostos orgânicos, que podem ser açúcares, proteínas, ácidos, entre outros. Como o processo é parcial, há apenas uma fração de energia liberada. Nas fermentações, o ATP é gerado a partir da fosforilação em nível de substrato.
           • A fermentação se inicia se com a glicose, processo anaeróbico da oxidação da glicose até o ácido pirúvico. Cada molécula de glicose oxidada até o ácido pirúvico resulta em ganha energético de 2 ATP.
         • MEIOS DE CULTIVO
           • Escala laboratorial (geralmente nutrientes sintéticos) Escala industrial Meios sintéticos – quimicamente definidos (microrganismos fastidiosos*) Meios complexos – composição variável (caldo nutriente ou ágar nutriente) Necessidades nutricionais não conhecidas
           • FONTES DE CARBONO
             • Glicose e sacarose: economicamente inviável em escala industrial (salvo a indústria farmacêutica) Amidos e dextrinas Líquidos sulfídicos Celulose Óleos e azeites Metanol Etanol
           • FONTES DE NITROGÊNIO
             • SÍNTESE DE AMINOÁCIDOS EXTRATO DE LEVEDURAS Produzido a partir da plasmólise de células de leveduras de panificação PEPTONAS As peptonas são hidrolisados de proteínas e podem ter diferentes fontes como peptona de carne, de caseína, de gelatina, de queratina, de semente de amendoim, de farelo de soja, de semente de algodão, de semente de girassol, entre outras.
           • FONTES DE MINERAIS
             • SUBSTÂNCIAS QUELANTES Durante a preparação dos meios de fermentação (autoclave) pode ocorrer a formação de precipitados.
         • Sucesso do processo fermentativo: Microrganismo Meio de cultura Forma de condução do processo Etapas de recuperação do produto A recuperação do produto demanda cerca de 50 % dos custos envolvidos no processo fermentativo, ou qualquer outro bioprocesso.

3. MANIPULAÇÃO DE MICROORGANISMOS EM PROCESSOS DE BIOTRANSFORMAÇÃO

   • MÉTODOS DIRETOS Determinação da concentração celular Contagens no microscópio Contagens de culturas (UFC)
   • MÉTODOS INDIRETOS Constituintes celulares (ATP, DNA, NADH) Dosagem de elementos do meio de cultura (substrato, consumo de O2, etc.)

4. Curva de crescimento

   • Fase lag: Rearranjo do sistema enzimático (síntese de enzimas); Traumas físicos (choque térmico) Traumas químicos (meio de cultura) * Não há variação da concentração de biomassa no tempo
   • Fase intermediária Aumento gradativo da concentração celular Fase log ou exponencial: Células plenamente adaptadas; Velocidade de crescimento elevada; Consumo de substrato. Fase de redução da velocidade: Diminuição da concentração de substrato limitante; Acúmulo de produtos no meio.
   • Fase estacionária: Término do substrato limitante; Acúmulo de produtos tóxicos; Concentração celular constante em seu valor máximo