Aula 2 de Morfolofia e Fisiologia da Levedura

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Prof ° Marcos Prada
Curso de Agroindústria FATEC
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1.2. CLASSIFICAÇÃO ATUAL DE LEVEDURAS INDUSTRIAIS
Autores: Scott Federhen, F.ª Harrington, Ian Harrison, Carol Holton, Detlef Leipe, 
Vladimir Sousov (2000) - “Yeasts” - site de taxonomia da ordem:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/htbin-post/Taxonomy/wgetorg
Fungos do Phylum: Ascomycetes
Classe: Hemiascomycetes 
Ordem: Saccharomycetales
Familias : 12 
3
 Família 1
Ascoideaceae
 Família 2
Cephaloascaceae
 Família 3
Dipodascaceae
 Família 4
Endomycetaceae
 Família 5
Eremotheciaceae
 Família 6
Lipomycetaceae
 Família 7
Metschnikowiaceae
gênero
Ascoidea
gênero
Cephaloascus
gêneros
Dipodascus, Endomyces, Galactomyces, Sporopachydermia, 
Stephanoascus, Yarrowia, Zygoascus, anamorphic dipodascaceae.
gênero
Endomyces
gênero
Eremothecium
gêneros
Babjevia, Dipodascopsis, Lipomyces, Waltomyces e Zygozyma.
gêneros
Clavispora e Metschnikowia.
4
 Família 8
Phaffomycetaceae
 Família 9
Saccharomycetaceae
gênero
Phaffomyces
gêneros
Arxiozyma, Citeromyces, Debaryomyces, Dekkera, Holleya, 
Kazachstania, Kodamaea, Lodderomyces, Pachysolen, 
Saturnispora, Starmera, Tetrapisispora,, Williopsis, 
Zygosaccharomyces,
Issatchenkia
Kluyveromyces
Pichia
Saccharomyces
Toluraspora
Espécies
Issatchenkia terricola (Torulopsis dattila)
Kluyveromyces thermotoleraes (Torulopsis dattila)
Pichia etchellsii, P. spartinae, P. ohmeri, P. terricola
Saccharomyces cervisiae, S. bayanus,
(estirpes: S. uvarum, S. chevalieri, S. beticus,
S. capensis), S. cariocus, S. castellii, S. globosus.
Torulaspora pretoriensis (Saccharomyces pretoriensis)
5
 Família 10
Saccaromycodaceae
 Família 11
Saccharomycopsidaceae
 Família 12
anamorphic Saccharomycetales
 não classificadas
Saccharomycetales
gêneros
Hanseniaspora, Nadsonia, Saccharomycodes, Wickerhamia.
gêneros
Ambrosiozyma, Saccharomycopsis.
gêneros
Blastobotrys, Botryozyma, Brettanomyces,
Candida
gêneros
Cynodomyces, Starmerella, Wicherhamiella, etc.
Espécies
Candida inconspicua (Torulopsis inconspicua), C. 
haemulonii (T. haemulonii), C. krusei ( T. 
castellii), C. parapsitopis, C.rugosa.
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2. MORFOLOGIA
• leveduras  unicelulares, frequentemente ovais, 
arredondadas e as elípticas.
– Comprimento: 5 - 16 micra
– largura: 3 - 7 micra
– afetado por deficiências: nutrientes, (P e Mg), 
vitaminas (biotina, niacina, ác. pantotênico e 
piridoxina).
• Obs: 5 vezes maior que bactérias.
permite a separação na centrifugação
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3. CITOLOGIA
Figura 1 - Diagrama de uma célula de S. cerevisiae
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(1) Parede celular  30% peso seco/célula;
• composição: polímeros de glucana (“celulose”), 
manana(“goma”), quitina, lipídeos, fosfatos e esteróides.
• Aspecto: Poroso (filtros)/ seletividade, propriedades para 
substâncias < 4800 (peso molecular) até sítio de 
absorção.
• Enzimas Extracelulares: invertase, melibiase, 
glucoamilase, etc. (translocação e desdobramento das 
fontes para utilização pelo citoplasma).
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(2) Membrana citoplasmática .
• Posição: abaixo da parede celular e delimita em seu 
interior todas as microestruturas.
• Integridade e estabilidade  cátions inorgânicos (Mg2+, 
Ca2+ e K+).
• Permeabilidade seletiva (controle de translocação de 
compostos do meio externo ao interior da célula e vice-
versa).
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(3) Retículo Endoplasmático
• Ligada à síntese de proteínas.
(4) Vacúolo
• Membrana vacuolar  natureza lipoprotéica.
• Armazenador temporário polifosfatos e lipídeos
enzimas
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(5) Mitocôndria
• pequenas organelas com membrana dupla com 
“invaginações internas” (cristas);
• a função é conversão da energia aeróbica (ATP); síntese de 
proteínas e RNA.
(6) Ribossomos
• ligado à síntese protéica.
(ocorre no citoplasma)
(7)A célula contém reserva de nutrientes.
• Glicogênio, lipídeos,...
(8) Núcleo
• cromossomos que são desoxiribonucleoproteínas e 
ribonucleoproteinas.
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4. REPRODUÇÃO EM LEVEDURAS
(a) brotamento ou gemulação (multiplicação 
vegetativa)
Reprodução - assexuado -
(b) esporulação (formação de “ascos”)
- sexuados sob estresse -
(a) brotamento
Figura 4 - Ciclo vegetativo de 
leveduras alcoólicas. (Horii, 1980)
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Figura 5 - Ciclo vital de S. 
cerevisiae
(Bergey´s Manual, 2000)
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(b) Esporulação (reprodução)
Ascomycetos  ascosporos “ascos”:
Núcleo  Meiose  quatro ascosporos haplóides
“ruptura do asco”
n n n
2n n (16 cromossomos)
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5. FISIOLOGIA E E METABOLISMO DAS LEVEDURAS 
• Metabolismo de levedura: catabolismo anabolismo
degradação síntese
do substrato de material
celular
libera uso da 
energia
Energia para síntese
(1) Respiração  oxidação biológica de substratos orgânicos sob sistemas 
multienzimáticos que catalizam a oxidação  transporte de elétrons na 
cadeia respiratória onde há ativação do oxigênio (aceptor e-) e formação 
de água.
(2) Fermentação  reações em que compostos orgânicos atuam como 
substratos e como agentes de oxidação, em uma sequência ordenada de 
reações enzimáticas.
respiração
fermentação
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Figura 3 - Esquema representando o interrelacionamento das vias de degradação de 
carboidratos e a produção de etanol.
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6. DESENVOLVIMENTO DAS LEVEDURAS
- suprimento de nutrientes;
- composição química do meio;
Crescimento populacional - composição física do meio;
da levedura - constituição e estágio de 
desenvolvimento dos 
microorganismos.
Depende (função)
nutrientes;
condição acidez;
do meio temperatura;
aeração;
agitação;
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6.1. CINÉTICA
Desenvolvimento ou crescimento  referente aumento populacional 
(multiplicação celular)
Figura 6 - Fases de crescimento das 
leveduras em fermentação
1 - Lag-fase
2 - Fase de aceleração do crescimento 
3 - Fase exponencial de crescimento
4 - Fase de desaceleração do 
crescimento
5 - Fase estacionária
6 - Fase de declínio 
células totais
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(1) Fase “Lag”  adaptação, reconstituição enzimática, degradação 
macromolecular, etc.  função:
• linhagem de levedura;
• idade do cultivo antes da transferência do meio;
• composição dos meios de cultivo anterior e novo.
(2) Fase de Aceleração  aumento gradual da velocidade de multiplicação celular.
• Ocorre diferentes capacidades individuais dos microorganismos ao meio e 
distintas velocidades individuais
(3) Fase Exponencial  aumento exponencial do número de células, senão que 
cada célula se divide a intervalos constantes de tempo. Caracteriza-se por :
• aumento exponencial do n° de células da população
• intenso metabolismo e estabiliza o tempo de geração das leveduras
• grande quantidade de produtos de excreção, metabólitos intermediários, 
temperatura e outros fatores alteram rapidamente a composição
• duração é controlada  composição e estado físico do meio dependendo do n° de 
células por unidade de volume e a acumulação de metabólitos e produtos finais 
(inibidores);
• quantidade de inóculo não influência o tempo de geração na fase exponencial, 
mas atrasa por polongar a fase de multiplicação.
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(4) Fase Estacionária - caracteriza-se pelo n° de células na cultura permanecer 
quase constante por um período de tempo, há um baixo consumo de energia, 
ocorre a manutenção da viabilidade até esgotamento das reservas.
Dentre os fatores decisivos tem-se:
• depleção de nutrientes do meio;
• acúmulo de produtos finais tóxicos.
(5) Fase Declínio - o número de células que morrem excede o número de 
células novas, que será função dos fatores:
• composição do meio (esgotamento de nutrientes, acúmulo de produtos 
finais, etc);
• condiçõesfísicas e químicas do meio (pH, temperatura, etc.)
• Obs: A autólise das células, as sobreviventes podem se multiplicar 
aumentando esta fase.  Podendo formar “esporos ou ascósporos”
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Figura 8 - Efeito da condição ambiental sobre 
o comportamento metabólico em S. 
cerevisiae
Figura 9 - Gráfico de velocidades de consumo 
de açúcar, produção de etanol e crescimento 
de leveduras numa fermentação alcoólica
7. FATORES INTERFERENTES NO METABOLISMO DA LEVEDURA.
(<10%)
(>16%)
(HORAS)
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(7.1) Influência da glicose
• Conc. Glicose >15,0% (150 g/L) - inibe enzimas fermentativas.
• Conc. Glicose de 0,3 a 10% - inibição seletiva da respiração.
• Conc. Glicose  5% em meio aeróbico  via fermentativa completa, 
pois mitocôndria é reprimida e citocromo não funcionais.
• Conc. Glicose baixa e oxigênio alto  catabolismo oxidativo / 
respiração (não há fermentação)  efeito Pasteur
(7.2) Efeito do Oxigênio / Agitação
• A moderada aeração (15 a 20 mm/dia) auxilia na suspensão das 
células mais do que efeito direto do oxigênio (maior superfície de 
contato).
• É capaz de induzir a respiração na dependência de concentração de 
glicose do meio.
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(7.3) Efeito da concentração de Etanol
• inibe a atividade metabólica e levando a morte (sem condição de 
sobrevivência);
• limite no vinho: 12% de álcool  variável por: espécie e linhagem de 
leveduras e condições da fermentação.
Figura 10 - Influência do etanol na fermentação (Franz, 1961)
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(7.5.) Elementos minerais
Figura 14 - Composição química elementar de levedura comercial e melaço (% em relação à 
matéria seca) (Fonte: Harrison, 1971).
Elemento Levedura Melaço
N 7,5-9,0 0,1 -2,8
K 0,9-3,5 0,8.5,2
P 14-2,0 0,01 -0,9
S 0,3 -0,5 0,15 -0,2
Mg 0,15.0,5 0,007 -0,75
Ca 0,04.0,9 0,018 - 1,2
Na 0,02-0,2 0,82- 1,4
Zn 0,004 - 0,13 0,0006 - 0,013
Fe 0,003 -0,1 0,01 -0,021
Cu 0,002 - 0,012 0,0001 -0,006
Mn 0,0004 - 0,003 5 0,001 -0,004
Co 0,0005 0,00004 -0,0001
Mo 0,000005 - 0,000009 0,000009 - 0,000026
Cl 0,004 -0,1 1,3
I 0,00005 - 0,0004 -
Pb 0,0001 - 0,0007 0,0006
As 0,00001 -
Si - 0,028
Sr - 0,005
B - 0,0002 - 0,0004
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(7.4) Efeito da temperatura
clima
Fatores externos t °C da água
Mudanças na t °C do mosto
temperatura
Fatores calor liberado na
Ideal: - 30 °C / intrínsecos fermentação
- 36 °C
(a) Influência da temperatura na variação do tempo de geração e do coeficiente 
específico de crescimento em uma linhagem da levedura Saccharomyces 
cerevisiae
Temperatura Tempo de geração (h) Coef. espec. de cresc. g/l/h
-1
20 5 0.15
24 3.5 0.21
27 3.0 0.30
30 2.2 0.31
36 2.1 0.29
38 - 0.19
40 4.0 -
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(b) influência da temperatura no crescimento para vinho de uva obtida por atenuação 
horária de Brix, de 20 a 0° Brix.
(c) Efeito interativo de temperatura e espécie de levedura
Figura 13 - Influência da temperatura no crescimento de duas espécies de leveduras alcoólicas.
Atenuação de Brix/hora
10C 15,5C 21,1C 26,6C
Taxa de fermentação 0,13 0,25 0,37 0,52
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Nutrientes Funções
K Ativador enzimático inclusive de reações da glicólise; estabilizador de membranas;
necessário para a absorção do H2P04 aumenta a tolerância para iônios tóxicos,
inclusive H, controlando o pH intracelular; participa da absorção, por troca, de
catiônios bivalentes (Zn e Co).
Mg Ativador enzimático no processo glicolítico de transferases e carboxilases; estimula a
absorção de H2P04 incrementando a fermentação; mantém a integridade e
permeabilidade das membranas e regula o transporte de catiônios bivalentes. Sofre
ação antagônica do Ca++.
Ca Parece não ser importante para fermentações e multiplicação. Mantém integridade da
membrana plasmática em condições adversas. Ativa ATPase em concentração 1 mM,
mas se mostra inibidor a 10 mM. Inibe absorção de aminoácidos em conc. de 1 mM e
inibe o crescimento em conc. de 25 mM.
Ti Participa da glicólise e da síntese de vitaminas, sendo essencial ao crescimento e á
fermentação. Não é substituído por nenhum outro íon em suas funções; é integrante
de desidrogenases, aldolases e desulfidrases. A absorção é reduzida, em pH abaixo de
5 e é efetuada mediante troca com 2 íons K+.
Mn Estimula a síntese de proteínas e tiarnina; aumenta o teor de desidrogenase.
Fe Participa do sitio ativo de diversas enzimas (hemoenzimas). Requerido para
multiplicação na concentração de 1 a 3 M. Concentrações de 10 a 15 M inibem
crescimento e fermentação.
Cu Integrante de algumas enzimas; em concentrações de 1 a 1,5 M estimula
fermentação e crescimento, já em conc. de 10 M inibe o crescimento
Mo. Co, B Estimulam crescimento e fermentação em baixas concentrações (1 M). Inibição com
concentrações acima de 5M.
Figura 15 - Principais nutrientes e suas funções (fonte: Rodney e Greenfield (1984))
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ANEXO 1 -
Bergey´s Manual
(2000)