apostila(5)

Biotecnologia

Renato Marco

APRESENTAÇÃO

É com satisfação que a Unisa Digital oferece a você, aluno(a), esta apostila de Biotecnologia, parte integrante de um conjunto de materiais de pesquisa voltado ao aprendizado dinâmico e autônomo que a educação a distância exige. O principal objetivo desta apostila é propiciar aos(às) alunos(as) uma apre-sentação do conteúdo básico da disciplina.

A Unisa Digital oferece outras formas de solidificar seu aprendizado, por meio de recursos multidis-ciplinares, como chats, fóruns, aulas web, material de apoio e e-mail.

Para enriquecer o seu aprendizado, você ainda pode contar com a Biblioteca Virtual: www.unisa.br, a Biblioteca Central da Unisa, juntamente às bibliotecas setoriais, que fornecem acervo digital e impresso, bem como acesso a redes de informação e documentação.

Nesse contexto, os recursos disponíveis e necessários para apoiá-lo(a) no seu estudo são o suple-mento que a Unisa Digital oferece, tornando seu aprendizado eficiente e prazeroso, concorrendo para uma formação completa, na qual o conteúdo aprendido influencia sua vida profissional e pessoal.

A Unisa Digital é assim para você: Universidade a qualquer hora e em qualquer lugar!

Unisa Digital

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................... 5

1 BIOQUÍMICA ............................................................................................................................................. 71.1 A Água..................................................................................................................................................................................81.2 O pH ......................................................................................................................................................................................81.3 Sistema-Tampão ...............................................................................................................................................................91.4 Resumo do Capítulo ....................................................................................................................................................101.5 Atividades Propostas ...................................................................................................................................................10

2 PROTEÍNAS .............................................................................................................................................. 112.1 Aminoácidos ...................................................................................................................................................................122.2 Peptídios ..........................................................................................................................................................................132.3 Alterações Estruturais das Proteínas .....................................................................................................................142.4 Hemoglobina .................................................................................................................................................................152.5 Enzimas.............................................................................................................................................................................152.6 Resumo do Capítulo ....................................................................................................................................................162.7 Atividades Propostas ...................................................................................................................................................17

3 CARBOIDRATOS ................................................................................................................................... 193.1 Estrutura dos Carboidratos .......................................................................................................................................193.2 Resumo do Capítulo ....................................................................................................................................................203.3 Atividades Propostas ...................................................................................................................................................21

4 LIPÍDIOS ..................................................................................................................................................... 234.1 Estrutura dos Lipídios .................................................................................................................................................234.2 Funções Mais Comuns dos Lipídios .......................................................................................................................264.3 Resumo do Capítulo ....................................................................................................................................................264.4 Atividades Propostas ...................................................................................................................................................26

5 MICROBIOLOGIA DO SOLO E DO AR ..................................................................................... 275.1 O Ambiente do Solo ....................................................................................................................................................275.2 Microrganismos do Solo ............................................................................................................................................285.3 Microrganismos na Reciclagem ..............................................................................................................................295.4 Microrganismos do Ar ................................................................................................................................................325.5 Resumo do Capítulo ....................................................................................................................................................325.6 Atividades Propostas ...................................................................................................................................................33

6 MICROBIOLOGIA DA ÁGUA ......................................................................................................... 356.1 O Ambiente Aquático .................................................................................................................................................366.2 Distribuição dos Microrganismos no Ambiente Aquático ...........................................................................376.3 O Papel dos Microrganismos Aquáticos ..............................................................................................................406.4 Resumo do Capítulo ....................................................................................................................................................406.5 Atividades Propostas ...................................................................................................................................................41

7 BIOTECNOLOGIA ................................................................................................................................. 437.1 Produtos e Processos da Microbiologia Industrial ...........................................................................................437.2 Produtos da Fermentação .........................................................................................................................................447.3 Resumo do Capítulo ....................................................................................................................................................497.4 Atividades Propostas ...................................................................................................................................................49

CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................................... 51

RESPOSTAS COMENTADAS DAS ATIVIDADES PROPOSTAS ..................................... 53

REFERÊNCIAS ............................................................................................................................................. 61

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INTRODUÇÃO

Caro(a) aluno(a),

O objetivo geral da disciplina Biotecnologia é lhe oferecer subsídios para a compreensão dos pro-cessos industriais que produzem ou utilizam produtos de origem metabólica microbiana.

A biotecnologia é um campo de trabalho multidisciplinar, o que torna fundamental a colaboração efetiva de profissionais com conhecimentos múltiplos de diversos setores. Assim, na primeira parte da disciplina, apresentaremos os conceitos básicos da bioquímica, sua importância na compreensão de pro-cessos metabólicos e reações químicas aplicadas em organismos vivos. Para tanto, apresentaremos o me-tabolismo das proteínas, dos carboidratos e dos lipídios e sua participação em reações e transformações de interesse econômico. Na segunda parte, apresentaremos aspectos da microbiologia, demonstrando a participação efetiva desses organismos no equilíbrio e desenvolvimento ambiental. Finalmente, na últi-ma parte, apresentaremos a aplicação prática dos conceitos anteriores na formação prática de uma área que cresce exponencialmente, a biotecnologia, trazendo perspectivas de um futuro melhor para todos no que diz respeito a facilidades e alternativas industriais em todas as áreas de interesse humano.

Ao longo dos estudos, ficará evidente que a biotecnologia encontra inúmeras aplicações importan-tes em áreas de atividades como agricultura, pecuária, saúde, preservação do meio ambiente e indústria.

Figura 1 – Representação esquemática da interação da biotecnologia com outros ramos do conhecimento.

Fonte: Borzani et al. (2001).

Será um prazer acompanhá-lo(a) ao longo desta jornada, que esperamos que contribua para seu crescimento profissional e avanços das condições de trabalho em favor da melhoria da qualidade de vida de todos os indivíduos.


Caro(a) aluno(a),

A bioquímica é a ciência que estuda as ba-ses e os processos químicos que ocorrem em or-ganismos vivos. A célula, sendo a unidade básica e estrutural dos seres vivos, constitui um universo de reações e interações químicas. Portanto, pode-mos afirmar que a bioquímica é a ciência que se preocupa com a constituição química das células vivas, assim como com as reações e processos ocorridos em sua estrutura.

Como principal objetivo da bioquímica, tem-se a completa compreensão de todos os pro-cessos químicos que estão associados às células vivas, em nível molecular. Para tanto, isolam-se as moléculas celulares, determina-se sua estrutura, analisa-se seu funcionamento e relacionam-se suas atividades com outras tantas moléculas. É a partir dessa definição e objetivo que a bioquímica se relaciona com outras importantes áreas, como a biologia celular, a biologia molecular e a gené-tica molecular.

Podemos afirmar que o conhecimento da bioquímica é essencial a todas as outras ciências que se relacionam com a vida: a genética só pode ser compreendida e explorada em todas as suas possibilidades a partir da bioquímica dos ácidos nucleicos; a fisiologia, que estuda as funções dos organismos, é totalmente dependente desse co-nhecimento; a imunologia emprega um número alto de técnicas bioquímicas; as bases da farma-cologia e da farmácia são a bioquímica e a fisio-logia; a toxicologia só desenvolve seu entendi-mento sobre a ação dos venenos e, portanto, dos antídotos que os anulam a partir dos processos bioquímicos; os aspectos básicos da patologia, estudo das doenças, podem ser compreendidos

BIOQUÍMICA1

a partir de suas interações bioquímicas, enquanto a microbiologia, a zoologia e a botânica empre-gam, quase exclusivamente, modelos bioquími-cos. Muitas outras aplicações ainda podem ser descritas, como é o caso da agricultura, nutrição, cosmética, teoria evolucionista e até tecnológica, com a produção de compostos sustentáveis de origem renovável.

AtençãoAtenção

A bioquímica encontra-se na base de muitos avanços importantes nos conhecimentos necessários à preservação e recuperação do meio ambiente. Assim, encontramos essa ciência na produção de etanol, solventes e bioinseticidas, na recuperação de matéria--prima, nos biorreatores, no tratamento bio-lógico de efluentes e tantos outros produtos sustentáveis ou serviços favoráveis a melho-res condições ambientais no planeta.

Renato Marco


A água é um importante composto químico que predomina na constituição dos organismos vivos. Tem propriedades físicas únicas, incluindo a habilidade de dissolver uma quantidade imen-sa de moléculas orgânicas e inorgânicas. Isso se deve à sua estrutura dipolar e sua extraordinária capacidade de formar ligações de hidrogênio.

Afirmar que a água tem uma estrutura di-polar significa que ela é uma molécula em que a carga elétrica não se distribui de maneira unifor-me ao redor de sua estrutura. O átomo de oxigê-nio, fortemente negativo, atrai elétrons do núcleo do hidrogênio, tornando-o parcialmente positivo, enquanto os pares de elétrons não compartilha-dos são um local de carga negativa. Isso torna a água incapaz de dissolver grandes concentrações de compostos carregados, como os sais.

1.1 A Água

Quando um núcleo de hidrogênio forma uma ligação covalente com um elétron de oxigê-nio ou átomo de nitrogênio, pode interagir com um par de elétrons não compartilhado em outro átomo, formando uma ponte de hidrogênio. Es-sas pontes favorecem uma autoassociação das moléculas de água em arranjos ordenados. Isso influencia as propriedades físicas da água e au-xilia em sua alta viscosidade, tensão superficial e ponto de ebulição.

A forma pela qual a água interage com uma biomolécula dissolvida pode influenciar sua es-trutura. A água age como um reagente e como um produto em variadas reações metabólicas.

1.2 O pH

O pH é definido como o log negativo da concentração de íon hidrogênio:

pH = - log [H+]

Baixos valores de pH correspondem a al-tas concentrações de H+, enquanto altos valores de pH correspondem a baixas concentrações de H+. Assim, ácidos funcionam como doadores de prótons e bases, como receptores de prótons. O íon ou molécula resultante da dissociação é de-nominado base conjugada do ácido, uma vez que pode receber um próton, convertendo-se nova-mente no ácido conjugado respectivo.

Vejamos os exemplos a seguir:

HCl → Cl- + H+

H2SO4 → HSO4 + H+

NH4+ → NH3 + H+

Generalizando, a equação de dissociação de um ácido (HA) é:

HA → A + H+

Entretanto, é preciso fazer uma distinção entre ácidos fortes que conseguem se dissociar totalmente, mesmo em soluções com baixo pH (fortemente ácidas), e ácidos fracos que apresen-tam apenas uma dissociação parcial em soluções ácidas. O mesmo pode ser usado para as bases, ou seja, podemos ter bases fortes, dissociadas em valores altos de pH, e bases fracas.

O pH influencia diretamente a estrutura e atividade bioquímica dos compostos dentro e fora das células. Nos seres humanos, o pH do plas-ma sanguíneo deve se manter em torno de 7,4, portanto levemente alcalino, em uma faixa mui-to restrita de variação. Valores que alcançarem a faixa de 7,0 poderão resultar em consequências


muito sérias. No interior das células, a restrição é a mesma.

Um exemplo da importância do pH e de sua manutenção em valor constante na fisiologia celular é a interferência na atividade enzimática. As enzimas são catalisadoras de todas as reações químicas celulares. Muitas dessas reações ocor-rem liberando ou captando prótons do meio aquoso em que estão dissolvidas as substâncias

celulares. Seria de se esperar que o valor do pH celular ou plasmático se alterasse em decorrência das diversas reações, mas, como já vimos, isso não pode ocorrer sem que haja grandes prejuízos. O valor do pH é, portanto, mantido fixo para que se preserve o funcionamento celular normal e isso somente pode ocorrer com a existência de siste-mas de regulagem conhecidos como sistemas--tampão.

1.3 Sistema-Tampão

Os ácidos fracos têm um interesse especial para a bioquímica, porque, junto às suas bases conjugadas, formam os sistemas-tampão, capa-zes de impedir grandes variações de pH quando adicionados outros ácidos ou bases.

Imaginemos um sistema-tampão, forma-do pelo ácido HA e sua base conjugada A, para compreendermos como ele reage quando adicio-namos um ácido forte, ou seja, quando adiciona-mos prótons, uma vez que o ácido forte se disso-cia completamente. Quando adicionamos H+ ao equilíbrio formado pelo ácido, base conjugada

e prótons, o sistema-tampão reage por meio da base conjugada, que se associa a prótons trans-formando-se em ácido. O fato de haver essa asso-ciação deixa livre um número menor de prótons do que haveria caso a base não estivesse presen-te. Nesse caso, todos os prótons adicionados fica-riam livres. Assim, o pH diminui, mas muito me-nos do que se não houvesse a base conjugada de um ácido fraco.

Saiba maisSaiba mais

A eficiência de um tampão se restringe a uma faixa de pH

Uma solução de ácido fraco em água representa uma concentração de HA muito maior do que de A, resultante da característica de um ácido fraco produzir uma pequena dissociação. Quando essa solução é submetida a uma adição de álcali contínua, ocorre uma dissociação progressiva do ácido, cuja concentração acaba diminuindo; portanto, ocorre um aumento da concentração de A, gerando aumento do valor do pH. Se a quantidade de álcali adicionado é grande, a concentração de HA acaba se tornando insuficiente para compensar novas adições de ál-cali. Desse ponto em diante, a cada nova adição de álcali, o pH sofre aumentos significativos. Isso demonstra que o sistema perdeu suas propriedades de tamponamento. O mesmo ocorre com a constante adição de prótons, provocando queda acentuada do valor de pH.Conclui-se que a ação do tampão é restrita a uma faixa determinada de pH, em que as concentrações de ácido e base conjugadas sejam suficientes para compensar adições de álcali ou de ácido.

Renato Marco


Caro(a) aluno(a),

A bioquímica é a ciência que se relaciona com o estudo de várias moléculas que constituem as cé-lulas e organismos vivos e com suas reações químicas. Uma vez que toda a vida depende dessas reações químicas, a bioquímica passa a ser a base de todas as ciências biológicas. Essa ciência se relaciona, por-tanto, com todas as formas de vida, desde as mais simples, como vírus e bactérias, até as mais complexas, como o ser humano.

A água é o composto químico mais abundante na constituição dos organismos vivos. Apresenta propriedades físicas únicas, como a condição de dissolver uma quantidade imensa de moléculas orgâni-cas e inorgânicas, além de sua viscosidade, tensão superficial e estado líquido à temperatura ambiente. Essas propriedades se dão pela sua estrutura dipolar e sua extraordinária capacidade de formar ligações de hidrogênio.

O pH é o log negativo de H+. Quando se apresenta um pH baixo, significa que temos uma solução ácida, enquanto um pH alto representa uma solução básica ou alcalina.

Os tampões representam sistemas que criam resistência à variação do pH, quando prótons são adicionados ou consumidos. A eficiência dos tampões depende de sua concentração.

1.4 Resumo do Capítulo

1.5 Atividades Propostas

1. Qual é a importância da bioquímica para a engenharia ambiental?

2. O que são sistemas-tampão? Qual é a sua importância?


Caro(a) aluno(a),

As proteínas representam o componente celular mais abundante, além de serem as molé-culas que mais se diversificam quanto à forma e função. Suas funções são estruturais e dinâmicas, uma vez que são componentes do citoesqueleto e de estruturas ligadas à sustentação, e também participam de praticamente todos os processos biológicos, visto que as proteínas incluem as enzi-mas, que são catalisadoras de milhares de reações químicas dos organismos vivos. Também atuam nas funções de transporte de moléculas, defesa dos organismos (como no caso das imunoglo-bulinas e interferon), controle geral do metabo-lismo, no papel de hormônios e se responsabili-zam por atividade de contração, como a actina e a miosina, que agem na contração muscular. Não podemos deixar de mencionar ainda o impor-tantíssimo papel de controle dos genes, como as proteínas reguladoras, que se ligam ao DNA em sítios específicos, alterando sua expressão.

Obviamente, diante do exposto, o estudo das proteínas é grandioso, com todas as suas va-riações de estrutura e funções. No entanto, deixa-remos esse aprofundamento para os bioquímicos e profissionais das ciências da saúde. Trataremos o assunto aqui de forma resumida, de tal modo que nos permita uma compreensão básica de sua estrutura e principais funções que possam ter in-teresse na biotecnologia, foco do nosso estudo.

Apesar de se apresentarem com estruturas e funções tão variadas, as proteínas são sintetiza-das a partir de apenas 20 aminoácidos diferentes. São, portanto, polímeros de aminoácidos, ou seja, cadeias desses componentes que se organizam lado a lado em números variados. Mesmo que

PROTEÍNAS2

pareça um número reduzido de componentes di-ferentes para a formação das proteínas, a possibi-lidade de existirem cadeias distintas tende ao infi-nito. Considerando, hipoteticamente, a formação de proteínas contendo apenas 20 aminoácidos, um de cada tipo, poderíamos obter 2,4 x 1018 mo-léculas diferentes, apenas levando em conta a po-sição que cada um dos seus componentes pode ocupar. No entanto, as proteínas podem ser com-postas por centenas de aminoácidos, cada um deles podendo estar presente nessa cadeia mais de uma vez. Isso torna incalculáveis as diferentes possibilidades de combinação entre os aminoáci-dos na formação das proteínas.

AtençãoAtenção

As proteínas podem ser globulares ou fibro-sas, de acordo com sua forma. As proteínas globulares são constituídas por uma ou mais cadeias polipeptídicas, organizadas em uma forma final muito próxima de uma esfera. Geralmente, são solúveis e desempenham inúmeras funções dinâmicas. Já as proteínas fibrosas apresentam-se com uma forma alon-gada e são, de maneira geral, insolúveis, de-sempenhando papel estrutural nos sistemas biológicos.

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Os aminoácidos apresentam em sua estru-tura um grupo amino (-NH2) e um grupo carbo-xila (-COOH); existe apenas uma exceção, que é a prolina, que contém um grupo imino (-NH-) no lugar do grupo amino. Apresentam forma básica comum, em que os grupos amino e carboxila es-tão ligados ao carbono α, ao qual se ligam tam-bém um átomo de hidrogênio e um grupo que varia, chamado cadeia lateral ou grupo R. Ob-serve o esquema a seguir:

Figura 2 – Forma básica dos aminoácidos.

As propriedades das cadeias laterais dos aminoácidos definem a conformação das pro-teínas e suas funções. Assim, os aminoácidos são classificados em duas grandes categorias, de acordo com a polaridade do grupo R. São elas:

�� aminoácidos apolares, cujo grupo R é hidrofóbico, ou seja, eles não interagem com a água. São pertencentes a este grupo: glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina, prolina, fenilala-nina e triptofano;

�� aminoácidos polares, cujo grupo R é hidrofílico, o que os capacita a interagir com a água. Pertencem a este grupo: lisina, arginina, histidina, aspartato, glu-tamato, serina, treonina, tirosina, aspa-ragina, glutamina e cisteína.

2.1 Aminoácidos

Figura 3 – Estrutura dos aminoácidos.

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Os aminoácidos formam polímeros por meio da ligação de um grupo carboxila de um aminoácido com o grupo amino de outro. Essa ligação é chamada ligação peptídica e ocorre com a exclusão de uma molécula de água. A for-mação da ligação peptídica é representada pela seguinte equação química:

2.2 Peptídios

Figura 4 – Ligação peptídica.

A cadeia polipeptídica pode conter de dois a milhares de aminoácidos. O polímero é chama-do dipeptídio quando o número de aminoácidos ligados é igual a dois; se tem três aminoácidos, é chamado tripeptídio e assim por diante. Políme-ros que contenham até 30 aminoácidos são cha-mados peptídios; com número maior, são conhe-cidos como polipeptídios.

As proteínas podem ser formadas por uma ou mais cadeias polipeptídicas e, normalmente, contêm mais de 50 aminoácidos. Mesmo existin-do inúmeras possibilidades de conformação, ao ser sintetizada uma proteína, todas as moléculas assumem a mesma configuração espacial.

O tipo de aminoácido e como se dispõe resultam na organização espacial da proteína. A sequência dos aminoácidos determina o tipo de interação entre as cadeias laterais, apresentan-do características de carga, volume e reatividade com a água altamente variáveis.


A estrutura das proteínas pode ser descrita em quatro níveis:

• a estrutura primária é a sequência de ami-noácidos ao longo da cadeia peptídica;

• a estrutura secundária se refere às estruturas regulares tridimensionais formadas a partir de segmentos da cadeia polipeptídica. Existem duas organizações estáveis: o enrolamento da cadeia em torno de um eixo e a interação late-ral de segmentos de uma cadeia polipeptídica ou de cadeias diferentes;

• a estrutura terciária é o dobramento final da cadeia polipeptídica por interação de algumas regiões, ou seja, segmentos distantes da estru-tura primária podem se aproximar e interagir;

• a estrutura quaternária trata-se da associa-ção de duas ou mais cadeias polipeptídicas para organizar um proteína funcional.

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Ao ser sintetizada na célula, uma proteí-na assume sua estrutura espontaneamente por meio das sucessivas ligações entre os aminoáci-dos. Assim, ela assume uma conformação cha-mada nativa. No entanto, quando ocorrem al-terações físicas e químicas no ambiente próprio dessa proteína, ela pode sofrer modificações em sua estrutura espacial, chegando mesmo a perder a sua função biológica. Essa proteína é chamada, então, desnaturada.

2.3 Alterações Estruturais das Proteínas

A desnaturação das proteínas pode ser pro-vocada por inúmeros fatores, mas um dos princi-pais é o aquecimento. Na maioria das proteínas, a temperatura de desnaturação está situada abaixo de 100 ºC.

Figura 5 – Desnaturação da proteína.

Fonte: http://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/704.htm.

Alguns exemplos bastante conhecidos da desnaturação das proteínas são a albumina do ovo, que quando aquecida perde sua estrutura e função, assumindo o aspecto sólido e branco tão bem conhecido quando o cozinhamos, e a ca-seína, quando o leite é acidificado, por exemplo, pelo crescimento bacteriano.

Outro fator que pode ocasionar a desnatu-ração das proteínas é a adição de solventes orgâ-nicos polares e de compostos com grande capa-cidade de formar pontes de hidrogênio, como a ureia, detergentes e sabões.

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Toda célula aeróbia depende do aporte con-tínuo de oxigênio para manter seu metabolismo. Ao mesmo tempo, o dióxido de carbono resultan-te da oxidação dos nutrientes deve ser removido continuamente. Existem organismos que fazem essas trocas por meio da difusão diretamente com o meio, porém os organismos pluricelulares complexos, como os vertebrados, necessitam de um mecanismo mais complexo exercido por ele-mentos do sangue.

2.4 Hemoglobina

Dos pulmões aos tecidos, o transporte de oxigênio é feito pela hemoglobina presente nas hemácias. O dióxido de carbono produzido pe-los tecidos se converte em ácido carbônico, que se ioniza em bicarbonato e H+. O bicarbonato é conduzido aos pulmões e eliminado como dióxi-do de carbono e os íons H+ são removidos pela hemoglobina. Portanto, a hemoglobina, além de transportar oxigênio, exerce um poderoso efeito tampão, impedindo variações do pH do sangue.

2.5 Enzimas

A vida celular é mantida por meio da ocor-rência de um conjunto de reações químicas que precisam atender a duas exigências fundamen-tais: a velocidade das reações deve ser adequada à fisiologia celular e ser altamente específica, ge-rando produtos definidos. Qualquer insuficiência na produção ou remoção de metabólitos pode gerar desequilíbrios, levando a condições pa-tológicas. É a presença de enzimas em todos os processos metabólicos que permite que sejam cumpridas as exigências citadas. Sendo catalisa-doras, as enzimas aumentam exponencialmente a velocidade das reações e, sendo específicas, se-lecionam, entre as reações possíveis, aquelas que realmente devem ocorrer.

A ligação da enzima com o substrato dá-se em uma determinada região, pequena, mas bem definida, embora toda a molécula enzimática seja importante para a aceleração do processo catalí-tico. Essa região específica, chamada sítio ativo da enzima, é composta por uma cavidade com forma definida, que se reveste por cadeias late-rais de aminoácidos. Esses aminoácidos se apro-ximam uns dos outros pelos dobramentos da cadeia peptídica, que determina a estrutura es-pacial da proteína. É justamente a forma do sítio ativo, associada aos grupos Rs dos aminoácidos,

que se responsabiliza pela grande, e importante, especificidade enzimática, uma vez que permite à enzima reconhecer seu substrato.

Figura 6 – Modelo de encaixe entre a enzima e o substrato.

Uma molécula, para ser designada como substrato, deve apresentar uma configuração espacial complementar à do sítio ativo, além de conter grupos químicos que se ligam especifica-mente com as cadeias laterais de aminoácidos deste.

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Caro(a) aluno(a),

As proteínas são os componentes celulares mais abundantes e também as moléculas que mais se diversificam quanto à forma e função, podendo ser estruturais e dinâmicas. Apesar de se apresentarem com estruturas e funções tão variadas, são sintetizadas a partir de apenas 20 aminoácidos diferentes. São, portanto, polímeros de aminoácidos, ou seja, cadeias desses componentes que se organizam lado a lado em números variados.

Os aminoácidos apresentam em sua estrutura um grupo amino (-NH2) e um grupo carboxila (-COOH). Formam polímeros por meio da ligação de um grupo carboxila de um aminoácido com o grupo amino de outro. Essa ligação é chamada ligação peptídica e ocorre com a exclusão de uma molécula de água. A cadeia polipeptídica pode conter de dois a milhares de aminoácidos.

As proteínas podem ser formadas por uma ou mais cadeias polipeptídicas e, normalmente, contêm mais de 50 aminoácidos. O tipo de aminoácido e como se dispõe resultam na organização espacial da proteína.

A vida celular é mantida por meio da ocorrência de um conjunto de reações químicas que precisam atender a duas exigências fundamentais: a velocidade das reações deve ser adequada à fisiologia celular e ser altamente específica, gerando produtos definidos. É a presença de enzimas em todos os processos


Quadro 1 – As seis classes de enzimas e as reações que catalisam.

Classe Tipo de reação Descrição

1. Oxirredutase AH2 + B ⇔ A + BH2

Catalisa reações de oxirredução, transferindo elétrons, hidretos (H-) ou prótons (H+).

2. Transferase A–X + B ⇔ A + B–X Transfere grupos químicos entre moléculas.

3. HidrolaseA–B + H2O ⇔ A–H + B–OH

Utiliza a água como receptora de grupos funcionais de outras moléculas.

4. Liase

X Y

l l

A=B + X–Y ⇔ A–B

Forma ou destrói ligações duplas, respectivamente retirando ou adicionando grupos funcionais.

5. Isomerase

X Y Y X

l l l l

A–B ⇔ A–B

Transforma uma molécula no seu isômero.

6. Ligase A + B ⇔ A–BForma ligações químicas por reações de condensação, consumindo energia sob a forma de trifosfato de adenosina (ATP).


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metabólicos que permite que sejam cumpridas as exigências citadas. Sendo catalisadoras, as enzimas au-mentam exponencialmente a velocidade das reações e, sendo específicas, selecionam, entre as reações possíveis, aquelas que realmente devem ocorrer.

A ligação da enzima com o substrato dá-se em uma determinada região, pequena, mas bem defi-nida, embora toda a molécula enzimática seja importante para a aceleração do processo catalítico. Essa região específica é chamada sítio ativo da enzima.


1. Aponte as principais funções das proteínas.

2. Explique a estrutura das proteínas.

3. Qual é a importância das enzimas para o meio ambiente?


Caro(a) aluno(a),

Os carboidratos são amplamente encontra-dos em plantas e animais, desempenhando fun-ções estruturais e metabólicas. Nas plantas, ocor-re a síntese de glicose, no processo conhecido como fotossíntese, a partir de dióxido de carbono e água. Ela é armazenada na forma de amido ou é utilizada na formação da celulose, responsável pela sustentação das plantas. Os animais podem sintetizar carboidratos a partir do glicerol, dos li-pídios e de aminoácidos, mas a maior parte dos carboidratos utilizados pelos animais é de origem vegetal.

CARBOIDRATOS3

A glicose é o carboidrato mais importante sob muitos aspectos. É na forma de glicose que a grande maioria dos carboidratos da dieta é ab-sorvida e passa para a corrente sanguínea, sendo que o fígado converte em glicose todos os outros açúcares. É a principal fonte de energia para o metabolismo dos tecidos dos mamíferos, com ex-ceção dos ruminantes, e é, também, a fonte uni-versal de energia dos fetos.

A glicose é precursora de todos os demais carboidratos do organismo, incluindo o glicogê-nio (forma como a glicose é armazenada no fíga-do), a ribose, a desoxirribose (que forma os ácidos nucleicos), a galactose (açúcar do leite), os glicoli-pídios e as glicoproteínas.

3.1 Estrutura dos Carboidratos

Os carboidratos são derivados aldeídicos ou cetônicos de álcoois poli-hidroxilados. São classi-ficados em:

�� monossacarídeos: são os carboidratos mais simples e que, portanto, não po-dem ser hidrolisados. Podem ser clas-sificados em trioses, tetroses, pentoses, hexoses e heptoses, de acordo com o número de átomos de carbono. Tam-bém podem ser divididos em cetoses e aldoses, dependendo da presença de grupo cetônico ou aldeídico na molécu-la. Vejamos os exemplos no Quadro 2:

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Quadro 2 – Classificação de açúcares importantes.

Aldoses Cetoses

Trioses (C3H6O3) Glicerose Di-hidroxiacetona

Tetroses (C4H8O4) Eritrose Eritrulose

Pentoses (C5H10O5) Ribose Ribulose

Hexoses (C6H12O6) Glicose Frutose

�� dissacarídeos: originam-se a partir da condensação de dois monossacarídeos. São exemplos a maltose e a sacarose;

�� oligossacarídeos: originam-se a partir da condensação de dois a dez monos-sacarídeos. Como exemplo, temos a maltotriose;

�� polissacarídeos: originam-se a partir da condensação de mais de dez mo-nossacarídeos. São exemplos clássicos os amidos e as dextrinas. Podem ser po-límeros lineares ou ramificados.

Existem depósitos de amido nos cloroplas-tos das células vegetais sob a forma de grânulos e nos amiloplastos, organelas especializadas no armazenamento do polissacarídeo. O amido é o carboidrato mais abundante na dieta dos seres

humanos, seguido por sacarose e lactose. Portan-to, o principal produto advindo da digestão dos carboidratos é a glicose e, depois, em menores quantidades, a frutose e a galactose.

Carboidratos como a celulose, componente de fibras usadas em nossa dieta, não podem ser digeridos pelos seres humanos, devido à ausên-cia de enzimas capazes de hidrolisar esse polissa-carídeo.

AtençãoAtenção

Os carboidratos apresentam funções bas-tante diversificadas, como a sustentação, no caso da celulose nos vegetais, e a reserva, no caso do glicogênio nos animais e do amido nos vegetais. Também podem aparecer liga-dos a lipídios e proteínas, como componen-tes de membranas.


Caro(a) aluno(a),

Os carboidratos são os componentes mais importantes dos alimentos e tecidos animais, sendo a glicose o carboidrato mais importante na bioquímica dos mamíferos, visto que praticamente todo car-boidrato contido nos alimentos é transformado nela, para ser metabolizado e fornecer energia para to-das as funções orgânicas.

Eles são divididos e caracterizados de acordo com o tipo e o número de monossacarídeos de suas moléculas.

O amido e o glicogênio são polímeros da glicose armazenados nas plantas e nos animais, respecti-vamente. O amido é a nossa principal fonte de energia proveniente da dieta.

Biotecnologia


1. Qual é a importância dos carboidratos?

2. Explique a divisão dos carboidratos e dê exemplos para cada uma delas.



Caro(a) aluno(a),

Os lipídios formam um grupo heterogêneo de compostos que se relacionam mais por suas propriedades físicas do que por suas proprieda-des químicas. Nesse grupo, incluem-se:

�� as gorduras;

�� os óleos;

�� os esteroides;

�� as ceras;

�� compostos relacionados.

Apresentam as seguintes propriedades co-muns:

�� relativamente insolúveis em água;

�� solúveis em solventes apolares, como éter e clorofórmio.

Compõem importantes elementos da dieta, pelos seus valores energéticos elevados e tam-

LIPÍDIOS4

bém por fazerem parte das vitaminas lipossolú-veis e ácidos graxos essenciais contidos nos ali-mentos naturais.

No organismo, as gorduras têm a função de isolantes térmicos no tecido subcutâneo e ao redor de alguns órgãos e são armazenadas sob a forma de tecido adiposo. Também desempe-nham a função de isolantes elétricos, no caso dos lipídios apolares. Essa função permite uma rápi-da propagação de ondas dos nervos, com uma camada de mielina. Uma combinação de lipídios com proteínas forma as chamadas lipoproteínas, que constituem importante elemento formador da membrana celular e das mitocôndrias, tam-bém servindo como transporte de lipídios no sangue. Outra importante função é ser reserva de energia.

São classificados como simples ou com-plexos. Lipídios simples são ésteres de ácidos graxos com vários álcoois: gorduras (gordura no estado líquido é chamada óleo) e ceras. Lipídios complexos são ésteres de ácidos contendo ou-tros grupos, além de um álcool e de um ácido: fosfolipídios, glicolipídios e outros.

4.1 Estrutura dos Lipídios

Abordaremos de forma sucinta as principais categorias de lipídios.

Ácidos Graxos

São ácidos monocarboxílicos, geralmente apresentando uma cadeia de carbonos longa, sempre com número par de átomos de carbono

e sem ramificações, a qual pode ser saturada ou insaturada. A cadeia carbônica representa a re-gião apolar e o grupo carboxila se constitui como a porção polar.

Raramente encontramos ácidos graxos li-vres no organismo. Frequentemente, estão liga-dos a um álcool, como o glicerol ou a esfingosina.

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Figura 7 – Ácidos graxos saturado e insaturado.


A maioria dos ácidos graxos tem um nome usual associado à sua origem e/ou função. No Quadro 3, encontram-se

tanto o nome usual quanto o oficial.

Quadro 3 – Nomes usual e oficial de ácidos graxos.

Nome comum Nome IUPAC Fórmula estrutural

Ácido butírico Ácido butanoico

Ácido caproico Ácido hexanoico

Ácido caprílico Ácido octanoico

Ácido láurico Ácido duodecanoico

Ácido mirístico Ácido tetradecanoico

Ácido palmítico Ácido hexadecanoico

Ácido esteárico Ácido octadecanoico

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_but%C3%ADrico

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_butan%C3%B3ico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:%C3%81cido_butan%C3%B3ico.png

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_capr%C3%B3ico

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_hexan%C3%B3ico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:%C3%81cido_capr%C3%B3ico.png

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_capr%C3%ADlico

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_octan%C3%B3ico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:%C3%81cido_capr%C3%ADlico.png

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_l%C3%A1urico

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_duodecan%C3%B3ico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:%C3%81cido_laurico.png

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_mir%C3%ADstico

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_tetradecan%C3%B3ico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:%C3%81cido_mer%C3%ADstico.png

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_palm%C3%ADtico

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_hexadecan%C3%B3ico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:%C3%81cido_palm%C3%ADtico.png

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_este%C3%A1rico

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_octadecan%C3%B3ico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:%C3%81cido_este%C3%A1rico.png

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Triacilgliceróis

Também conhecidos como triglicerídios ou triglicérides, constituem os lipídios mais abun-dantes na natureza e são formados por três molé-culas de ácidos graxos esterificados ligados a uma molécula de glicerol. São compostos essencial-mente apolares e, portanto, muito hidrofóbicos.

Figura 8 – Triacilglicerol.

As gorduras animais e os óleos vegetais são misturas de triacilgliceróis, diferindo apenas na composição em ácidos graxos, o que também os diferencia no ponto de fusão. As gorduras animais são sólidas à temperatura ambiente, porque seus triacilgliceróis são ricos em ácidos graxos satura-dos. Já os óleos vegetais, por serem ricos em áci-dos graxos insaturados, são líquidos em tempera-tura ambiente.

Óleos vegetais são muito utilizados na fabrica-ção de margarina, por meio de um processo chamado hidrogenação, que os torna sólidos em temperatura ambiente. Se aquecermos a margarina, esse processo é modificado e ela não volta a se solidificar em temperatura am-biente. O mesmo não ocorre com a manteiga, que, sendo de origem animal, após o aqueci-mento e consequente alteração para o estado líquido, volta ao estado sólido quando retorna à temperatura ambiente.

CuriosidadeCuriosidade

Glicerofosfolipídios

São derivados do glicerol e contêm fosfato em sua estrutura. Sua molécula é composta por uma região polar (grupo fosfato e seus substituin-tes) e uma porção apolar (ácidos graxos e glice-rol). Por conterem fosfato, normalmente são cha-mados fosfolipídios.

Esfingolipídios

Os esfingolipídios se assemelham aos glice-rofosfolipídios em sua estrutura geral. Entretanto, os primeiros não contêm glicerol e seu esqueleto básico se forma a partir de um aminoálcool con-tendo uma longa cadeia de hidrocarbonetos.

Esteroides

Esteroides são lipídios com uma estrutu-ra tetracíclica característica e apresentam como composto-chave o colesterol. Este é o esteroide mais abundante nos tecidos animais e também serve de precursor à síntese de todos os outros esteroides, como os hormônios esteroides (hor-mônios sexuais e cortisona), sais biliares e vitami-na D.

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Os triacilglicerídios são as formas mais efi-cientes de armazenar energia nos seres vivos. Por serem compostos altamente reduzidos, sua oxi-dação libera quantidade muito maior de energia do que a oxidação de quantidades equivalentes de carboidratos ou proteínas. Encontram-se ar-mazenados nos tecidos adiposo, visceral e sub-cutâneo nos vertebrados e também funcionam como proteção contra choques mecânicos e iso-lantes térmicos.

4.2 Funções Mais Comuns dos Lipídios

Os demais lipídios descritos atuam como elementos estruturais nas membranas biológicas, função muito importante na determinação das características dessas membranas.


Caro(a) aluno(a),

Os lipídios apresentam a propriedade comum de serem relativamente solúveis em solventes não polares e insolúveis na água. São classificados como simples ou complexos e desenvolvem funções im-portantes de armazenamento de energia, isolante térmico, proteção contra traumas mecânicos e estru-tura das membranas biológicas.

Seus principais representantes são os ácidos graxos, os triacilgliceróis, os glicerofosfolipídios, os esfingolipídios e os esteroides.


1. Quais são as principais funções dos lipídios?

2. Quais são os principais representantes dos lipídios? Qual é a estrutura básica de cada um deles?


Caro(a) aluno(a),

O solo apresenta-se como um ambiente ex-tremamente complexo de seres vivos e em gran-de parte devido à presença bilhões de microrga-nismos. São eles as bactérias, os fungos, as algas, os protozoários e os vírus. São, portanto, duas as características a ser consideradas diante da rique-za de possibilidades de uso dos solos: abundância e diversidade.

Os microrganismos se responsabilizam pe-las inúmeras transformações essenciais quando convertem plantas mortas e matéria animal em substâncias inorgânicas simples que nutrem as plantas.

MICROBIOLOGIA DO SOLO E DO AR5

Estudaremos, neste capítulo, os tipos de mi-crorganismo que vivem no solo e também no ar e como eles realizam importantes transformações bioquímicas. Eles são essenciais em vários pro-cessos bioquímicos, porque reciclam importan-tes elementos, como o enxofre, o nitrogênio e o carbono. Esses processos são fundamentais para a biotecnologia, como veremos mais adiante.

5.1 O Ambiente do Solo

No solo, há um encontro entre a biologia e a geologia, podendo as camadas de solo influenciar ou determinar a atividade biológica e vice-versa.

A matéria orgânica entra no solo a partir de várias fontes e pode ser classificada como insolú-vel, solúvel e microbiana. Como matéria orgânica insolúvel, temos o exemplo do húmus, formado a partir da decomposição microbiana de resíduos de plantas e animais. Ele é benéfico para o solo por melhorar sua estrutura, promovendo uma lenta liberação de nutrientes, aumentando a ca-pacidade de tamponamento do solo e de reten-ção de água. Como compostos orgânicos solúveis no solo, podemos citar os produtos de degrada-ção de polímeros complexos dos tecidos de plan-tas e animais e células microbianas, como açúca-

res da celulose, compostos fenólicos da lignina e aminoácidos das proteínas.

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A quantidade e os tipos de microrganismo no solo estão diretamente relacionados com fa-tores ambientais, como a quantidade e tipos de nutriente disponíveis, umidade, aeração, tempe-ratura, pH, atividades antrópicas e suas conse-quências, como aplicação de adubos ou dejetos de esgoto, ocorrência de enchentes e erosão.

Bactérias

Representam a maior parte da popula-ção microbiana do solo, tanto no que se refere à quantidade quanto à variedade.

Grande parte das bactérias corresponde a bacilos esporulados, como Bacillus, Clostridium, Pseudomonas, Rhizobium e Nitrobacter. Outras são actinomicetes, como Nocardia, Streptomyces e Micronospora. Essas últimas são os microrganis-mos responsáveis pelo odor de mofo e de terra característico de um campo arado recentemente. Actinomicetes apresentam importante tarefa de aumento de fertilidade do solo a partir da degra-dação de substâncias complexas.

Cianobactérias são fotossintéticas e desem-penham papel fundamental na transformação das rochas em solo. Crescem em superfícies de ro-chas recém-expostas e suas células acumulam-se como depósitos orgânicos. Isso determina uma base de nutrientes que permite o crescimento de outras bactérias e fungos, além de uma produção de ácidos que dissolvem os constituintes minerais das rochas. Tanto o acúmulo de matéria orgâni-ca quanto a dissolução dos minerais contribuem para um ambiente adequado para o crescimento de líquen, depois musgo e mais tarde plantas su-periores. Também são importantes pelo forneci-mento de nitrogênio para certas plantações.

5.2 Microrganismos do Solo

Fungos

Existem muitas espécies diferentes de fun-gos habitando o solo, mas há uma quantidade consideravelmente maior em áreas próximas à superfície onde prevalecem condições de aeró-bios. As espécies mais comuns no solo são Penicil-lium, Rhizopus, Fusarium e Aspergillus. As espécies que predominam dependem de condições físicas e químicas do solo, como nutrientes e pH.

Os fungos são ativos na decomposição de constituintes orgânicos complexos, como celulo-se, lignina e pectina. Leveduras importantes para a indústria são encontradas em solos de vinhe-dos, pomares e apiários.

Algas

A quantidade de algas encontrada no solo geralmente é menor que a de bactérias e fungos. As principais espécies encontradas são Cloro-phyta, algas verdes e Chrysophyta. Sua atividade bioquímica é bem menos importante que a das bactérias e fungos, mas em algumas condições as algas podem desempenhar alterações benéficas. Por exemplo, em terras com erosões e improdu-tivas, elas podem iniciar um acúmulo de matéria orgânica e, associadas aos fungos, auxiliam na transformação das rochas.

Protozoários e Vírus

Os protozoários encontram-se em quanti-dades pequenas nos solos, mas muitos se alimen-tam de bactérias e outros materiais orgânicos. Ví-rus de plantas e animais também podem ocorrer esporadicamente no solo em tecidos de animais mortos e em excretas de animais.

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AtençãoAtenção

A rizosferaA região onde o solo e as raízes das plantas se encontram é conhecida como rizosfera. Os tipos de microrga-nismo da rizosfera são diferentes daqueles encontrados em solo livre e seu número também é muito maior nessa região. As bactérias são os microrganismos predominantes, porque seu crescimento é estimulado por nutrientes como aminoácidos e vitaminas liberados do tecido radicular. Os produtos do metabolismo microbia-no liberados na rizosfera são aproveitados, estimulando o crescimento das plantas. No entanto, há muito ainda por se conhecer sobre essas interações, porque a rizosfera é um sistema biológico extremamente complexo.

5.3 Microrganismos na Reciclagem

A Terra é um sistema fechado, no qual toda a quantidade de matéria permanece constante. No entanto, alterações no estado químico da matéria ocorrem continuamente, produzindo elementos simples ou compostos complexos. Plantas e mi-crorganismos utilizam compostos inorgânicos simples como nutrientes para suas atividades, en-quanto animais necessitam de compostos orgâ-nicos mais complexos para sua nutrição.

Conclui-se que a vida em nosso planeta depende de interações a partir da reciclagem de compostos químicos do seu estado elemen-tar para compostos inorgânicos e, depois, para compostos orgânicos, com o retorno ao seu esta-do elementar. Os microrganismos são essenciais para essas reações bioquímicas.


Interações dos Microrganismos e do Solo

Existe uma condição em que indivíduos de uma espécie vivem em associação com indivíduos de outra espécie, a qual é chamada simbiose. No solo, as relações simbióticas são muito comuns e os organismos podem inte-ragir de várias maneiras. Algumas dessas relações podem ser benéficas para uma ou mais espécies envolvidas, enquanto outras podem ter caráter inibitório. Tudo isso é extremamente importante para a manutenção do equilíbrio ecológico.As diferentes maneiras de interações simbióticas entre organismos são descritas com denominações específicas, como mutualismo, comensalismo, antagonismo, competição, parasitismo e predação.

Transformações Bioquímicas de Nitrogênio

Todas as transformações do nitrogênio e dos compostos nitrogenados podem ser de-monstradas por meio de um esquema ou uma sé-rie sequencial de reações, conhecida como ciclo do nitrogênio.

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Figura 9 – Ciclo do nitrogênio.

O nitrogênio atmosférico se converte em amônia e, então, em aminoácidos, que são utili-zados para a biossíntese de compostos orgânicos complexos contendo nitrogênio, como é o caso das proteínas. Posteriormente, as proteínas são degradadas em compostos orgânicos mais sim-ples, os peptídios e os aminoácidos. Em seguida, esses novos compostos são convertidos em com-postos nitrogenados inorgânicos, como amônia, nitritos e nitratos. Os nitratos são convertidos em nitrogênio atmosférico, completando, assim, o ciclo.

Os microrganismos revelam-se com um papel fundamental em várias etapas do ciclo do nitrogênio, iniciando com a conversão do nitro-gênio atmosférico em amônia.

Transformações Bioquímicas do Carbono

Assim como no ciclo do nitrogênio, o dióxi-do de carbono e suas transformações bioquími-cas ou, ainda, outros compostos carbonados po-dem ser visualizados como uma sequência cíclica de reações.

O dióxido de carbono atmosférico se fixa em compostos orgânicos simples durante o pro-cesso de fotossíntese. A partir disso, compostos mais complexos, como a celulose, são sintetiza-dos. Finalmente, esses compostos complexos são degradados em moléculas menores e são oxida-dos, formando dióxido de carbono. Está comple-to o ciclo.

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Figura 10 – Ciclo do carbono.

Transformações Bioquímicas do Enxofre

O enxofre também passa por um ciclo de transformações mediado por microrganismos, alguns oxidam vários compostos sulfurados e ou-tros os reduzem.

O enxofre não pode ser utilizado em sua forma elementar por plantas e animais; para isso, algumas bactérias podem oxidá-lo, transforman-do-o em sulfato. Essa forma de sulfato é pronta-mente utilizada por todas as formas de vida. As plantas utilizam o enxofre presente no sulfato para a composição de aminoácidos, que, como já vimos, são componentes das proteínas. Já o sul-fato pode ser reduzido a sulfeto de hidrogênio, também por ação dos microrganismos do solo, enquanto outros podem oxidar esse composto formando enxofre elementar.


Biodegradação de Herbicidas e Pesticidas

Herbicidas são substâncias químicas que matam plantas, especificamente ervas indesejadas entre as plantações, enquanto pesticidas são substân-cias químicas que matam pragas. Com relação ao solo, entendemos pragas como insetos, fungos e nematódeos que causam prejuízos à produção rural. Por isso, podemos classificar os inseticidas, de forma mais específica, como inseticidas, fungi-cidas e nematocidas.Obviamente, a aplicação de herbicidas e pestici-das em geral melhora a produção. No entanto, seu uso em curto e longo prazo pode trazer diversos prejuízos ao ambiente e à saúde humana e dos animais. Algumas questões preocupam os cien-tistas do solo: microrganismos podem degradar pesticidas e herbicidas no solo? Em quanto tem-po? Essas substâncias podem interferir na vida dos microrganismos?Uma alternativa que cresce cada vez mais em in-teresse é o uso de microrganismos que atacam os insetos, chamados bioinseticidas.

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O ar não é um meio passível de crescimento de microrganismos, mas é portador de poeiras e gotículas que podem carreá-los. Portanto, a po-pulação microbiana do ar é transitória e variável.

Microrganismos presentes no ar podem ser transportados por poucos centímetros até lon-gas distâncias, como muitos quilômetros. Alguns podem ser transmitidos ao homem pelo ar em segundos, enquanto outros podem sobreviver por anos. Algumas circunstâncias determinam o destino final dos microrganismos transportados pelo ar, incluindo umidade, temperatura, quanti-dade de luz solar e tamanho das partículas que os transportam.

5.4 Microrganismos do Ar

Ventos levantam poeira do solo e as par-tículas de pó carregam microrganismos, como também as gotas de água, que podem ser ori-ginadas em superfície de oceanos, baías, lagos e outras coleções naturais de água e entram na atmosfera. No entanto, existem vários processos industriais e agrícolas que podem produzir aeros-sóis carregados de microrganismos, como irriga-ção de lavouras a partir de efluentes de esgotos, filtros gotejadores em instalações de despejo de esgotos e matadouros de animais.

Na atmosfera, são isolados microrganismos como algas, protozoários, leveduras, bolores, bac-térias e vírus.


Caro(a) aluno(a),

Os solos apresentam-se com grande variedade de características físicas e químicas, o que influencia diretamente o número e tipos de microrganismo nesse meio.

Podemos afirmar que todas as formas de vida microbiana ocorrem no solo, mas as bactérias são os microrganismos que predominam. Isso não significa que os fungos, algas e protozoários presentes nos solos não são importantes. No solo, os microrganismos interagem, formando enormes comunidades. Essas interações determinam a atividade microbiana no solo, assim como sua qualidade.

A vida na Terra se mantém a partir da reutilização contínua de elementos e compostos químicos, por meio de reações químicas fundamentais realizadas por microrganismos. É fundamental seu papel de conversão de compostos orgânicos em compostos inorgânicos. Assim, conhecemos e notamos a impor-tância dos ciclos bioquímicos, como do nitrogênio, do carbono e do enxofre.

O uso de herbicidas e pesticidas em larga escala na agricultura tem preocupado cientistas devido aos resultados na poluição do solo e da água. Inseticidas biológicos ou microrganismos que atacam os insetos podem representar uma importante alternativa, substituindo esses agressores químicos.

Os microrganismos podem estar presentes na atmosfera a partir do solo ou das camadas superfi-ciais de coleções de água. Podem, assim, se apresentar em partículas de poeira ou em gotículas de água suspensas no ar. As espécies predominantes na atmosfera são as bactérias e fungos.

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1. Quais são os fatores que afetam a quantidade e os tipos de microrganismo no solo?

2. Faça uma comparação entre os seguintes microrganismos presentes no solo: bactérias, fungos, algas, protozoários e vírus.

3. Qual é a fonte de microrganismos no ar? Quais são os tipos encontrados?



Caro(a) aluno(a),

A umidade na Terra passa por um processo de circulação contínua, fornecendo água para as necessidades de todos os seres vivos. Por meio do ciclo hidrológico, a água entra na atmosfera pela evaporação de lagos, rios e oceanos e pela trans-piração dos animais, incluindo o homem, e das folhas das plantas. Outro processo que contribui

MICROBIOLOGIA DA ÁGUA6

muito para a evaporação da água, principalmen-te nos dias atuais, é a combustão. Em seguida, precipita-se e retorna à crosta terrestre sob a for-ma de neve, granizo ou chuva. Em contato com a superfície, ou penetra na terra, alimentando os aquíferos subterrâneos, ou escorre livremente até encontrar os leitos das diversas coleções de águas superficiais.

Figura 11 – Ciclo hidrológico.

Dentro desse ciclo, podemos classificar a água em três categorias principais, com base em sua localização:

�� água atmosférica: presente nas nu-vens, se precipita na forma de chuva, granizo ou neve;

�� água superficial: coleções de água, como lagos, rios, ribeirões, mares e oceanos;

�� água subterrânea: preenche espaços internos do solo ou entre rochas subter-râneas, formando os lençóis e aquíferos.

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As águas naturais podem abrigar muitos microrganismos, que podem estar em águas do-ces de lagos, açudes, nascentes, pântanos e rios, em águas salgadas como mares e oceanos e em águas de estuários, regiões entre as fontes de águas doces e oceanos. Para estudá-los, é preciso levar em consideração as diversas características físicas e químicas de cada um desses ambientes aquáticos, as quais se relacionam, principalmen-te, com a temperatura, pressão, luminosidade, sa-linidade, turvação, pH e nutrientes.

Temperatura

A temperatura das águas superficiais varia entre 0 ºC e 40 ºC nas regiões polares e equato-riais, respectivamente. Abaixo da superfície das águas, mais de 90% do ambiente marinho está abaixo de 5 ºC.

Existem bactérias adaptadas para viver em quaisquer dessas temperaturas e isso é bastante significativo do ponto de vista científico, pois es-tudos de mecanismos de sobrevivência em faixas diferentes de temperatura podem trazer muitas informações e elucidar diversos problemas re-lacionados ao meio ambiente e suas mudanças climáticas de ordem natural ou provocadas pelas atividades humanas.

Pressão Hidrostática

Pressão hidrostática é a pressão do fundo de uma coluna vertical de água. Ela aumenta com a profundidade da água a uma proporção de 1 atmosfera a cada 10 m. Grandes profundidades acarretam alta pressão hidrostática, que é o que ocorre no fundo do mar. Isso pode gerar inúme-ras alterações que afetam os sistemas biológicos, como mudanças na velocidade de reações quí-micas, na solubilidade e no ponto de ebulição da água.

6.1 O Ambiente Aquático

Existem microrganismos que crescem sob altas pressões hidrostáticas, chegando a ser en-contrados em profundidades de 10.000 m.

Luz

A vida aquática depende em grande escala, direta ou indiretamente, de produtos metabóli-cos de organismos fotossintéticos, como algas e cianobactérias. O crescimento desses micror-ganismos se restringe às camadas superiores de águas, nas quais a luz pode penetrar. A camada de água na qual pode ocorrer fotossíntese é cha-mada zona fótica.

Salinidade

A salinidade, ou concentração de cloreto de sódio, de águas naturais pode variar de qua-se zero, nas águas doces, até a saturação (32% de NaCl), em lagos salgados. A água marinha con-tém, em média, 2,75% de NaCl.

Além de cloreto de sódio, existem outros sais encontrados na água, como sulfatos e carbo-natos de sódio e cloretos, sulfatos e carbonatos de potássio, cálcio e magnésio. De maneira geral, concentrações de sais acima de 4% inibem o cres-cimento de microrganismos.

Turvação

O material em suspensão na água é respon-sável pela turvação e pode variar muito nas águas superficiais. Os principais materiais responsáveis pela turvação são as partículas de materiais mine-rais vindas de erosão, detritos oriundos de maté-ria orgânica na decomposição de vegetais e ani-mais e microrganismos suspensos.

Quanto mais turva a água, menor a capaci-dade de penetração da luz e, portanto, menor a zona fótica. O material particulado também pode

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servir de apoio para alguns microrganismos ou de substrato para o seu metabolismo.

pH

Microrganismos que vivem em meio aquá-tico normalmente crescem bem em uma faixa de pH entre 6,5 e 8,5. O pH da água do mar se situa entre 7,5 e 8,5. Os lagos e rios têm variações muito amplas de pH, de acordo com as condições am-bientais locais.

Nutrientes

Tanto a quantidade quanto a qualidade de materiais orgânicos e inorgânicos do ambiente aquático podem influenciar significativamente o crescimento microbiano.

Nitratos e fosfatos promovem o cresci-mento de algas e são constituintes inorgânicos comuns, porém quantidades excessivas dessas substâncias provocam um supercrescimento de algas, esgotando o fornecimento de oxigênio da água. Isso leva à morte de todas as outras formas de vida aquática.

Esgotos industriais e outras atividades hu-manas alteram sobremaneira a carga de nutrien-tes das águas, afetando, assim, toda a vida aquáti-ca, seja em águas doces ou salgadas.

AtençãoAtenção

Fica bem evidente que as características físi-cas e químicas dos diversos ambientes aquá-ticos determinam a quantidade e qualidade de microrganismos presentes e atuantes. Em biotecnologia, esse estudo é fundamental, pois determina as condições de melhora-mento ou utilização desses microrganismos em atividades de interesse ambiental, social e econômico.

6.2 Distribuição dos Microrganismos no Ambiente Aquático

Existem microrganismos em todas as pro-fundidades do ambiente aquático, variando des-de a superfície até as valetas dos oceanos. A ca-mada superior e o sedimento do fundo contêm um grande número de organismos, significativa-mente maior do que as zonas intermediárias.

A coleção de vida microbiana que vive na superfície de pântanos, lagos e oceanos flutuan-do é denominada plâncton. Condições como luz solar, ventos, maré, correntezas, quantidade de nutrientes e ingestão por formas superiores de-terminam e afetam o número e os tipos de orga-nismo na população planctônica. Microrganismos que habitam o fundo de um corpo d’água são co-nhecidos como organismos bênticos ou bentôni-

cos. Coletivamente, são chamados bentos. A zona em que vivem os bentos é justamente a área mais rica, em número e tipos de microrganismo, de um sistema aquático.

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Figura 12 – Exemplos de animais bentônicos.

Fonte: http://www.angelfire.com/ma4/meio_ambiente/marinho.html.


Fitoplânctons são as algas e cianobactérias. São considerados os plânctons mais importantes, por serem fotossintetizantes e, portanto, produ-tores primários de matéria orgânica.Zooplânctons consistem em protozoários e ou-tros seres vivos microscópicos.

Águas Doces

Nos lagos e pântanos, as zonas profunda e bêntica são amplamente povoadas por organis-mos heterotróficos, mas as demais zonas pos-suem uma variedade maior de mi-crorganismos. Essas são as regiões com maiores índices de produção de compostos orgânicos e inorgâ-nicos. A produtividade é afetada pelas características químicas dos lagos e pântanos e pela natureza de materiais provenientes de cór-regos e rios.

No caso dos rios e córregos, a maioria dos nutrientes é oriunda do sistema terrestre circundante. A população de microrganismos aquáticos reflete as condições ter-restres, o que inclui os efeitos de práticas domésticas, agrícolas e industriais.

Figura 13 – Água doce.

Fonte: http://naturezabiologica.blogspot.com.br/2009/11/vida--na-agua-agua-doce.html.

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Estuários

Os estuários sofrem variações constantes por receberem água e materiais de diversas fon-tes. Condições como temperatura, salinidade, turvação, carga de nutrientes e outras podem variar largamente ao longo do tempo. Portanto, a população de microrganismos dos estuários está sujeita à flutuação.

Existem algas aquáticas que produzem toxinas letais para peixes e outros animais; são as neurotoxinas, que estão entre as toxinas mais potentes de que se tem notícia. As algas podem viver em glândulas digestivas ou sifões de moluscos bivalves, como mariscos, mexilhões, ostras e outros. Essas toxinas causam paralisia quando ingeridas pelo homem e já houve relatos de mortes de animais por ingerirem água contendo essas algas.


Algumas espécies microbianas são nativas, enquanto outras são transitórias nos estuários, provenientes de fontes atmosféricas, domésticas, industriais ou agrícolas.

Figura 14 – Estuário.

Fonte: http://revistapesquisa.fapesp.br/2011/09/06/bercarios-moveis/.

Oceanos

Nos oceanos, podemos encontrar microrga-nismos habitando todas as profundidades e lati-tudes. A população de fitoplâncton é constituída por inúmeras espécies de cianobactérias e algas que se responsabilizam pela conversão de ener-gia radiante em energia química. Sob certas con-dições, esses microrganismos podem crescer em

enormes populações nas áreas costeiras, o que resulta em alterações da cor das águas.

Além de bactérias e algas marinhas, pode-mos encontrar alguns fungos e protozoários ma-rinhos.

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Figura 15 – Oceano.

Fonte: http://ultimosegundo.ig.com.br/ciencia/meioambiente/mudanca-nos-oceanos-pode-acabar-com-vida--marinha-ainda-neste-sec/n1597659922926.html.

6.3 O Papel dos Microrganismos Aquáticos

A vida aquática se constitui por interações entre microrganismos e microrganismos e formas superiores de vida, tanto animais quanto vege-tais. São alterações bioquímicas que reciclam os elementos e nutrientes da água, da mesma ma-neira que ocorre nos solos. Portanto, os micror-ganismos apresentam papel preponderante na manutenção do fluxo de nutrientes para a vida marinha ou das águas como um todo.

Uma cadeia alimentar é um sistema de inter-relações de organismos produtores de ali-mentos, organismos consumidores e organismos decompositores de tecidos vegetais ou animais. Em cada etapa ou aspecto desse sistema, estão os microrganismos desempenhando papel funda-mental. No entanto, o relacionamento alimentar, em muitos ambientes, é uma interconexão muito mais complexa, chamada rede alimentar.


Caro(a) aluno(a),

O fornecimento de água no planeta depende de uma reciclagem contínua, que ocorre por meio do ciclo hidrológico.

As águas superficiais estão divididas em água doce, de estuário e oceânica, variando em caracterís-ticas físicas, o que afeta diretamente os microrganismos presentes.

Nas águas doces, os microrganismos sofrem grandes influências de práticas agrícolas, atividades industriais e desenvolvimento urbano. Os estuários apresentam características ambientais das águas

Biotecnologia


doce e marinha simultaneamente e, por isso, a comunidade microbiana é extremamente diversificada. As águas oceânicas apesentam variedade de microrganismos em decorrência de se encontrarem desde as camadas mais superficiais até as mais profundas, como as fendas oceânicas.

Os microrganismos encontrados nas zonas mais superficiais das águas naturais são, principalmen-te, as cianobactérias, algas e protozoários, denominados plânctons. O sedimento bêntico apresenta um grande número de bactérias. Os microrganismos se arranjam de maneira a formar uma conexão vital, chamada rede alimentar aquática. Eles desempenham papel fundamental nesses arranjos, convertendo energia radiante do sol em energia química, e também atuam como produtores primários, convertendo compostos químicos inorgânicos em compostos orgânicos.


1. Quais são as três categorias de águas naturais? Explique-as.

2. Quais são as principais condições ambientais que influenciam a flora microbiana de ambientes aquáticos?

3. Caracterize os plânctons.


Caro(a) aluno(a),

Até este momento, estudamos a importân-cia da bioquímica e a constituição e metabolismo de moléculas essenciais à vida, como proteínas, enzimas, carboidratos e lipídios, além de ele-mentos da microbiologia, com destaque para os microrganismos do solo, do ar e das águas, suas características e importância na reciclagem da matéria em escala mundial. Os microrganismos são, também, fundamentais na produção alimen-tícia e na engenharia genética.

Neste capítulo, abordaremos as aplicações industriais dos microrganismos, assunto cada vez mais importante nas sociedades e de aplicação prática em inúmeros processos produtivos atuais, conhecido como biotecnologia.

BIOTECNOLOGIA7

Como uma primeira definição, bastante simplificada, pode-se afirmar que a biotecnolo-gia é a aplicação da tecnologia em sistemas vivos. Poderíamos, assim, citar como exemplo qualquer técnica que, ao utilizar um organismo vivo, sinte-tize um produto útil ou uma reação desejada. No entanto, hoje temos a tecnologia do DNA recom-binante, construindo microrganismos sintetizan-tes de novos produtos específicos e essa explora-ção torna a biotecnologia muito mais avançada.

Microrganismos, naturais ou modificados, são usados com grande interesse comercial e eco-nômico, com o propósito de transformar mate-riais em novas substâncias ou resíduos poluentes em substâncias inofensivas ou até mesmo úteis. Bons exemplos são a produção do álcool a partir da fermentação do açúcar por microrganismos ou antibióticos e vacinas como resultado do me-tabolismo microbiano.

7.1 Produtos e Processos da Microbiologia Industrial

Atualmente, existem milhares de produtos comerciais importantes sintetizados por meio da manipulação de microrganismos. Esses produtos vão desde alimentos básicos até agentes terapêu-ticos contra o câncer ou AIDS.

Os processos industriais que visam à sínte-se de produtos de origem microbiana podem ser divididos em diversas categorias, com base nas possíveis aplicações de seus produtos finais. Veja-mos essa divisão:

�� produção de substâncias químicas far-macêuticas: os exemplos mais comuns

e significativos são os antibióticos e esteroides, hoje utilizados em escala global, mas temos ainda a insulina e o interferon como representantes impor-tantes desta categoria;

�� produção de substâncias químicas de valor comercial: inclui os solventes e as enzimas, além de variados compostos que atuam como matéria-prima na sín-tese industrial de outras substâncias;

�� produção de suplementos alimentares: fontes proteicas a partir de leveduras, bactérias e algas que utilizam como

Renato Marco


substrato para seu metabolismo sais de nitrogênio inorgânico;

�� produção de bebidas alcoólicas: envol-ve os processos biotecnológicos mais antigos, como a fermentação da cerveja e a produção de vinho;

�� produção de agentes imunizantes: tra-ta-se da produção de soros e vacinas a partir de células microbianas íntegras, parte delas ou seus produtos;

�� produção de inseticidas: aplicação de microrganismos vivos no controle de insetos ou pragas;

�� aplicação na mineração e indústria do petróleo: microrganismos usados na recuperação de metais de minério de baixa qualidade ou na recuperação de óleo a partir dos mananciais.


As características essenciais de um processo microbiológico industrial são representadas no seguinte esquema:

MICRORGANISMOVírus

BactériaFungoAlga

Protozoário

SUBSTRATOIncorporado ao meio de cultura

+ +⇒

RECUPERAÇÃO E PURIFICAÇÃO DO

PRODUTOProduto do

metabolismoCélulas microbianasFrações das células

RESÍDUOS OU MATÉRIA DE EXCREÇÃO

Outro aspecto importante da microbiologia industrial está ligado à habilidade de os microrga-nismos decomporem ou deteriorarem materiais. Em alguns produtos, é preciso controlar ou impe-dir esse processo para sua conservação e arma-zenamento. É o caso de couros, papel, madeira, metais, produtos têxteis e componentes eletrôni-cos. Um efeito positivo dessa condição de dete-rioração microbiana é a degradação de poluentes que se acumulam no ambiente. Vários processos

comerciais têm sido desenvolvidos, sob o nome de biorremediação, utilizando um número eleva-do de microrganismos.

Os efeitos dos avanços da biotecnologia são sentidos em todo o mundo como uma onda que só tende a crescer. Produtos agrícolas e alimen-tícios, monitoramento da qualidade ambiental, matéria-prima para indústrias química e farma-cêutica e controle de doenças infecciosas são áreas que não param de avançar.

7.2 Produtos da Fermentação

Alguns produtos de valor comercial são re-sultantes da quebra de substratos pelos micror-ganismos. Esses processos de degradação devem ocorrer em larga escala para ser úteis, mas isso depende das características do microrganismo, do substrato, do meio de cultura e do produto da degradação. Explorando melhor tais condições,

veremos que o microrganismo utilizado em pro-cessos de degradação industrial deve ser capaz de converter uma grande proporção do substra-to para o produto que se deseja, como também apresentar características de estabilidade, cresci-mento acelerado e não ser patogênico.

Biotecnologia


O meio de cultura no qual o microrganismo se desenvolverá, incluindo o substrato que utili-zará para a síntese do produto, deve ser barato e disponível em grande quantidade. É interessante que se consigam utilizar dejetos contendo nu-trientes como meio de cultura, como é o caso do soro da indústria de laticínios ou dejetos líquidos extraídos do cozimento da madeira para a ma-nufatura de papel. Ainda, devem existir métodos eficientes para recuperar e purificar, em grande escala, o produto final formado pelas atividades metabólicas microbianas.

Os processos fermentativos são utilizados industrialmente na produção de:

�� bebidas alcoólicas: cervejas, vinhos, si-dras, aguardentes;

�� vinagres;

�� etanol;

�� ácidos orgânicos: cítrico, lático, fumári-co, giberélico;

�� solventes: butanol, acetona, isopropa-nol;

�� vitaminas: riboflavina, ácido ascórbico, cobalaminas, ergos-terol;

�� antibióticos: penicili-nas, estreptomicina, tetraciclinas, griseo-fulvina;

�� polissacarídeos: dex-trânios;

�� aminoácidos: lisina, ácido glutâmico;

�� esteroides modifica-dos;

�� leites fermentados: iogurtes, leites acidófilos;

�� manteigas e queijos;

�� picles, chucrute, azeitonas;

�� pães;

�� metais diversos: cobre, zinco, prata, ouro, urânio;

�� controle biológico de pragas;

�� vacinas;

�� enzimas.

Essa relação não é completa e não estabele-ce ordem de importância, mas nos dá uma ideia da importância da biotecnologia nos dias atuais. Descreveremos, a seguir, alguns desses processos a título de exemplo.

Álcool e Bebidas Alcoólicas

O etanol (álcool etílico) é um solvente co-mum e uma matéria-prima utilizada em labora-tórios e indústrias químicas. Hoje é muito impor-tante, em termos econômicos e ambientais, a sua utilização como combustível de automóveis. É produzido por leveduras, que utilizam qualquer carboidrato fermentável como substrato. Cana--de-açúcar, milho, melaços, beterraba, batatas e uva são algumas das matérias-primas comumen-te utilizadas na fermentação alcoólica.

Figura 16 – Fermentação alcoólica.

Várias cepas de leveduras podem ser usadas na produção do etanol, mas as mais comuns são a Saccharomyces cerevisiae e a Schwanniomyces cas-telli, além da bactéria Zymomonas mobilis. A cepa selecionada deve crescer bem, produzir grande quantidade de etanol e apresentar alta tolerância ao produto sintetizado.

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Figura 17 – Álcool etílico.

Fonte: http://educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/preparando-etanol.htm.

O etanol é um componente de bebidas al-coólicas, como cerveja e vinho. Tanto a matéria--prima inicial quanto as espécies de microrganis-mos podem variar de acordo com a bebida que se deseja produzir, uma vez que são essas as caracte-rísticas que influenciam a reação bioquímica.

Substratos Utilizados na Produção de Álcool Etílico

No caso de uso de cepas de Saccharomyces e Zymomonas, o meio de cultura deve ser com-posto basicamente por açúcares (cana-de--açúcar, beterraba, sorgo, vagem de alfarroba) ou amido pré-sacarificado (milho e cevada). No caso de Schwanniomyces, pode ser usado ami-do diretamente, porque esses microrganismos apresentam enzimas amilolíticas, ou seja, que quebram o amido.


Vinagres

O vinagre é preparado pela conversão do etanol para um vinho e deste para o ácido acético. A primeira etapa da sua produção é a fermenta-ção de um carboidrato para produzir etanol. Após a produção do álcool, são adicionadas as bacté-rias produtoras de ácido acético (gênero Aceto-bacter).

As várias diferenças entre os vinagres estão associadas ao tipo de material que contém o car-boidrato.

Ácido Lático

A produção de ácido lático pode ser obtida a partir de Rhizopus oryzae, entre os fungos, e pe-las bactérias Lactobacillus casei, Lactobacillus hel-veticus e Streptococcus thermophilus. Os meios de cultura utilizados são soluções de glicose e carbo-nato de cálcio embebendo partículas de bagaço de cana.

O ácido lático é um produto valioso, pois seus derivados são utilizados de várias formas. O lactato de cálcio, por exemplo, é utilizado em tra-tamentos para deficiência de cálcio, enquanto o lactato de ferro, nos casos de anemia. Butil lactato é um solvente de verniz e o lactato de sódio é usa-do como plastificante e umectante.


O soro obtido a partir da produção de laticínios, como queijo e manteiga, é um produto residual cujo despejo em condições não tratadas pode ser um poluente capaz de degradar o meio am-biente. A produção de ácido lático a partir desse soro residual, além de ser importante economi-camente, passa a ter um significado também ambiental na prevenção da poluição.

Biotecnologia


Antibióticos

Embora a penicilina tenha sido descoberta por Alexander Fleming, em 1927, ela não foi to-talmente reconhecida na época como uma subs-tância útil. Somente na Segunda Guerra Mundial, pela necessidade de grandes quantidades de uma droga que pudesse tratar ou prevenir infec-ções em soldados feridos, ela foi transformada em uma droga economicamente viável. Isso porque os pesquisadores descobriram como aumentar sua produção em escala industrial por meio de processos bioquímicos durante a fermentação. Hoje, o processo não só foi melhorado e intensi-ficado, como a biotecnologia permitiu a síntese deste e outros antibióticos em laboratório, pro-movendo grandes avanços no processo terapêu-tico de infecções.

Enzimas

Inúmeros fungos e bactérias secretam enzi-mas industrialmente úteis, como a amilase, inver-tase, protease e pectinase. Exemplos característi-cos são os fungos Aspergillus, Penicillium, Mucor e Rhizopus.

A amilase é utilizada no preparo de adesi-vos e colas, no clareamento de sucos de frutas, na produção de fármacos, entre outras finalidades. A invertase é utilizada no preparo de doces com recheio de creme e na produção de xaropes que não cristalizam. Já a protease é largamente utili-zada no tratamento do couro, conferindo textura e matiz mais refinados, enquanto a pectinase é utilizada no clareamento de sucos de frutas e na maceração da fibra de linho para a produção de tecido.

Indústria Farmacêutica

Inúmeras são as substâncias que a biotec-nologia pode produzir na indústria farmacêutica, com grandes conquistas na área da saúde huma-na e animal.

A insulina humana foi o primeiro produto farmacêutico a ser sintetizado comercialmen-te por uma bactéria geneticamente construída. Hoje, muitos outros produtos são sintetizados de-vido aos avanços da biotecnologia, como é o caso do interferon, proteína com capacidade de pro-teção celular contra infecção viral, inibição da di-visão celular, modulação do sistema imunológico e ativação de macrófagos. Possivelmente, essas drogas têm características antitumorais. Outras drogas são constantemente testadas e lançadas no mercado a partir de tecnologias cada vez mais avançadas, como hormônios, antitumorais e tra-tamento de AIDS.

Produtos para Imunização

Cada vez mais, o controle de doenças in-fecciosas por meio de imunização ativa necessita de grandes produções de antígenos microbianos para utilização na forma de vacinas. Novas vaci-nas surgem a todo instante com altas tecnologias a partir de programas agressivos de diversos la-boratórios farmacêuticos.

Hoje, é de extrema importância a produção de vacina contra a gripe e o papilomavírus huma-no (HPV), além das pesquisas para a produção de vacinas eficientes contra o vírus da imunodefi-ciência humana (HIV), vírus da AIDS. Além disso, soros cada vez mais avançados entram no merca-do como preparados de anticorpos para a imuni-zação passiva.

Mineração

A extração de metais a partir de vários miné-rios tem sido um grande problema para a indús-tria de mineração, devido à escassez crescente de depósitos mais ricos em minerais. Portanto, pro-cessar minerais de qualidade inferior e encontrar técnicas mais eficientes para a extração de metais têm sido práticas constantes. Além disso, existe o problema ambiental, porque a fundição, método mais comum de processamento de minérios, é grande fonte de poluição do ar e de degradação do ambiente.

Renato Marco


Alguns microrganismos são responsáveis pela melhoria dessa situação, como as bactérias Thiobacillus thiooxidans e Thiobacillus ferrooxi-dans, que, por meio da lixiviação, ajudam na recu-peração do metal a partir do minério, sem causar poluição atmosférica.

Controle Biológico de Pragas

O controle de insetos e pragas pode ser fei-to por meio do uso racional de microrganismos, como bactérias, fungos, vírus e nematoides. Nos últimos anos, as pesquisas avançaram muito nes-sa área e aumentou a quantidade de produtos disponíveis.

Uma tecnologia desenvolvida no Brasil per-mitiu que culturas como a cana-de-açúcar e a soja utilizassem em larga escala o controle biológico, se responsabilizando pelo aumento da produti-vidade. Várias outras técnicas têm sido desenvol-vidas, prometendo grandes perspectivas para a agricultura.

Figura 18 – Bioinseticida contra o mosquito da den-gue em teste pela Embrapa.

Fonte: http://noticias.orm.com.br/noticia.asp?id=648844&|embrapa+testa+a+capacidade+de+bioinseticida+contra+o+mosquito

+da+dengue#.UxZXps6nbvM.

Biorremediação

A biorremediação é um processo pelo qual organismos vivos são utilizados para reduzir ou remover contaminações no ambiente. Utiliza processos de biodegradação para tratamento de resíduos, a partir de microrganismos decomposi-

tores e suas enzimas. Pode ser empregada para atacar contaminantes específicos no solo e águas subterrâneas. Podemos citar como exemplo a de-gradação de hidrocarbonetos do petróleo e com-postos orgânicos clorados pelas bactérias.

Por se tratar de um processo natural, apre-senta custo relativamente baixo quando compa-rado a alternativas convencionais de tratamento de resíduos sólidos. Entretanto, é necessário de-terminar algumas condições apropriadas para o crescimento e atividades microbianas, como teor de nutrientes elevado, atividade enzimática, tem-peratura, pH, entre outras.

Figura 19 – Biorremediação na degradação de po-luentes no Alasca, após o vazamento do petroleiro

Exxon Valdez.

Fonte: http://microamiguinhos.tumblr.com/brasilemundo.

Biotecnologia


Caro(a) aluno(a),

A biotecnologia é a aplicação em sistemas vivos de tecnologia, incluindo manipulações genéticas de microrganismos ou seus produtos, com o propósito de convertê-los em agentes úteis nos mais varia-dos processos industriais.

Os microrganismos são capazes de produzir uma variedade de substâncias com valor comercial que tende ao infinito. Inúmeros processos industriais são dependentes deles como fontes de substâncias ou processos metabólicos desejáveis. As bactérias, os vírus, os fungos, as algas e os protozoários têm aplicações industriais.

Alguns produtos da fermentação microbiana são apresentados como extremamente importantes para as atividades humanas, como é o caso do álcool etílico obtido a partir da transformação da glicose por leveduras e bactérias, bem como do vinagre originado das acetobactérias e do ácido lático prove-niente do metabolismo dos lactobacilos.

Como resultado da síntese de microrganismos, temos a importante produção de penicilina e ou-tros antibióticos, aminoácidos, proteínas e celulose.

A biotecnologia da atualidade apresenta grande contribuição na descoberta, teste, fabricação e utilização de drogas cada vez mais específicas e eficientes, promovendo grandes avanços na área da medicina, especificamente nas questões terapêuticas. Assim, temos a intensa produção de insulina e in-terferon e a promessa de agentes anticancerosos e contra a AIDS. Também não podemos deixar de citar os avanços da biotecnologia na produção de vacinas e soros hiperimunes com técnicas cada vez mais seguras.

Vários microrganismos têm sido utilizados como inseticidas naturais, atuando como controle bio-lógico de pragas e insetos, além de sua importante participação na remediação de ambientes degrada-dos, por meio de processos controlados da bioquímica de determinadas espécies com capacidade para decompor substâncias poluentes, transformando-as em matéria inofensiva e até mesmo útil. Existem, ainda, microrganismos capazes de melhorar os processos de exploração mineral, diminuindo ou evitan-do os impactos ambientais criados nessas atividades.

Enfim, podemos dizer que a biotecnologia se responsabiliza por grande parte dos processos indus-triais, oferecendo sempre novas oportunidades de melhoria dos processos produtivos, com aumentos significativos da produção, com vistas à garantia da qualidade de vida e do meio ambiente.



1. Comente sobre a importância da biotecnologia.

2. Explique a utilização de microrganismos na produção de etanol.

3. Explique a utilização de microrganismos na remediação de ambientes degradados.


Caro(a) aluno(a),

O estudo da biotecnologia é extremamente amplo por abranger múltiplos temas e aplicações prá-ticas em todos os setores de interesse humano. Portanto, não deve ser entendido apenas como uma descrição de processos biotecnológicos, ainda que a necessidade e importância dessa descrição sejam indiscutíveis.

Para que possamos desenvolver uma adequada compreensão da biotecnologia, é indispensável estudar seus fundamentos, de forma que possamos compreender as transformações desejadas e, ao mesmo tempo, adquirir condições que possibilitem o enfrentamento racional de questões que poderão se apresentar no desenvolvimento futuro de uma área tão abrangente.

Com base nisso, o profissional que pretende contribuir com os processos biotecnológicos deve se empenhar na conquista de conhecimentos básicos, como a microbiologia, bioquímica, genética, enzi-mologia, caminhos metabólicos etc., mas, ao mesmo tempo, se aprofundar em processos fermentativos e enzimáticos, produção de alimentos e quaisquer outros processos de produção industrial. As práticas laboratorial e de campo tornam-se essenciais ao bom desenvolvimento e sucesso na conquista de novos produtos adequados às conquistas humanas em um mercado cada vez mais abrangente e exigente.

Assim, os estudos da biotecnologia não se encerram aqui. Deixamos o convite aberto a todos que desejem buscar alternativas de vida com mais e melhor qualidade para que deem continuidade a esse conhecimento, abrindo sempre novas possibilidades ou novos caminhos.

CONSIDERAÇÕES FINAIS


CAPÍTULO 1

1. A bioquímica é a ciência que estuda as bases e os processos químicos que ocorrem em organis-mos vivos. A célula, sendo a unidade básica e estrutural dos seres vivos, constitui um universo de reações e interações químicas. Portanto, podemos afirmar que a bioquímica é a ciência que se preocupa com a constituição química das células vivas, assim como com as reações e pro-cessos ocorridos em sua estrutura. Como principal objetivo da bioquímica, tem-se a completa compreensão de todos os processos químicos que estão associados às células vivas, em nível molecular. Para tanto, isolam-se as moléculas celulares, determina-se sua estrutura, analisa-se seu funcionamento e relacionam-se suas atividades com outras tantas moléculas. É a partir dessa definição e objetivo que a bioquímica se relaciona com outras importantes áreas, como a biologia celular, a biologia molecular e a genética molecular. Podemos afirmar que seu co-nhecimento é essencial a todas as outras ciências que se relacionam com a vida; a genética, a fisiologia, a imunologia, a farmacologia, a farmácia, a toxicologia, a patologia, a microbiologia, a zoologia e a botânica são grandes exemplos, uma vez que todas essas áreas não existem sem o conhecimento da bioquímica. Muitas outras aplicações ainda podem ser descritas, como é o caso da agricultura, nutrição, cosmética, teoria evolucionista e até tecnológica, com a produção de compostos sustentáveis de origem renovável. A bioquímica encontra-se na base de muitos avanços importantes nos conhecimentos necessários à preservação e recuperação do meio ambiente. Assim, encontramos essa ciência na produção de etanol, solventes e bioinseticidas, na recuperação de matéria-prima, nos biorreatores, no tratamento biológico de efluentes e tantos outros produtos sustentáveis ou serviços favoráveis a melhores condições ambientais no planeta.

2. Os ácidos fracos têm um interesse especial para a bioquímica, porque, junto às suas bases con-jugadas, formam os sistemas-tampão, capazes de impedir grandes variações de pH quando adicionados outros ácidos ou bases. Imaginemos um sistema-tampão, formado pelo ácido HA e sua base conjugada A, para compreendermos como ele reage quando adicionamos um ácido forte, ou seja, quando adicionamos prótons, uma vez que o ácido forte se dissocia completa-mente. Quando adicionamos H+ ao equilíbrio formado pelo ácido, base conjugada e prótons, o sistema-tampão reage por meio da base conjugada, que se associa a prótons transformando--se em ácido. O fato de haver essa associação deixa livre um número menor de prótons do que haveria caso a base não estivesse presente. Nesse caso, todos os prótons adicionados ficariam livres. Assim, o pH diminui, mas muito menos do que se não houvesse a base conjugada de um ácido fraco.

RESPOSTAS COMENTADAS DAS ATIVIDADES PROPOSTAS

Renato Marco


CAPÍTULO 2

1. Suas funções são estruturais e dinâmicas, uma vez que são componentes do citoesqueleto e de estruturas ligadas à sustentação, e também participam de praticamente todos os processos biológicos, visto que as proteínas incluem as enzimas, que são catalisadoras de milhares de reações químicas dos organismos vivos. Também atuam nas funções de transporte de molécu-las, defesa dos organismos (como no caso das imunoglobulinas e interferon), controle geral do metabolismo, no papel de hormônios e se responsabilizam por atividade de contração, como a actina e a miosina, que agem na contração muscular. Não podemos deixar de mencionar ainda o importantíssimo papel de controle dos genes, como as proteínas reguladoras, que se ligam ao DNA em sítios específicos, alterando sua expressão.

2. A estrutura das proteínas pode ser descrita em quatro níveis:

�� a estrutura primária é a sequência de aminoácidos ao longo da cadeia peptídica;

�� a estrutura secundária se refere às estruturas regulares tridimensionais formadas a partir de segmentos da cadeia polipeptídica. Existem duas organizações estáveis: o enrolamento da cadeia em torno de um eixo e a interação lateral de segmentos de uma cadeia polipeptídi-ca ou de cadeias diferentes;

�� a estrutura terciária é o dobramento final da cadeia polipeptídica por interação de algumas regiões, ou seja, segmentos distantes da estrutura primária podem se aproximar e interagir;

�� a estrutura quaternária trata-se da associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas para organizar um proteína funcional

3. A vida celular é mantida por meio da ocorrência de um conjunto de reações químicas que pre-cisam atender a duas exigências fundamentais: a velocidade das reações deve ser adequada à fisiologia celular e ser altamente específica, gerando produtos definidos. Qualquer insuficiên-cia na produção ou remoção de metabólitos pode gerar desequilíbrios, levando a condições patológicas. É a presença de enzimas em todos os processos metabólicos que permite que sejam cumpridas as exigências citadas. Sendo catalisadoras, as enzimas aumentam exponen-cialmente a velocidade das reações e, sendo específicas, selecionam, entre as reações possíveis, aquelas que realmente devem ocorrer.

CAPÍTULO 3

1. Os carboidratos são amplamente encontrados em plantas e animais, desempenhando fun-ções estruturais e metabólicas. Nas plantas, ocorre a síntese de glicose, no processo conhecido como fotossíntese, a partir de dióxido de carbono e água. Ela é armazenada na forma de amido ou é utilizada na formação da celulose, responsável pela sustentação das plantas. Os animais podem sintetizar carboidratos a partir do glicerol, dos lipídios e de aminoácidos, mas a maior parte dos carboidratos utilizados pelos animais é de origem vegetal. A glicose é o carboidrato mais importante sob muitos aspectos. É na forma de glicose que a grande maioria dos carboi-dratos da dieta é absorvida e passa para a corrente sanguínea, sendo que o fígado converte em glicose todos os outros açúcares. É a principal fonte de energia para o metabolismo dos tecidos dos mamíferos, com exceção dos ruminantes, e é, também, a fonte universal de energia dos fetos. A glicose é precursora de todos os demais carboidratos do organismo, incluindo o glico-gênio (forma como a glicose é armazenada no fígado), a ribose, a desoxirribose (que forma os ácidos nucleicos), a galactose (açúcar do leite), os glicolipídios e as glicoproteínas.

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2. Os carboidratos são derivados aldeídicos ou cetônicos de álcoois poli-hidroxilados. São classi-ficados em:

�� monossacarídeos: são os carboidratos mais simples e que, portanto, não podem ser hi-drolisados. Podem ser classificados em trioses, tetroses, pentoses, hexoses e heptoses, de acordo com o número de átomos de carbono. Também podem ser divididos em cetoses e aldoses, dependendo da presença de grupo cetônico ou aldeídico na molécula;

�� dissacarídeos: originam-se a partir da condensação de dois monossacarídeos. São exem-plos a maltose e a sacarose;

�� oligossacarídeos: originam-se a partir da condensação de dois a dez monossacarídeos. Como exemplo, temos a maltotriose;

�� polissacarídeos: originam-se a partir da condensação de mais de dez monossacarídeos. São exemplos clássicos os amidos e as dextrinas. Podem ser polímeros lineares ou ramifi-cados.

CAPÍTULO 4

1. Os triacilglicerídios são as formas mais eficientes de armazenar energia nos seres vivos. Por se-rem compostos altamente reduzidos, sua oxidação libera quantidade muito maior de energia do que a oxidação de quantidades equivalentes de carboidratos ou proteínas. Encontram-se armazenados nos tecidos adiposo, visceral e subcutâneo nos vertebrados e também funcio-nam como proteção contra choques mecânicos e isolantes térmicos. Os demais lipídios descri-tos atuam como elementos estruturais nas membranas biológicas, função muito importante na determinação das características dessas membranas.

2. Ácidos graxos: são ácidos monocarboxílicos, geralmente apresentando uma cadeia de car-bonos longa, sempre com número par de átomos de carbono e sem ramificações, a qual pode ser saturada ou insaturada. A cadeia carbônica representa a região apolar e o grupo carboxila se constitui como a porção polar. Raramente encontramos ácidos graxos livres no organismo. Frequentemente, estão ligados a um álcool, como o glicerol ou a esfingosina.

Triacilgliceróis: também conhecidos como triglicerídios ou triglicérides, constituem os lipídios mais abundantes na natureza e são formados por três moléculas de ácidos graxos esterificados ligados a uma molécula de glicerol. São compostos essencialmente apolares e, portanto, muito hidrofóbicos. As gorduras animais e os óleos vegetais são misturas de triacilgliceróis, diferindo apenas na composição em ácidos graxos, o que também os diferencia no ponto de fusão. As gorduras animais são sólidas à temperatura ambiente, porque seus triacilgliceróis são ricos em ácidos graxos saturados. Já os óleos vegetais, por serem ricos em ácidos graxos insaturados, são líquidos em temperatura ambiente.

Glicerofosfolipídios: são derivados do glicerol e contêm fosfato em sua estrutura. Sua molé-cula é composta por uma região polar (grupo fosfato e seus substituintes) e uma porção apolar (ácidos graxos e glicerol). Por conterem fosfato, normalmente são chamados fosfolipídios.

Esfingolipídios: se assemelham aos glicerofosfolipídios em sua estrutura geral. Entretanto, os primeiros não contêm glicerol e seu esqueleto básico se forma a partir de um aminoálcool con-tendo uma longa cadeia de hidrocarbonetos.

Esteroides: são lipídios com uma estrutura tetracíclica característica e apresentam como com-posto-chave o colesterol. Este é o esteroide mais abundante nos tecidos animais e também

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serve de precursor à síntese de todos os outros esteroides, como os hormônios esteroides (hor-mônios sexuais e cortisona), sais biliares e vitamina D.

CAPÍTULO 5

1. A quantidade e os tipos de microrganismo no solo estão diretamente relacionados com fatores ambientais, como a quantidade e tipos de nutriente disponíveis, umidade, aeração, tempera-tura, pH, atividades antrópicas e suas consequências, como aplicação de adubos ou dejetos de esgoto, ocorrência de enchentes e erosão.

2. Bactérias: representam a maior parte da população microbiana do solo, tanto no que se re-fere à quantidade quanto à variedade. Grande parte das bactérias corresponde a bacilos es-porulados, como Bacillus, Clostridium, Pseudomonas, Rhizobium e Nitrobacter. Outras são acti-nomicetes, como Nocardia, Streptomyces e Micronospora. Essas últimas são os microrganismos responsáveis pelo odor de mofo e de terra característico de um campo arado recentemente. Actinomicetes apresentam importante tarefa de aumento de fertilidade do solo a partir da de-gradação de substâncias complexas. Cianobactérias são fotossintéticas e desempenham papel fundamental na transformação das rochas em solo. Crescem em superfícies de rochas recém--expostas e suas células acumulam-se como depósitos orgânicos. Isso determina uma base de nutrientes que permite o crescimento de outras bactérias e fungos, além de uma produção de ácidos que dissolvem os constituintes minerais das rochas. Tanto o acúmulo de matéria orgâ-nica quanto a dissolução dos minerais contribuem para um ambiente adequado para o cresci-mento de líquen, depois musgo e mais tarde plantas superiores. Também são importantes pelo fornecimento de nitrogênio para certas plantações.

Fungos: existem muitas espécies diferentes de fungos habitando o solo, mas há uma quanti-dade consideravelmente maior em áreas próximas à superfície onde prevalecem condições de aeróbios. As espécies mais comuns no solo são Penicillium, Rhizopus, Fusarium e Aspergillus. As espécies que predominam dependem de condições físicas e químicas do solo, como nutrientes e pH. Os fungos são ativos na decomposição de constituintes orgânicos complexos, como ce-lulose, lignina e pectina. Leveduras importantes para a indústria são encontradas em solos de vinhedos, pomares e apiários.

Algas: a quantidade de algas encontrada no solo geralmente é menor que a de bactérias e fungos. As principais espécies encontradas são Clorophyta, algas verdes e Chrysophyta. Sua ati-vidade bioquímica é bem menos importante que a das bactérias e fungos, mas em algumas condições as algas podem desempenhar alterações benéficas. Por exemplo, em terras com erosões e improdutivas, elas podem iniciar um acúmulo de matéria orgânica e, associadas aos fungos, auxiliam na transformação das rochas.

Protozoários e vírus: os protozoários encontram-se em quantidades pequenas nos solos, mas muitos se alimentam de bactérias e outros materiais orgânicos. Vírus de plantas e animais tam-bém podem ocorrer esporadicamente no solo em tecidos de animais mortos e em excretas de animais.

3. Microrganismos presentes no ar podem ser transportados por poucos centímetros até longas distâncias, como muitos quilômetros. Alguns podem ser transmitidos ao homem pelo ar em segundos, enquanto outros podem sobreviver por anos. Algumas circunstâncias determinam o destino final dos microrganismos transportados pelo ar, incluindo umidade, temperatura, quantidade de luz solar e tamanho das partículas que os transportam. Ventos levantam poei-

Biotecnologia


ra do solo e as partículas de pó carregam microrganismos, como também as gotas de água, que podem ser originadas em superfície de oceanos, baías, lagos e outras coleções naturais de água e entram na atmosfera. No entanto, existem vários processos industriais e agrícolas que podem produzir aerossóis carregados de microrganismos, como irrigação de lavouras a partir de efluentes de esgotos, filtros gotejadores em instalações de despejo de esgotos e matadou-ros de animais. Na atmosfera, são isolados microrganismos como algas, protozoários, levedu-ras, bolores, bactérias e vírus.

CAPÍTULO 6

1. Água atmosférica: presente nas nuvens, se precipita na forma de chuva, granizo ou neve. Água superficial: coleções de água, como lagos, rios, ribeirões, mares e oceanos. Água subterrânea: preenche espaços internos do solo ou entre rochas subterrâneas, formando os lençóis e aquí-feros.

2. Temperatura: a temperatura das águas superficiais varia entre 0 ºC e 40 ºC nas regiões pola-res e equatoriais, respectivamente. Abaixo da superfície das águas, mais de 90% do ambiente marinho está abaixo de 5 ºC. Existem bactérias adaptadas para viver em quaisquer dessas tem-peraturas e isso é bastante significativo do ponto de vista científico, pois estudos de mecanis-mos de sobrevivência em faixas diferentes de temperatura podem trazer muitas informações e elucidar diversos problemas relacionados ao meio ambiente e suas mudanças climáticas de ordem natural ou provocadas pelas atividades humanas.

Pressão hidrostática: é a pressão do fundo de uma coluna vertical de água. Ela aumenta com a profundidade da água a uma proporção de 1 atmosfera a cada 10 m. Grandes profundida-des acarretam alta pressão hidrostática, que é o que ocorre no fundo do mar. Isso pode gerar inúmeras alterações que afetam os sistemas biológicos, como mudanças na velocidade de rea-ções químicas, na solubilidade e no ponto de ebulição da água. Existem microrganismos que crescem sob altas pressões hidrostáticas, chegando a ser encontrados em profundidades de 10.000 m.

Luz: a vida aquática depende em grande escala, direta ou indiretamente, de produtos me-tabólicos de organismos fotossintéticos, como algas e cianobactérias. O crescimento desses microrganismos se restringe às camadas superiores de águas, nas quais a luz pode penetrar. A camada de água na qual pode ocorrer fotossíntese é chamada zona fótica.

Salinidade: a salinidade, ou concentração de cloreto de sódio, de águas naturais pode variar de quase zero, nas águas doces, até a saturação (32% de NaCl), em lagos salgados. A água mari-nha contém, em média, 2,75% de NaCl. Além de cloreto de sódio, existem outros sais encontra-dos na água, como sulfatos e carbonatos de sódio e cloretos, sulfatos e carbonatos de potássio, cálcio e magnésio. De maneira geral, concentrações de sais acima de 4% inibem o crescimento de microrganismos.

Turvação: o material em suspensão na água é responsável pela turvação e pode variar muito nas águas superficiais. Os principais materiais responsáveis pela turvação são as partículas de materiais minerais vindas de erosão, detritos oriundos de matéria orgânica na decomposição de vegetais e animais e microrganismos suspensos. Quanto mais turva a água, menor a capa-cidade de penetração da luz e, portanto, menor a zona fótica. O material particulado também pode servir de apoio para alguns microrganismos ou de substrato para o seu metabolismo.

Renato Marco


pH: microrganismos que vivem em meio aquático normalmente crescem bem em uma faixa de pH entre 6,5 e 8,5. O pH da água do mar se situa entre 7,5 e 8,5. Os lagos e rios têm variações muito amplas de pH, de acordo com as condições ambientais locais.

Nutrientes: tanto a quantidade quanto a qualidade de materiais orgânicos e inorgânicos do ambiente aquático podem influenciar significativamente o crescimento microbiano. Nitratos e fosfatos promovem o crescimento de algas e são constituintes inorgânicos comuns, porém quantidades excessivas dessas substâncias provocam um supercrescimento de algas, esgotan-do o fornecimento de oxigênio da água. Isso leva à morte de todas as outras formas de vida aquática. Esgotos industriais e outras atividades humanas alteram sobremaneira a carga de nutrientes das águas, afetando, assim, toda a vida aquática, seja em águas doces ou salgadas.

3. Fitoplânctons são as algas e cianobactérias. São considerados os plânctons mais importantes, por serem fotossintetizantes e, portanto, produtores primários de matéria orgânica. Zooplânc-tons consistem em protozoários e outros seres vivos microscópicos.

CAPÍTULO 7

1. Atualmente, existem milhares de produtos comerciais importantes sintetizados por meio da manipulação de microrganismos. Esses produtos vão desde alimentos básicos até agentes te-rapêuticos contra o câncer ou AIDS. Os processos industriais que visam à síntese de produtos de origem microbiana podem ser divididos em diversas categorias, com base nas possíveis aplicações de seus produtos finais. Vejamos essa divisão:

�� produção de substâncias químicas farmacêuticas: os exemplos mais comuns e significa-tivos são os antibióticos e esteroides, hoje utilizados em escala global, mas temos ainda a insulina e o interferon como representantes importantes desta categoria;

�� produção de substâncias químicas de valor comercial: inclui os solventes e as enzimas, além de variados compostos que atuam como matéria-prima na síntese industrial de ou-tras substâncias;

�� produção de suplementos alimentares: fontes proteicas a partir de leveduras, bactérias e algas que utilizam como substrato para seu metabolismo sais de nitrogênio inorgânico;

�� produção de bebidas alcoólicas: envolve os processos biotecnológicos mais antigos, como a fermentação da cerveja e a produção de vinho;

�� produção de agentes imunizantes: trata-se da produção de soros e vacinas a partir de célu-las microbianas íntegras, parte delas ou seus produtos;

�� produção de inseticidas: aplicação de microrganismos vivos no controle de insetos ou pra-gas;

�� aplicação na mineração e indústria do petróleo: microrganismos usados na recuperação de metais de minério de baixa qualidade ou na recuperação de óleo a partir dos mananciais.

Outro aspecto importante da microbiologia industrial está ligado à habilidade de os microrga-nismos decomporem ou deteriorarem materiais. Em alguns produtos, é preciso controlar ou impedir esse processo para sua conservação e armazenamento. É o caso de couros, papel, ma-deira, metais, produtos têxteis e componentes eletrônicos. Um efeito positivo dessa condição de deterioração microbiana é a degradação de poluentes que se acumulam no ambiente. Vá-rios processos comerciais têm sido desenvolvidos, sob o nome de biorremediação, utilizando um número elevado de microrganismos.

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2. O etanol (álcool etílico) é um solvente comum e uma matéria-prima utilizada em laboratórios e indústrias químicas. Hoje é muito importante, em termos econômicos e ambientais, a sua utilização como combustível de automóveis. É produzido por leveduras, que utilizam qualquer carboidrato fermentável como substrato. Cana-de-açúcar, milho, melaços, beterraba, batatas e uva são algumas das matérias-primas comumente utilizadas na fermentação alcoólica. Vá-rias cepas de leveduras podem ser usadas na produção do etanol, mas as mais comuns são a Saccharomyces cerevisiae e a Schwanniomyces castelli, além da bactéria Zymomonas mobilis. A cepa selecionada deve crescer bem, produzir grande quantidade de etanol e apresentar alta tolerância ao produto sintetizado. O etanol é um componente de bebidas alcoólicas, como cer-veja e vinho. Tanto a matéria-prima inicial quanto as espécies de microrganismos podem variar de acordo com a bebida que se deseja produzir, uma vez que são essas as características que influenciam a reação bioquímica.

3. A biorremediação é um processo pelo qual organismos vivos são utilizados para reduzir ou remover contaminações no ambiente. Utiliza processos de biodegradação para tratamento de resíduos, a partir de microrganismos decompositores e suas enzimas. Pode ser empregada para atacar contaminantes específicos no solo e águas subterrâneas. Podemos citar como exemplo a degradação de hidrocarbonetos do petróleo e compostos orgânicos clorados pelas bactérias. Por se tratar de um processo natural, apresenta custo relativamente baixo quando comparado a alternativas convencionais de tratamento de resíduos sólidos. Entretanto, é necessário deter-minar algumas condições apropriadas para o crescimento e atividades microbianas, como teor de nutrientes elevado, atividade enzimática, temperatura, pH, entre outras.


REFERÊNCIAS

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