AULA 1 Unidade 1 Microbiologia Básica - Bioquímica Industrial

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Unidade 1: BIOLOGIA BÁSICA
Revisando a biologia da célula 
O controle e direcionamento da atividade celular pelo homem como fruto de grandes esforços de pesquisa científica trouxeram, ao longo do último século, muitos benefícios práticos para a saúde, sociedade, economia e ambiente da civilização contemporânea. Em função dos avanços revolucionários da biotecnologia nos últimos 20 anos o químico industrial precisa dominar novas ferramentas tecnológicas geradas nesse campo para melhor servir sua sociedade. Neste capítulo pretende-se fazer uma revisão de biologia básica para assegurar que o estudante consolide um mínimo de conhecimento sobre a grande variedade de tipos e estruturas celulares que tem trazido ao ser humano numerosos benefícios ao longo de milênios.
 
A célula: unidade fundamental dos seres vivos
A superfície de nosso planeta é habitada por uma grande diversidade de seres vivos que tem como menor unidade funcional da vida “a célula”. Esta pode assimilar substâncias de suas vizinhanças e utilizá-las como matéria-prima para gerar cópias dela mesma. 
O estudo de uma célula individual pode nos levar a descobertas importantes, as quais podem ser utilizadas para entender um organismo multicelular completo. De forma geral, uma ampla variedade de organismos compartilha muitas características comuns em sua estrutura e função. Isto nos permite fazer uma extrapolação do conhecimento obtido de experimentos com células de um organismo à outros. Fazer isso implica em tomar as devidas precauções para não universalizar esse novo conhecimento, lembrando que as células são apenas semelhantes, não idênticas. Para visualizar esse limiar, os conceitos-chave biológicos, apresentados a seguir de forma bastante sintética, serão muito importantes.
1.3 A diversidade biológica 
Células vivas podem ser encontradas em qualquer lugar onde exista água em estado líquido. Os níveis certos de temperatura, pH e umidade, necessários para um bom desenvolvimento, variam de um organismo para outro. 
Organismos podem ser encontrados nos ambientes mais extremos, apresentando uma enorme variedade de formas, tamanhos e, principalmente, capacidades metabólicas. Esta grande diversidade dá ao ser humano a oportunidade de explorá-las para a geração de uma imensa quantidade de produtos tecnológicos úteis. Portanto, com esta grande diversidade, uma classificação sistemática desses organismos se faz necessária.
A taxonomia é a ciência da classificação biológica. A unidade básica nesta classificação é a espécie, a qual é caracterizada por um alto grau de similaridade em propriedades físicas e biológicas e diferenças significativas das propriedades dos organismos relacionados. As espécies são nomeadas por uma terminologia binária na qual a primeira palavra, que começa com letra maiúscula, é o gênero e a segunda palavra é o nome específico, em letra minúscula, geralmente um termo descritivo. Na grafia o nome completo é destacado usando formato itálico ou sublinhado, como por exemplo, Saccharomyces cerevisiae ou Saccharomyces cerevisiae, onde Saccharomyces é o gênero e Saccharomyces cerevisiae é a espécie. As mais importantes categorias da hierarquia taxonômica, organizadas na ordem do termo mais abrangente ao mais específico são: reino, divisão (ou filo), classe, ordem, subordem, família, gênero e espécie.
Depois de aprender a dar nomes aos microrganismos, o seguinte passo é analisar a diversidade microbiana através da forma de obtenção de energia do ambiente circundante. Na Figura 1.1, estão representados os principais tipos de microrganismos de interesse para o ser humano e as características metabólicas que os diferenciam entre si ao utilizar uma fonte de energia.
Figura 1.1 Representação esquemática das fontes de energia utilizada pelos microrganismos a partir de compostos químicos e da luz.
Todos os sistemas biológicos, desde os microrganismos até o homem, possuem suas próprias exigências nutricionais que também podem servir de critério para sua classificação (Figura 1). São elas:
Fonte de energia:
 Fototróficos: organismos que são capazes de utilizar a energia luminosa.
Quimiotróficos: organismos que obtém a energia para as suas atividades a partir de reações químicas que podem ocorrer na ausência de luz.
 Fonte de carbono:
Autotróficos: organismos que podem se desenvolver completamente por meio de uma dieta inorgânica, usando CO2 ou carbonatos como única fonte de carbono, ou seja, produzem seu próprio alimento. Podem também ser chamados de litotróficos devido ao uso de matéria inorgânica.
Heterotróficos: organismos que não podem usar CO2 como fonte exclusiva de carbono, mas necessitam em adição aos minerais, uma ou mais substâncias orgânicas, como glicose ou aminoácidos como fontes de carbono, ou seja, não produzem seu próprio alimento. Também conhecidos como organotróficos.
Outras fontes:
Fontes de nitrogênio: nitrogênio atmosférico, compostos inorgânicos nitrogenados, ou outros derivados de nitrogênio.
Fontes de enxofre: enxofre elementar, enxofre inorgânico ou enxofre orgânico.
Fonte de fósforo: sais de fosfatos inorgânicos.
Fontes de elementos metálicos: sódio, potássio, cálcio, magnésio, manganês, ferro, zinco, cobre e cobalto.
Fontes de vitaminas: subprodutos de processos industriais (ex: milhocina da indústria de milho).
Uma classificação mais ampla dos seres vivos que vem ganhando amplo consenso é a baseada em três domínios filogeneticamente distintos Bacteria e Archaea (ambos procarióticos) e Eukarya (eucarióticos). Esses domínios se definiram ao longo do processo evolutivo a partir de um organismo ancestral comum. Na Tabela 1.1 são apresentadas as características mais marcantes que diferenciam os três domínios. Os vírus não estão incluídos nesta classificação porque, embora precisem de células para sua reprodução, não são considerados seres celulares.
Tabela 1.1 Classificação dos seres vivos em três domínios
	Domínio
	Tipo de estrutura
	Propriedades
	Grupos constituintes
	Eukarya
	Eucariótica
	Multicelular; ampla diferenciação de células e tecidos
	Plantas e animais
	
	
	Unicelular, cenocítico ou micelial; pouca ou nenhuma diferenciação
	Protistas (algas, fungos, protozoários)
	Bacteria
	Procariótica
	Química da célula própria e diferenciada
	A maioria das bactérias
	Archaea
	Procariótica
	Química celular parecida com a eucariótica
	Metanogênicas, halofílicas, termoacidófilas
Para o cultivo de microrganismos, além da presença de compostos que atendam qualitativa e quantitativamente suas necessidades nutricionais, é de crucial importância que se levem em consideração outros fatores que desempenham papeis importantes no crescimento celular. Os três principais fatores são: a temperatura, a oxigenação e o pH.
Considerando que grande parte da atividade fisiológica das células está ligada a atividade enzimática, e que as taxas das reações enzimáticas aumentam com a elevação da temperatura, conclui-se que o crescimento microbiano é dependente da temperatura. Dependendo da faixa de temperatura na qual elas crescem, os microrganismos são classificados como psicrófilos, mesófilos, ou termófilos. As faixas de temperatura na qual cada grupo é capaz de se desenvolver e as temperaturas ótimas estão resumidas na Tabela 1.2.
Tabela 1.2 Faixa de temperatura aproximada para o crescimento de vários microrganismos.
	Tipos de microrganismo
	Faixa de temperatura para crescimento
	Temperatura Ótima
	Psicrófilos
	- 4 ~ 12oC
	4oC
	Mesófilos
	9 ~ 47oC
	39oC
	Termófilos
Hipertermófilos
	42 ~ 68oC
65 ~ 97 oC
	60oC
88oC
Algumas bactérias têm a habilidade de formar endósporos (ou esporos internos) adversas. Esporos em bactérias são formas inativas de células capazes de resistir ao calor, à radiação e às substâncias químicas tóxicas. Quando o ambiente volta a ser apropriado ao funcionamento celular, eles podem germinar e formar células funcionais normais. Existem dois grupos maiores de bactérias que produzemesporos: o gênero Bacillus, que são aeróbicas e o gênero Clostridium, que normalmente são anaeróbicas. O Clostridium permanece em estado vegetativo na presença de oxigênio e seus esporos não são afetados pelo mesmo. Algumas bactérias, que no estado vegetativo morrem rapidamente a 45ºC, podem formar esporos que sobrevivem em água fervente por várias horas. Consequentemente, quando se tenta eliminar microrganismos por aquecimento e por outros meios, a capacidade das bactérias de formar esporos pode criar sérios problemas, prejudicando a esterilização.
Algumas células requerem oxigênio para seu crescimento e metabolismo. Estes microrganismos são chamados de aeróbios. Outros microrganismos são inibidos pela presença de oxigênio e crescem somente na ausência de O2, sendo chamados de anaeróbios. Outros, ainda têm a capacidade de crescer em ambas as circunstâncias, razão pela qual são chamados de facultativos. Ainda se conhecem microrganismos que apresentam um ótimo crescimento em condições de baixa concentração de oxigênio, são os microaerófilos. Microrganismos anaeróbios que não requerem oxigênio para sobrevivência, mas que não são danificados pela presença de oxigênio, são chamados de aerotolerantes. A Figura 1.2 mostra esquematicamente o comportamento desses microrganismos em função da presença ou ausência de O2.
Figura 1.2 Caracterização de microrganismos quanto ao metabolismo de oxigênio: a) aeróbico, b) anaeróbico, c) anaeróbico facultativo, d) microaerófilo, e e) aerotolerante. 
As aplicações mais conhecidas de processos microbiológicos aeróbicos são: produção de vinagre, alguns antibióticos e suplementos alimentares para animais (ração). E dentre os processos anaeróbicos estão a produção de alguns álcoois (inclusive etanol) e digestão de resíduos orgânicos.
Com relação à influência do pH no comportamento microbiano, sabe-se que cada microrganismo possui uma faixa de pH em que apresenta crescimento e, normalmente, exibe um valor de pH dentro dessa faixa onde o crescimento é ótimo. Poucas espécies de microrganismos são capazes de crescer em pHs inferiores a 3 ou superiores a 9. Organismos que apresentam pH ótimo de crescimento abaixo de 6 são denominados acidófilos. Microrganismos exibindo pH ótimo acima de 9 são denominados alcalifílicos.
Estrutura celular
É importante para o engenheiro conhecer as características dos diferentes tipos de células, especialmente as que se referem às necessidades nutricionais, taxas de crescimento, produção de metabólitos, formas de reprodução, assim como, a capacidade de locomoção. Estes fatores são de grande importância para o desenvolvimento de tecnologias que envolvem utilização de células. Outro aspecto de grande relevância são as diferenças morfológicas, ou seja, a diferença entre dimensões, forma física e estrutura existente entre os vários tipos de organismos. A morfologia de uma célula tem influência na taxa de transferência de massa de nutrientes e também pode afetar as características mecânicas e dinâmicas (ex: a viscosidade) do meio de cultivo circundante.
Células Procarióticas
1.4.1.1 Células do domínio Bacteria
A maioria das células procarióticas conhecidas pertence a esta classe, possuindo as seguintes características:
ausência de membrana envolvendo o núcleo;
são relativamente pequenas e simples e não se associam a outras células, ou seja, são unicelulares;
possuem apenas duas regiões internas distinguíveis estruturalmente: o citoplasma e a zona nuclear (ou nucleoplasma);
podem ser esféricas, espirais ou em forma de bastonetes e sua dimensão é de 0,5 a 3 m. Seu volume é da ordem de 10-12 mL por célula, sendo 50 a 80% água.
crescem rapidamente e são muito comuns na biosfera;
são bioquimicamente versáteis pois se adaptam facilmente ao meio ambiente, aceitando uma grande variedade de nutrientes;
devido ao seu rápido crescimento e sua versatilidade, são muito utilizadas em pesquisas biológicas e processos bioquímicos.
Na Figura 1.4 (a) estão ilustradas as características básicas da célula procariótica. A célula está envolvida por uma parede rígida, a parede celular, com aproximadamente 200Å de espessura. Esta parede confere forma e rigidez à célula, permitindo a ela resistir a uma ampla variedade de ambientes externos. Internamente a esta parede está a membrana celular, a qual tem geralmente uma espessura de 70 Å. Esta membrana possui uma estrutura básica geral comum para as membranas encontradas em todas as células, constituídas, principalmente, por fosfolipídios devidamente organizados e proteínas. A essa organização dá-se o nome de mosaico fluido, representado esquematicamente na Figura 1.3. A camada lipídica possui proteínas inseridas nela (proteínas transmembrana) ou vinculadas a sua superfície (proteínas periféricas). Estas membranas possuem uma importante função: determinam em grande parte quais as substâncias químicas que podem ser transportadas entre a célula e seus ambientes, bem como a taxa de transporte, ou seja, fazem o papel de uma barreira altamente seletiva entre o meio externo e interno. 
Figura 1.3 Modelo do mosaico fluido das membranas celulares.
Dentro da célula está presente uma ampla, mas não muito bem definida, região denominada zona nuclear ou nucleoide, o qual é o centro de controle das operações celulares. A zona nuclear contém ácido desoxirribonucleico (DNA), que carrega consigo a informação genética que determina a produção de proteínas, estruturas celulares e outras substâncias. As manchas escuras granulares que aparecem no interior da célula, demonstrada na Figura 1.4, são os ribossomos, que possuem sítios de importantes reações bioquímicas para síntese de proteínas, tratadas com mais detalhes no Capítulo 2. Os ribossomos são compostos por 2 subunidades proteica, e utilizam o ácido ribonucleico (RNA) para sintetizar as proteínas necessárias para as células. O citoplasma é o conteúdo da célula que está envolvido pela membrana plasmática e o citosol é a suspensão coloidal de grandes moléculas orgânicas que preenche o citoplasma. Na Figura 1.4 não é possível visualizar, mas existem regiões chamadas de grânulos de armazenagem, que contêm substâncias importantes (carboidratos e gorduras) para o metabolismo da célula.
Nas algas azuis (cianofíceas), estão presentes os ribossomos, a zona nuclear e a parede celular. Estes microrganismos são constituídos por um aparato bioquímico que permite utilizar a luz solar como fonte de energia. Isso só é possível devido à presença de membranas fotossintéticas. 
1.4.1.2 Células do domínio Archaea
A maioria das Archaea cultivadas são tipicamente extremófilas, com espécies que crescem em altas temperaturas, altas salinidades e pH extremos (vide exemplos na Tabela 1.3). Normalmente são encontrados em ambientes inóspitos, como fontes hidrotermais ferventes, em lagos congelados, em águas extremamente salgadas, e em solos e águas que com pH tão baixo quanto 0, ou tão alto quanto 12. A grande maioria são quimiotróficas e algumas (poucas) são quimiorganotróficas. Grande variedade das Archeae são quimiolitotróficas, sendo o hidrogênio gasoso (H2) muito utilizado como fonte de energia.
Tabela 1.3 Classes e exemplos de Archaea extremófilas
	Extremo
	Tipo
	Espécie
	Habitat
	Valor extremo
	Temperatura
elevada
	Hipertermófilo
	Pyrolobus fumari
	Quente, fendas hidrotermais marinhas
	106 oC
	pH baixo
	Acidófilo
	Picrophilus oshimae
	Fontes termais acídicas
	0,7
	pH alto
	Alcalifílico
	Natronobacterium gregoryi
	Lagos ricos em carbonato de sódio
	10
	Alta salinidade (pressão osmótica)
	Halófilo
	Halobacterium salinarum
	Salinas
	25% de saturação
1.4.2 Células Eucarióticas. Dominio Eukarya
As células eucarióticas são vistas como células complexas e provavelmente tenham surgido por um processo de aperfeiçoamento contínuo das células procarióticas. Estas células possuem as seguintes características:
a) Membrana envolvendo o núcleo, carioteca.
b) Normalmente são de 1 a 100 vezes maior do que os procariontes.c) Presença de organelas limitadas por membranas.
A célula eucariótica é envolvida por uma membrana plasmática similar à encontrada na procariótica. Na superfície externa dessa membrana pode haver parede celular (células vegetais), ou não (células animais).
Figura 1.4 Estrutura interna de células: (a) procariótica (b) eucariótica
A natureza desta camada depende do tipo de célula. Por exemplo, as células de animais superiores normalmente produzem uma fina camada de macromoléculas (matriz extracelular) com propriedades adesivas que são extremamente importantes para estabelecer ligações célula-célula no processo de formação de tecidos e órgãos. Células de plantas estão envoltas por uma parede grossa e muito forte. A madeira é constituída basicamente de paredes celulares de árvores mortas.
Um complexo sistema de membranas, denominado de retículo endoplasmático, interliga a membrana celular ao interior da célula. Nestas células o núcleo é envolvido por uma membrana porosa cuja principal função é controlar a saída do RNA que se unirá aos ribossomos, no citoplasma, para a produção de proteínas. Estes ribossomos, sítios reativos de maior tamanho que os vistos em células procarióticas, estão fixados na maior parte da superfície do retículo endoplasmático. Os ribossomos são de certo modo análogos a partículas de metal impregnadas dentro de suportes porosos para catalisar reações químicas em processos industriais. A forma altamente invaginada de um retículo endoplasmático tem a mesma finalidade que um suporte poroso tem para os metais catalíticos, aumentar a área superficial disponível por unidade de volume.
O núcleo é envolvido pela carioteca, uma membrana dupla com poros de 40 a 70µm de diâmetro, contendo em seu interior cromossomos que variam para cada tipo celular. O núcleo controla as propriedades hereditárias e todas as atividades vitais da célula. Os cromossomos são corpos longos encontrados no interior do núcleo das células, compostos por genes organizados em sequência linear. Além deles estão presentes no núcleo as nucleoproteínas (histonas), que se ligam aos cromossomos para sua condensação. Existem outros compartimentos internos limitados por membranas que são conhecidas coletivamente como organelas. As mitocôndrias são organelas com uma estrutura interna extremamente especializada e organizada. Elas contêm enzimas transportadoras de elétrons e estão presentes em todas as células eucarióticas que utilizam oxigênio no processo de geração de energia. Nas células fototróficas, que utilizam a luz como fonte primária de energia, o cloroplasto é a principal organela responsável pelo fornecimento de energia à célula.
O complexo de Golgi, os lisossomos e os vacúolos também são organelas e, em geral, servem para isolar as reações químicas ou certos compostos químicos do citoplasma. Esta separação é desejável, seja do ponto de vista da eficiência da reação, como de proteção de outros componentes celulares do conteúdo agressivo dessas organelas. 
Uma comparação mais detalhada entre células procarióticas e eucarióticas pode ser observada na Tabela 1.4. 
Tabela 1.4 Uma comparação entre células procarióticas e eucarióticas.
	Característica
	Procarióticas
	Eucarióticas
	DNA em forma de cromossomos
	Não
	Sim
	Membrana nuclear
	Não
	Sim
	Mitocôndria
	Não
	Sim
	Retículo endoplasmático
	Não
	Sim
	Complexo de Golgi
	Não
	Sim
	Aparelho fotossintético
	Clorossomas
	Cloroplastos
	Esporos
	Endósporos
	Endo e exósporos
	Resistência ao calor dos esporos
	Alta
	Baixa
	Organização
	Unicelulares
	
Uni ou pluricelulares
	Metabolismo
	
Aeróbico e anaeróbico
	Maioria aeróbico
	Tamanho Celular
	1-10 µm
	10-100 µm
Organismos Celulares
Neste tópico serão apresentados somente organismos uni ou pluricelulares, de maior interesse para a engenharia ambiental.
1.4.3.1 Bactérias
As bactérias mais frequentemente utilizadas em processos tecnológicos ambientais são organismos pequenos, medindo aproximadamente 0,5 a 1,0 m por 2,0 a 5,0 m. São geralmente envoltos por uma parede celular rígida, que em muitas espécies sua superfície externa é recoberta com uma camada viscosa e pastosa denominada cápsula ou camada de muco. As bactérias são tipicamente unicelulares, podendo existir três formas básicas: esfera, espiral ou bastão (Figura 1.5). A maioria não é capaz de utilizar luz como fonte de energia. Elas são capazes de se mover por meio de flagelos bacterianos e de se reproduzirem por divisão ou fissão binária em 2 células filhas (vide Figura 1.6). 
Figura 1.5 As formas mais comuns encontradas em bactérias.
O processo de fissão binária envolve várias etapas: alongamento da célula, invaginação da parede celular, distribuição do material nuclear, formação da parede celular transversa, distribuição do material celular em duas células, e separação em duas novas células. Este é um processo de reprodução assexuada.
Figura 1.6 Esquema da multiplicação bacteriana por fissão binária transversa. 
1.4.3.2 Fungos
Os fungos são divididos em dois grandes grupos, os unicelulares e os pluricelulares. Os unicelulares são conhecidos como leveduras, já os pluricelulares abrangem vários outros subgrupos, porém nos limitaremos ao estudo dos bolores devido a sua importância no contexto ambiental.
Leveduras
Estes microrganismos constituem importante subgrupo dos fungos e não são capazes de captar energia da luz solar. São células geralmente móveis, simples e pequenas, de 5 a 30 m de comprimento por 1 a 5 m de largura. Reproduzem-se assexuada (brotamento e divisão) e sexuadamente (conjugação de duas células haploides para formar uma célula diploide). Na reprodução por brotamento, uma pequena célula descendente começa a crescer ligada a célula-mãe; a separação física da célula-filha pode não ser imediata, e a formação de um aglomerado de células de levedura envolvendo várias gerações é possível. Já a fissão binária ocorre pela divisão da célula em duas novas células iguais. 
A reprodução sexuada ocorre pela união de duas células haploides (cada uma tendo um único cromossomo) com a dissolução da parede adjacente para formar uma célula (dois cromossomos por célula). O núcleo na célula diploide suporta uma ou várias divisões e forma ascósporos; cada um desses eventualmente torna-se uma nova célula haploide individual, a qual pode então reproduzir-se subsequentemente por brotamento, fissão, ou novamente fusão sexuada. Os ascósporos, que são um estágio normal no ciclo reprodutivo destes organismos, não devem ser confundidos com os endósporos bacterianos, os quais são um mecanismo de defesa contra ambientes hostis.
Figura 1.7 Reprodução de leveduras por brotamento e fissão celular.
Na produção de bebidas alcoólicas, as leveduras são os mais importantes microrganismos industriais. Para a fabricação de cervejas e vinhos, as leveduras anaeróbicas produzem álcool industrial e glicerol. Servem também como suplemento proteico de alimentação animal.
Bolores
Sobre estes microrganismos pode-se dizer que são fungos pluricelulares com uma estrutura vegetativa denominada micélio. Os micélios são compostos por hifas (sistema de ramificação tubular) e em alguns casos podem ser muito densos. Algumas ramificações dos micélios podem crescer no ar e esporos assexuais, chamados de conídios, são formados nestas ramificações aéreas. Os conídios são aproximadamente esféricos em estrutura e frequentemente pigmentados. Os bolores não contêm clorofila, isto é, são heterotróficos e geralmente não se movem. Sua reprodução pode ser sexuada ou assexuada, sendo esta a mais comum e realizada por meio da liberação de esporos (como demonstrado na Figura 1.8).
Figura 1.8 Estrutura e reprodução assexuada dos bolores.
Bolores usualmente são formados por células longas altamente ramificadas (vide Figura 1.9) e podem crescer facilmente em superfícies úmidas e sólidas com nutrientes. O tamanho típico de um filamento é de 5 a 20 m. Quando crescem em cultura submersa, os bolores formamagregados. O tamanho típico de um agregado varia entre 50 m a 3 mm dependendo do tipo de bolor e das condições de crescimento.
Figura 1.9 (a) A estrutura micelial dos bolores. (b) A hifa do Aspergillus e Pencillium, que são duas variedades de bolores importantes industrialmente.
A formação de agregados pode causar alguns problemas de transferência de massa (nutrientes) especialmente de oxigênio, que apresenta baixa solubilidade em meios aquosos. Por outro lado, grandes agregados tendem a decantar reduzindo a viscosidade do meio de cultura. Como consequência disto, ocorre uma melhora na oxigenação desse meio.
As classes mais importantes industrialmente são os Aspergillus e Penicillium. Os produtos mais utilizáveis destes organismos incluem os antibióticos, ácidos orgânicos e catalisadores biológicos (enzimas). A linhagem A. niger normalmente produz ácido oxálico (HO2CCO2H). Limitações de nutrientes como fósforo, ferro, manganês e cobre, resultam na produção de ácido cítrico [HOOCCH2COH(COOH)CH2COOH], ao invés do ácido oxálico. Este método de limitação nutricional é a base para o processo bioquímico comercial de produção de ácido cítrico. A produção industrial de penicilina é feita mediante a utilização de linhagens de Penicillium modificadas geneticamente pelo uso de radiação ultravioleta com a finalidade de aumentar a produtividade do processo.
Convém esclarecer que existem também os actinomicetos, que são um grupo de bactérias com algumas propriedades de fungos. Estes organismos são extremamente importantes na produção de antibióticos, porém, como bactérias, são suscetíveis a infecções e doenças causadas por vírus.
1.4.3.3 Algas e Protozoários
Estes eucariontes são relativamente grandes e possuem uma estrutura bem organizada. Como exemplo, temos a alga Euglena, que possui flagelos para locomoção, ausência de parede rígida e possui uma mancha sensível a luz. A célula, guiada pela mancha, se move em resposta a estímulos pela iluminação. Muitas diatomáceas (outro tipo de alga) possuem exoesqueletos de arquitetura complexa os quais são impregnados com sílica. Estes exoesqueletos são amplamente empregados como agente filtrante na indústria.
Atualmente as algas estão sendo objeto de grande interesse comercial para seu aproveitamento na produção de biocombustíveis, assim como gêneros alimentícios e suplementos alimentares. 
Embora os protozoários não sejam empregados na manufatura industrial, suas atividades são significativas entre os microrganismos que participam do tratamento biológico de resíduos. Esses processos são amplamente utilizados em grandes centros urbanos e industriais ao redor do mundo. Nesses casos, uma mistura complexa de diferentes nutrientes formam os esgotos e resíduos industriais, necessitando uma grande e variada coleção de diferentes organismos para o tratamento biológico desses rejeitos gerados pela sociedade. Esses organismos competem por nutrientes, devoram uns aos outros e interagem de diversas formas, de acordo com as características desses sistemas.
1.4.3.4 Vegetais e animais
A utilização dessas células faz parte do que se conhece hoje como “tecnologia de cultivo de tecidos” para produção de vários compostos de alto valor agregado, já que demandam para sua síntese uma maquinaria enzimática bastante complexa. Sendo ambos organismos compostos por células eucarióticas, estruturalmente apresentam uma complexidade muito maior que as procarióticas. Coerente com isso, os dois tipos de célula possuem núcleo e várias organelas dentro do citoplasma (vide Figura 1.10).
Muitas vacinas, medicamentos de última geração e outros produtos bioquímicos são obtidos por meio do crescimento de células animais em biorreatores, isto é, pela proliferação celular in vitro.
Melhorias nas técnicas de cultivo in vitro utilizando células derivadas de tecidos, assim como métodos emergentes de manipulação genética para células de plantas e animais, oferecem grande potencial de aproveitamento comercial destas.
Visto que as plantas produzem muitos compostos importantes comercialmente como, por exemplo, perfumes, tintas, remédios, entre outros, há um potencial significativo para futuras aplicações da cultura celular de plantas.
Figura 1.10 Esquema resumido das principais diferenças e semelhanças entre as células eucarióticas animais e vegetais. 
1.4.4 A lei do crescimento celular
Como foi visto nos parágrafos anteriores, todas as células, independentemente do tipo, têm a capacidade de se multiplicar. Os mecanismos utilizados para efetuar esse processo, como foram mostrados neste capítulo, são muito variados. Toda célula segue essa lei natural da vida, o que implica que, em alguma etapa de sua existência, ela dará origem a uma ou mais células novas. Assim, o tempo necessário para gerar uma nova célula terá uma relação direta com seu tamanho. Células grandes demoram mais para crescer em relação às células pequenas. Quando as condições ambientais são favoráveis, o aumento do número de células obedece a lei exponencial descrita pela equação N= No × 2t/G, ou pela equação equivalente N= No.eln2(t/G), onde No é o número de células no tempo zero, G é o tempo de geração ou tempo de duplicação e t é o tempo transcorrido de multiplicação celular.
1.5 Considerações finais
Neste capítulo revisamos a relevância do estudo da estrutura da célula, das fontes de energia e de sua classificação com relação à demanda de nutrientes, oxigênio, assim como de temperatura e pH de crescimento. Também foi abordada a forma de reprodução dos microrganismos como parte de um mundo extremamente diversificado que oferece grandes benefícios para o ser humano. No próximo capítulo vamos examinar a química dos componentes celulares. 
1.6 Exercícios resolvidos
Uma cultura de células contém 1 milhão de células bacterianas que se duplicam a cada 20 minutos. Nesta cultura, uma única célula sofre uma mutação na qual sua divisão agora ocorre mais rapidamente, com um tempo de geração de 16 minutos. Após 100 minutos, qual é o número de células normais e de células mutadas?
Células normais:
 células normais
Células mutadas:
 células mutadas
Após 100 minutos, a cultura terá 32 × 106 células normais e 76 células mutadas.
Leia a seguinte lista de sentenças e classifique-as como corretas ou incorretas. Explique de forma clara sua resposta.
a) A informação hereditária de uma célula é passada para a nova geração através de suas proteínas.
Incorreto. A informação hereditária é passada através do DNA. 
b) O DNA bacteriano é encontrado no citosol.
Correto. As bactérias são organismos procariontes e não tem núcleo com o material genético organizado.
c) Os vegetais são compostos de células procarióticas.
Incorreto. Os vegetais são organismos eucariontes.
d) Todas as células de um mesmo organismo têm o mesmo número de cromossomos.
Incorreto. Os gametas possuem a metade dos cromossomos de uma célula normal.
e) O citosol contém organelas envolvidas por membranas, como os lisossomos. 
Incorreto. As organelas se encontram no citoplasma. 
f) O núcleo e as mitocôndrias estão envolvidos por uma dupla membrana.
Correto. Estas duas organelas contêm membranas duplas.
g) Os lisossomos e os peroxissomos são locais de degradação de materiais indesejados da célula.
Correto. Os lisossomos e os peroxissomos degradam componentes tóxicos e organelas “velhas”.
Sugestão para estudos complementares
Para leitura adicional, consultar:
Atkinson, B., Mavituna, F. Biochemical Engineering and Biotechnology Handbook. 2a ed., Stockton Press, New York, 1991.
Bailey, J. E., Ollis, D. F. Biochemical Engineering Fundamentals. 2a ed., McGraw-Hill, New York , 1986.
Shuler, M. L., Kargi, F. Bioprocess Engineering. Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1992.
Madigan, M. T.; Martinko, J. M.; Dunlap, P. V.; Clark, D. P. Microbiologia de Brock. 12a ed., Artmed, 2010.
Para exercícios didáticos e visualização de imagens:
http://www.cellsalive.com/
http://www.biology.arizona.edu/cell_bio/cell_bio.html