Atividade presencial 03 - Biotecnologia e Enzimologia

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· ATIVIDADE PRESENCIAL 03
 Parte 1
Disciplina: Biotecnologia e Enzimologia
Unidades Temáticas do Material Didático: Unidade III e Unidade IV
Professora: Suelen Pereira Ruiz Herrig
Aluna: Thayna Luciane Pasa 
1. Atividade 
A atividade presencial 03 da disciplina de Biotecnologia e Enzimologia envolve conhecimentos de esterilização, controle e recuperação nos processos fermentativos e enzimologia.
2. Conteúdos: 
Esterilização em processos fermentativos
Controle nos processos fermentativos
Recuperação e purificação de produtos em processos fermentativos
Enzimas
 
3. Objetivo da atividade 
· Reforçar a importância da compreensão do controle e recuperação de produtos em processos fermentativos. 
· Reforçar a importância da compreensão do estudo das enzimas. 
· Aplicar os conhecimentos obtidos nas aulas conceituais.
4. Importância do Conteúdo: 
Espera-se que ao final desta atividade, que os acadêmicos sejam capazes de: 
· Compreender o controle, monitoramento e recuperação de produtos em processos fermentativos, bem como a produção, cinética e purificação de enzimas industriais.
5. Contextualização e preparação para o estudo 
A esterilização é uma etapa importante nos processos fermentativos, uma vez que os microrganismos utilizados na fermentação são sensíveis à contaminação por microrganismos indesejados. A esterilização envolve a eliminação de todos os microrganismos presentes no meio de cultura, equipamentos e instalações. Isso é geralmente alcançado por meio de calor (autoclavagem), filtração, radiação ou agentes químicos esterilizantes.
O controle é essencial para otimizar os processos fermentativos. Isso inclui o monitoramento de variáveis como pH, temperatura, agitação, aeração, concentração de nutrientes e densidade celular. O controle preciso desses parâmetros ajuda a maximizar a produção de produtos desejados, minimizar subprodutos indesejados e garantir a segurança do processo.
Após a fermentação, é necessário recuperar e purificar os produtos desejados. Isso geralmente envolve várias etapas, como filtração, centrifugação, cromatografia e precipitação, a fim de separar e purificar os produtos de interesse a partir do meio de cultura e outros componentes.
Enzimas
A enzimologia é o estudo das enzimas, proteínas que atuam como catalisadoras de reações químicas em sistemas biológicos. As enzimas desempenham um papel fundamental em processos biológicos e industriais, acelerando reações químicas e permitindo que ocorram em condições suaves de temperatura e pressão.
A produção de enzimas envolve o cultivo de microrganismos produtores de enzimas em larga escala. Os microrganismos podem ser fermentados em biorreatores e as enzimas são geralmente secretadas no meio de cultura. Após a produção, as enzimas são recuperadas e purificadas para uso em diversas aplicações.
A imobilização de enzimas é uma técnica que fixa as enzimas em suportes sólidos ou matrizes, permitindo sua reutilização em processos industriais. Isso aumenta a estabilidade e eficiência das enzimas, reduzindo os custos de produção.
O estudo da cinética enzimática envolve a compreensão de como as enzimas catalisam reações químicas, incluindo a determinação de parâmetros como a velocidade máxima (Vmax) e a afinidade pelo substrato (Km). Além disso, a temperatura, pH e concentração de substrato afetam a atividade enzimática.
As enzimas têm uma ampla gama de aplicações na indústria, agricultura, medicina e pesquisa. Elas são usadas na produção de alimentos, detergentes, biocombustíveis, diagnóstico médico, terapia génica e muito mais. Seu uso se baseia na especificidade, eficiência e versatilidade das enzimas em reações bioquímicas.
Prezado acadêmico, iremos iniciar o estudo, desejo um excelente estudo a todos!
Atividade Teórica:
1. Qual é a temperatura e o tempo típicos de esterilização por vapor úmido (autoclavagem) geralmente recomendados para a esterilização eficaz de meios de cultura e equipamentos em processos fermentativos biotecnológicos?
a) 37°C por 30 minutos
b) 100°C por 5 minutos
c) 121°C por 15 minutos
d) 50°C por 60 minutos
e) 80°C por 45 minutos
2. Qual é a importância da agitação e aeração em um biorreator durante um processo fermentativo?
a) A agitação e aeração não têm importância em processos fermentativos.
b) A agitação e aeração promovem a morte dos microrganismos.
c) A agitação e aeração controlam a temperatura dentro do biorreator.
d) A agitação promove a dispersão dos microrganismos e a aeração fornece oxigênio, essenciais para o crescimento e metabolismo dos microrganismos.
e) A agitação e aeração reduzem a pressão no biorreator.
3. O controle e o monitoramento dos parâmetros em processos fermentativos são fundamentais para garantir o sucesso da produção de biomassa, produtos metabólicos ou outras substâncias de interesse. A respeito da principal finalidade do controle e monitoramento em processos fermentativos na biotecnologia, analise as afirmativas abaixo:
I. Maximizar a concentração de microrganismos no fermentador, pois não tem relação com o produto final.
II. Minimizar o consumo de nutrientes durante o processo, para aumento a obtenção de produto final.
III. Manter a temperatura variando ao longo da fermentação.
IV. Garantir condições ideais para o crescimento e metabolismo dos microrganismos.
V. Reduzir o tempo de fermentação para aumentar a produtividade, mesmo que ocorra interferência no produto final.
São corretas as afirmativas:
a) I apenas
b) I, II, III
c) I, IV
d) IV apenas
e) I, III, IV
4. Nas etapas finais dos processos fermentativos, realiza-se os procedimentos de recuperação e purificação dos produtos finais. Qual é a principal finalidade da etapa de precipitação durante a recuperação e purificação de produtos biotecnológicos?
a) Aumentar a concentração de microrganismos no meio de cultura, visando um aumento de biomassa.
b) Promover a formação de cristais no produto final, para facilitar o acondicionamento do produto.
c) Separar proteínas com base na afinidade, para que o produto tenha alto grau e purificação.
d) Remover impurezas sólidas do meio de cultura, e assim evitar contaminantes inadequados.
e) Separar o produto desejado do restante da solução.
5.A centrifugação é frequentemente usada na etapa de clarificação durante a recuperação e purificação de produtos biotecnológicos. Sobre esta afirmação, assinale verdadeiro (V) ou Falso (F)
( ) É uma etapa realizada principalmente para concentrar o produto final.
( ) Para separar impurezas sólidas, microrganismos e partículas em suspensão.
( ) Para realizar a troca iônica entre as partículas em suspensão.
( ) Para separar proteínas com base em suas afinidades e assim contribuir com o pH do produto final.
( ) Para aumentar a viscosidade do produto, melhorando seu aspecto de qualidade.
Assinale a alternativa correta:
a) V, V, V, V, V
b) F, F, F, F, F
c) F, F, V, V, F
d) F, V, F, F, F
e) V, V, F, V, F
6. Associe o número E.C. à categoria correta de classificação de enzimas de acordo com a Comissão de Enzimas (E.C.) da União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (IUBMB):
(1) Oxidorredutases
(2) Transferases
(3) Hidrolases
(4) Liases
(5) Isomerases
(6) Ligases
(A) Enzimas que catalisam a formação de ligações covalentes entre moléculas.
(B) Enzimas que catalisam reações de oxidação-redução.
(C) Enzimas que atuam na transferência de grupos funcionais entre moléculas.
(D) Enzimas que catalisam reações de hidrólise.
(E) Enzimas que promovem rearranjos intramoleculares de átomos.
(F) Enzimas que não se encaixam em nenhuma das categorias anteriores.
Assinale a alternativa correta:
a) 1B, 2C, 3D, 4E, 5F, 6A
b) 1C, 2B, 3F, 4E, 5D, 6A
c) 1D, 2C, 3B, 4F, 5A, 6E
d) 1A, 2D, 3F, 4C, 5B, 6E
e) 1B, 2D, 3C, 4F, 5ª, 6E
7. Durante um experimento de cinética enzimática, você observa que, à medida que a temperatura aumenta, a velocidade da reação também aumenta até atingir um ponto em que a velocidade começa a diminuir rapidamente. Além disso, você nota que a enzima parece perder sua atividade após atingir essa temperaturacrítica. Qual é o termo usado para descrever esse ponto crítico de temperatura?
a) Ponto de saturação da enzima.
b) Ponto de pH ótimo.
c) Ponto de máxima atividade enzimática.
d) Ponto de desnaturação da enzima.
e) Ponto de equilíbrio da reação.
8. Em relação cinética enzimática, selecione a alternativa que corresponde com o que a constante de Michaelis-Menten (Km) representa na cinética enzimática.
a) A velocidade máxima da reação enzimática.
b) A concentração de substrato na qual a velocidade da reação é metade da Vmax.
c) A afinidade da enzima pelo produto da reação.
d) A taxa de degradação da enzima.
e) A velocidade da reação na ausência de substrato.
9. Qual método de purificação é frequentemente usado para separar proteínas com base em suas diferenças na carga elétrica, permitindo a separação de proteínas carregadas de maneira diferente?
a) Filtração por membrana.
b) Cromatografia de afinidade.
c) Cromatografia de troca iônica.
d) Precipitação com solventes.
e) Filtração por tamanho.
10. Qual das seguintes técnicas de imobilização de enzimas é mais adequada quando se deseja uma ligação estável e permanente, mesmo em condições adversas?
a) Adsorção.
b) Ligação covalente.
c) Encapsulação.
d) Entrelaçamento.
e) Fixação física.
11. Selecione a alternativa que corresponde com a função das enzimas do malte, como a alfa-amilase e a beta-amilase, no processo de produção de cerveja, especificamente durante a mosturação:
a) As enzimas do malte são responsáveis pela filtragem do mosto cervejeiro.
b) Elas são responsáveis pela adição de lúpulo à cerveja.
c) As enzimas do malte convertem o amido do malte em açúcares fermentáveis durante a mosturação.
d) Elas são responsáveis pela clarificação da cerveja antes do envase.
e) Aumentar a produção de ácidos orgânicos para melhorar a característica sensorial do produto.
12. Qual é a fonte primária da enzima bromelina e em que tipo de produtos ela é frequentemente utilizada?
a) A fonte primária da bromelina é a uva e é usada em produtos de panificação.
b) A fonte primária da bromelina é o abacaxi e é usada em produtos de panificação.
c) A fonte primária da bromelina é o trigo e é usada em produtos de panificação.
d) A fonte primária da bromelina é o milho e é usada em produtos lácteos.
e) A fonte primária da bromelina é o queijo e é usada em produtos cárneos.
13. Qual é a fonte primária da enzima pancreatina e em que processo biológico ela desempenha um papel fundamental?
a) A fonte primária da pancreatina é o abacaxi e ela desempenha um papel fundamental na fermentação de cerveja.
b) A fonte primária da pancreatina é o milho e ela desempenha um papel fundamental na produção de pães.
c) A fonte primária da pancreatina é o pâncreas animal e ela desempenha um papel fundamental na digestão de alimentos no trato digestivo.
d) A fonte primária da pancreatina é o arroz e ela desempenha um papel fundamental na fabricação de açúcar.
e) A fonte primária da pancreatina é o cogumelo e ela desempenha um papel fundamental na produção de queijo.
· ATIVIDADE PRESENCIAL 03 – 
Parte 2
Disciplina: Biotecnologia e Enzimologia
Unidades Temáticas do Material Didático: Unidade II e Unidade III
Professora: Suelen Pereira Ruiz Herrig
1. Na indústria de alimentos, as enzimas de origem microbiana desempenham um papel fundamental em várias etapas do processamento de alimentos. Explique sobre a produção industrial da enzima renina e suas aplicações específicas em que são usadas na indústria de alimentos. Descreva também como elas beneficiam o processo de produção ou a qualidade dos produtos finais.
2.Suponha que você está conduzindo um experimento para estudar a cinética enzimática de uma enzima chamada "Enzima B." Durante o experimento, você observa que, à medida que aumenta a concentração de substrato ([S]), a taxa de reação (V0) também aumenta. Você está interessado em entender como essa enzima funciona. Considere as seguintes observações:
	
- A baixas concentrações de substrato, a taxa de reação (V0) é proporcional à concentração de substrato [S].
- À medida que a concentração de substrato [S] aumenta, a taxa de reação (V0) parece atingir um valor máximo.
Pergunta:
Como você descreveria o comportamento da enzima B em relação à concentração de substrato [S] com base nas observações acima?
Concentração de substrato: a atividade enzimática pode ser afetada pela concentração de substrato. Aumentos na concentração de substrato podem levar a um aumento na atividade enzimática, até um ponto de saturação. Concentração de enzima: a atividade enzimática pode ser afetada pela concentração de enzima.
3. Uma empresa de biotecnologia está desenvolvendo um processo de produção de uma enzima de origem microbiana para uso na indústria de alimentos. Eles precisam escolher a cepa microbiana, otimizar as condições de cultivo e purificar a enzima. Descreva os principais passos que essa empresa deve seguir desde a seleção da cepa até a produção em escala industrial, incluindo as considerações e desafios em cada etapa. Além disso, explique como eles podem garantir a qualidade e a eficiência do processo de produção.
4. Uma empresa de biotecnologia deseja imobilizar uma enzima para uso em um processo industrial. Eles estão considerando diferentes técnicas de imobilização, como adsorção, ligação covalente e encapsulação. Cada técnica tem vantagens e desvantagens. Explique as vantagens e desvantagens de cada uma dessas técnicas de imobilização de enzimas e forneça exemplos de situações em que cada técnica pode ser mais apropriada.
5. A amilase é uma enzima que atua na hidrólise de amido em açúcares menores, como a maltose. Considere um experimento em que diferentes concentrações de amido são misturadas com uma concentração constante de amilase e incubadas a uma temperatura ótima de 37°C por um período fixo de tempo.
Pergunta: Como você espera que a concentração do substrato (amido) afete a velocidade da reação catalisada pela amilase? Explique sua resposta.
Concentração de substrato: a atividade enzimática pode ser afetada pela concentração de substrato. Aumentos na concentração de substrato podem levar a um aumento na atividade enzimática, até um ponto de saturação.
6.Você está encarregado de purificar uma enzima que possui um peso molecular muito semelhante ao de algumas proteínas presentes na mistura. Como você abordaria a purificação dessa enzima (método que pode ser usado) e garantiria que ela seja completamente pura no final do processo?
Vários métodos de purificação química e física podem ser aplicados para separar ou concentrar um analito-alvo antes da análise. Entre estes estão a absorção, adsorção, cromatografia, destilação, extração, troca iônica, filtração, formação de complexos, cristalização, secagem e muito mais.