Resumo Bioquímica 1º Bim

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CAPÍTULO 2 – MICROBIOLOGIA E BIOQUÍMICA APLICADAS À BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL
2.1 A ESTRUTURA DAS CÉLULAS: PROCARIÓTICAS E EUCARIÓTICAS
Procarióticas:
Não possuem núcleo verdadeiro
Simples e pequenas, existindo geralmente sozinhas
Formas esféricas, bastão ou espiral
Bioquímica muito versátil, podendo assimilar um número muito grande de nutrientes em ambientes muito variados interesse industrial
Parede celular rígida Membrana plasmática ou celular Zona nuclear (informação genética no cromossomo circular; controle operacional da célula). Interior da célula contém ribossomos (síntese protéica) e citoplasma
Eucarióticas: 
Possuem membrana separando o núcleo celular do restante do citoplasma
Apresentam diferentes formas conforma as necessidades e funções que desempenham
Parede celular rígida Membrana citoplasmática Retículo Enfoplasmático Interior: organelas Núcleo celular circundado por membrana porosa
2.2 CLASSIFICAÇÃO DOS ORGANISMOS ESTUDADOS PELA MICROBIOLOGIA
Estudo de Tixotropia = Esquemas presentes na apostila
2.3 PRINCIPAIS GRUPOS DE MICRORGANISMOS EM PROCESSOS BIOTECNOLÓGICOS
Interesse industrial = Protista
Para sucesso do processo biológico dependemos de: microrganismos, meio de cultivo, forma de condução do processo e etapas de recuperação do produto
Obtenção de culturas: isolamento da natureza, compra de culturas, obtenção de mutantes naturais ou induzidos por métodos convencionais e obtenção de microrganismos recombinantes por técnicas de engenharia ganética
Características desejáveis: 
Elevada eficiência de conversão, permitir altas concentrações no meio
Não produzir substâncias incompatíveis com o produto
Constância de comportamento fisiológico
Não ser patogênico, não exigir condições de processo muito complexas ou meios de cultivo dispendiosos
Permitir rápida liberação do produto para o meio
Conservação de culturas: reduzir ao máximo a atividade metabólica. Mais comum é semear o meio de cultivo em um tubo e periodicamente transferi-lo para um novo meio
Técnicas de isolamento de culturas puras: utilização de meios de cultura sólidos
Técnicas de inoculação
BACTÉRIAS
Maioria útil ao homem
Células procarióticas, unicelulares, delimitadas pela membrana citoplasmática (lipoprotéica, regula trocas com o meio)
Tem parede celular rígida e citoplasma
FORMAS: esférica, cilíndrica, espiralar e micetos
Seres pequenos com elevado metabolismo celular (grande área de absorção)
Sistema de controle de síntese de enzimas em função da presença de substratos 
Motibilidade, sendo que algumas tem flagelos
Reprodução por fissão binária
Exceções e subdivisões:
Gram positivas e Gram negativas
Esporos e cistos mais resistentes e geralmente metabolicamente inativas
Endósporos (exclusivos de bactérias) = parede espessa, refráteis e resistentes a mudanças ambientais
Actinomiceto produz o esporo conídio = resistente ao dessecamento mas nem tanto ao calor. Utilizados para reprodução, não para proteção
Cistos = formas latentes dos endósporos
LEVEDURAS
Subgrupo dos fungos
Não conseguem extrair energia da luz
Formam células livres
Unicelulares e maiores que as bactérias
FORMAS: normalmente ovais, mas podem ser alongadas (elípticas) ou esféricas
Não tem meios de locomoção
Eucarióticas, com membrana plasmática lipoprotéica regula trocas com o meio ambiente
Reprodução assexuada: brotamento ou fissão. Reprodução sexuada: conjugação de duas células haploides (um cromossomo em cada) formação de célula diploide. O núcleo dessa célula pode se dividir e formar ascósporos que se tornarão células haploides 
!!! Ascóporos fazem parte do ciclo normal de reprodução, enquanto endósporos constituem um mecanismo de defesa das bactérias
Possuem aplicação industrial na produção de bebidas alcoólicas, álcool, glicerol e na panificação e suplementos de proteínas
BOLORES
Pertence ao grupo dos fungos
Organismos multicelulares
O corpo ou talo consiste de um micélio e esporos latentes, sendo cada micélio uma massa de filamentos chamada de hifa (massa de hifas = micélio) as paredes da hifa são formadas de quitinas, celuloses e glicanas
Hifas:
Massa de hifas = micélio
Semelhantes a raízes = rizoides vegetativas que penetram no substrato
Aéreas = esporangióforos produzem esporos dentro de sacos chamados esporângios
Estolhos = filamentos em forma de raízes que conectam talos individuais
Hifas cenocíticas: não têm septo. Cada uma é uma célula longa contendo muitos núcleos
Hifas septadas: têm septo que divide os filamentos em células distintas contendo núcleos. Existe um poro em cada septo que permite que o citoplasma e os núcleos migrem entre as células.
Hifas reprodutivas: podem crescer livres em contato com o ar para disseminar os esporos que elas produzem
Hifas vegetativas: sem função especializada e podem crescer ao longo da superfície de um substrato
Estruturas grandes = fungos corpulentos (ex. cogumelos)
Muitos fungos patogênicos exibem dimorfismo: existem em forma unicelular ou em uma forma filamentosa
Reprodução assexuada ou sexuada, ou seja, produzem esporos sexuados (fusão de gametas) e assexuados (talo produz milhares de esporos). Os sexuados são menos produzidos
Esporulação/Esporos pela forma assexuada: Esporangiósporos, Conídias, Oídia, Clamidósporos e Blastósporos
Células por reprodução sexuada: Ascosporos, Oosporos e Zigosporos
Não conseguem absorver energia da luz e não possuem motilidade
Actinomicetos: características de bactérias e de bolores
ALGAS E PROTOZOÁRIOS
Eucarióticos, dimensões superiores, estrutura sofisticada e complexa
Algas suplemento alimentar; possuem função no ciclo natural de vários elementos
Protozoários não podem aproveitar a luz como fonte de energia; pouco interesse industrial; grande variedade de habitats, formas morfológicas e atividades
CÉLULAS ANIMAIS E VEGETAIS
Produção de vacinas e outros produtos bioquímicos 
Avanço de técnicas potencial de uso industrial
Durante processo células podem morrer ou: sobrevivem e se multiplicam (células primárias) são transferidas e continuam se multiplicando (células secundárias) sequência do processo = células estáveis
VÍRUS
Constituídos de proteína e ácido nucléico
São parasitas = se reproduzem utilizando ácido nucléico e proteínsa da célula hospedeira
Apresentam apenas um tipo de ácido nucléico 
Quando infectadas, as células podem desenvolver dois tipos de metabolismo: 
Lisogenia: reprodução normal, mas incorporação de DNA alterado
Ciclo Lítico: DNA viral controla atividades metabólicas, formando mais partículas virais
2.4 NECESSIDADES NUTRICIONAIS DOS MICRORGANISMOS – MEIOS DE CULTIVO
Exterior das células:
Parede celular = força estrutural
Membrana celular ou plasmática = funções primordiais como transporte de substâncias do exterior para o interior da célula e vice-versa
Mecanismos de transporte pela membrana celular:
Difusão passiva: gradiente de concentração e sem gasto de energia
Difusão facilitada: transporte mediado por enzimas (permeases) com gradiente de concentração e sem gasto de energia. É mais específico
Transporte ativo: transportada sem alteração química contra o gradiente de concentração com auxílio de proteínas e há gasto de energia
Translocação de grupo: transporte com alteração química devido à ligação com a enzima permeasse, havendo gasto de energia. Como há alteração, não há uma concentração da substância dentro da célula
Os meios de cultivo podem ser: basal, de enriquecimento, seletivo, diferencial e de transporte
Características desejáveis no meio:
Barato e de composição fixa
Atender necessidades nutricionais e ajudar no controle do processo (tampão)
Não atrapalhas tratamento final ou recuperação do produto
Permitir armazenagem
Necessidade de energia dos microrganismos: Quimiotróficos (quimio-litotróficos ou químio-organotróficos) ou Fototróficos (foto-litotróficos ou foto-organotróficos)
Necessidade de carbono: Autotróficos (CO2) ou Heterotróficos (compostos orgânicos)
Necessidade de nitrogênio: Nitrogênio atmosférico(Rhizobium), Fontes inorgânicas (sais de amônio e nitratos) e Fontes orgânicas
Necessidade de sais inorgânicos: Macronutrientes (em quantidades apreciáveis) e Micronutrientes (pequenas quantidades, mas com papel mal estabelecido até hoje)
Fatores de crescimento: compostos inorgânicos indispensáveis a um determinado microrganismo, mas que ele não consegue sintetizar, devendo estar presentes no meio
Água é essencial: pressão osmótica, controle de temperatura, associação das substâncias em solução por meio da membrana
Meios de cultivo:
Sintéticos: composição qualitativa e quantitativa conhecida
Complexos: composição química não muito bem definida
Podem estar na forma sólida (necessidade de solidificante. Técnica usada para isolamento de culturas), semi-sólida e aquosa
Os seletivos impedem o crescimento de determinados microrganismos (adição de inibidor)
Diferenciais conferem características especiais à colônias que normalmente seriam idênticas
FATORES INFLUENTES NA ATIVIDADE DOS MICRORGANISMOS
TEMPERATURA
Influencia crescimento celular, produção de metabólitos e morfologia
Temperatura mínima: abaixo dela não há crescimento
Temperatura máxima: acima dela não há crescimento
Temperatura ótima:
Crescimento máximo
Termofílicos (>45°C), Termodúricos (permanecem vivas em temperaturas que geralmente matam bactérias), Mesofílicas (15°C<T<45°C) ou Psicrófilos (<15°C)
OXIGÊNIO
Aeróbios: crescem apenas na presença de Oxigênio
Anaeróbios: apenas na ausência de Oxigênio
Anaeróbios facultativos: normalmente com oxigênio mas também podem crescer sem
Microaerófilos: crescem melhor com concentrações reduzidas de Oxigênio
PH
Existem valores mínimos, máximos e ótimos, sendo o ótimo geralmente perto da neutralidade, embora muitos sejam próximos de 5
PRINCIPAIS COMPOSTOS BIOQUÍMICOS 
Os organismos devem sintetizar todos os compostos químicos necessários à operação, manutenção e reprodução da célula pelas reações bioquímicas ou metabolismo
Os compostos envolvidos geralmente são polímeros, formados por monômeros:
Lipídios ácidos graxos
Glicídios ou polissacarídeos monossacarídeos
Ácidos nucléicos nucleotídeos
Proteínas aminoácidos
Estrutura repetitiva (um tipo de monômero), que apresenta função estrutural e de estocagem, ou não repetitiva
LIPÍDIOS
Compostos biológicos solúveis em solventes não polares e insolúveis em solventes polares (presente em fases não aquosas como membranas)
Ácidos graxos saturados são os monômeros mais simples (insaturados ligação dupla)
Neutros ou gorduras: misturas de triglicerídeos e ácidos graxos. São reservas de energia
Fosfolipídeos: contêm fosfato em sua estrutura. São divididos em glicerofosfolipídeos e esfingolipídeos e são componentes estruturais
Algumas vitaminas (como A, E, K, e D) também são classificadas como lipídeos por serem insolúveis em água
Esteróides também são classificados como lipídeos, tais como hormônios (controle de velocidade) e o colesterol
GLICÍDEOS
Também conhecidos como carboidratos
Encontrados em células animais, vegetais e microrganismos
Fontes de energia, armazenadores de energia e unidades estruturais
Monssacarídeos Dissacarídeos Polissacarídeos (homo ou heteropolímeros)
Polissacarídeo mucopeptídeo = parede celular bacteriana
Celulose e hemicelulose
ÁCIDOS NUCLÉICOS
Ácido fosfórico, uma pentose ribose ou desoxirribose e uma base nitrogenada derivada de purina e pirimidina
Os nucleotídeos são diferenciados pela pentose envolvida (DNA ou RNA)
Nucleosídeos: nucleotídeos sem o ácido fosfórico. Exemplo: adenosina, que pode formar ADP e ATP importante para armazenamento e transporte de energia química
São formados pela condensação de seus monômeros através de ligações fosfodiéster, formando biopolímeros de alto peso molecular
Sequência de quatro bases nitrogenadas (AGTC) que carrega informação genética para a síntese de ácidos ribonucleicos e proteínas
Dupla hélice: adenina+timina e citosina+guanina processo de obtenção de duas moléculas de DNA a partir de uma = replicação
DNA requerido para crescimento e multiplicação região nuclear das células procarióticas e núcleo das células eucarióticas, denominado de cromossomo
Função DNA: armazenar instruções para síntese de RNA com sequencia e comprimento específicos genes (segmentos de DNA) geram RNA por transcrição
DNARNA: 
Citosina Guanina
Adenina Uracil
Timina Adenina
Tipos de RNA:
Mensageiro (RNAm): transporta mensagem do DNA para a transcrição
Ribossômico (RNAr): lê RNAm e executa (ribossomo das células)
Transportadores (RNAt): auxilia RNAr na execução das mensagens
Resultado final da transmição de informações = síntese de proteínas
PROTEÍNAS
Moléculas orgânicas mais abundantes nas células
Todas possuem os quatro elementos químicos: C, H, O e N, além de S
Funções diversificadas (pode assumir diversas formas), sendo a mais importante a de catalisador – enzimas
Monômeros que formam os polímeros = aminoácidos diferenciação de aminoácidos é feita através do radical ligado
Proteínas conjugadas = aminoácidos + grupos orgânicos e até componentes inorgânicos (grupo prostético) 
Estrutura das proteínas:
Estrutura primária: sequência de aminoácidos
Estrutura secundária: configuração estrutural dos aminoácidos (hélice ou folha)
Estrutura terciária: configuração tridimensional (principal responsável pela atividade biológica específica das enzimas)
Estrutura quarternária: forma com que cadeias de polipetídeos distintas interagem entre si em uma proteína, formando a estrutura tridimensional
Podem ser desnturadas = estruturas secundárias, terciárias e quartenárias podem ser alteradas
COMPOSTOS BIOQUÍMICOS HÍBRIDOS
Muitos compostos não se enquadram em nenhum dos grupos citados anteriormente, pois são formados pela combinação de lipídeos, glicídios e aminoácidos
METABOLISMO CELULAR – CATABOLISMO E ANABOLISMO
Metabolismo = conjunto de reações químicas que ocorrem na célula. São organizadas em ordens metabólicas, que possuem conexões entre si
A atividade metabólica das células está sujeita às restrições estequiométricas e termodinâmicas
A quantidade de energia associada à síntese dos compostos necessários ao metabolismo celular está relacionada à rota metabólica de obtenção de energia
Energia ATP é usada por três objetivos principais:
Crescimento celular, reprodução e manutenção
Transporte de substâncias (interna e externamente à molécula)
Trabalho mecânico (divisão celular e movimento)
Reações de dentro da célula podem ser divididas em:
Degradação do nutriente absorvido
Biossíntese de pequenas moléculas, precursoras das macromoléculas
Biossíntese de macromoléculas (biopolímeros)
Catabolismo e anabolismo ocorrem simultaneamente nas células e as velocidades de cada um são reguladas pelas enzimas de forma independente as vias correspondentes e opostas geralmente não são idênticas, pois pode haver a formação de intermediários ou reações enzimáticas diferentes, devido às restrições termodinâmicas, ou seja, irreversibilidade
Todas as rotas metabólicas são interligadas e matem a forma mais econômica possível. Assim, a energia e precursores formados no catabolismo são utilizados no anabolismo de modo contínuo, conforme são disponibilizados
CATABOLISMO
Fase degradativa do metabolismo
Liberação de energia (ATP e NADPH)
Reações envolvendo ATP fosforilação (adição de fosfato)
A nível do substrato fosfato adicionado diretamente ao ADP
Oxidativa energia de oxidação é utilizada na síntese de ATP
Fotofosforilação energia da luz
Catabolismo aeróbio (metabolismo intermediário): 
Primeiro estágio: moléculas dos combustíveis orgânicos já hidrolisadas enzimaticamente são oxidadas para liberar acetil-CoA
Segundo estágio: esses grupos acetila são introduzidos no ciclo do ácido cítrico, que os oxida enzimaticamente até CO2
Terceiro estágio: cofatores reduzidos são oxidados, desfazendo-se de prótons e elétrons. Há transferência de elétrons, formação de H2O e liberação de energia
A glicose é o principal combustível damaioria dos organismos, sendo que pode:
Ser armazenada
Ser oxidada a compostos com três átomos de carbono (piruvato)
Ser oxidada a pentoses
ANABOLISMO
Também chamado de biossíntese
Fase sintetizadora do metabolismo (pequenas moléculas reunidas para formar macromoléculas)
Requer fornecimento de energia: quebra de ATP em ADP e grupo químico fosfato
Pode ser dividida em duas classes (ambas necessitam de ATP):
Biossíntese de pequenas moléculas: monômeros construídos através da energia e dos metabólitos-chaves das reações de degradação, além de outras matérias primas. Os compostos formados são chamados de metabólitos intermediários centrais
Biossíntese das macromoléculas (ou biopolímeros): a partir da primeira classe e energia
A partir da energia, dos metabólitos-chaves (catabolismo), monômeros (primeira fase do anabolismo), a célula pode reproduzir seu material genético pela replicação do DNA
A síntese de proteínas é feita a partir desse DNA, inicialmente pelo processo de transcrição do DNA para RNA. Depois ocorre a duplicação a partir do RNAm (código genético codificado a cada três nucleotídeos)
O segmento do DNA que codifica um produto é denominado gene:
Transcrição: RNA polimerase sintetiza RNAm
Tradução: síntese de uma sequência de aminoácidos a partir do RNAm, envolvendo RNAr e RNAt
A velocidade global é controlada pelas necessidades celulares e não pela disponibilidade ou concentração de combustíveis
MECANISMOS DE CONTROLA DA ATIVIDADE CELULAR
As células devem ter o controle do complexo reacional para que haja eficiência entre a necessidade e a produção de compostos e de energia
Controle da atividade metabólica células:
Ativação e Inibição: influenciam a atividade catalítica de enzimas já presentes na célula. Enzimas alostéricas: são capazes de mudar suas atividades catalíticas em resposta à variação na concentração
Indução e Repressão: influenciando as velocidades de síntese protéica e, consequentemente, a quantidade de enzima presente, ou seja, a nível de gene
FUNDAMENTOS SOBRE MUTAÇÕES E ENGENHARIA GENÉTICA
Especificando a concentração e o tipo de enzimas presentes, tem-se a definição das características da cadeia metabólica
Proteína Indutiva: produzida apenas quando necessário e somente na presença de um substrato particular. As vias de síntese (anabolismo) são controladas pelo produto final, processo chamado Repressão
Enzimas Constitutivas: são sempre produzidas pelas células (transportadoras de nutrientes)
No processo de divisão celular, a célula mãe deve transmitir as características hereditárias às células filhas, incluindo a de síntese de enzimas
Cromossomo: carrega fisicamente as informações hereditárias de uma geração para outra, consistindo em uma única molécula de DNA de fita dupla
Haplóide: contem um de cada tipo de cromossomo
Diplóide: tem dois de cada cromossomo
Além do cromossomo, uma célula pode conter plasmídios
Variabilidade genética:
Genótipo: toda a capacidade genética de um organismo encontrado no DNA
Fenótipo: parte do potencial genético que está atualmente sendo expressa por uma célula sob determinadas condições
Mutações: mudanças da sequência do DNA que são transmitidas às células filhas, ocorrendo naturalmente, mas com baixas velocidades
Um códon alterado
Vários códons alterados síntese não ocorre
Ocorrências de mutações:
Mudanças por diferentes formas estruturais das bases nucleotídeas do DNA
Interferência nas enzimas responsáveis pela duplicação
Presença de agentes mutagênicos naturais do metabolismo
Recombinação: processo que produz um novo genótipo por meio de troca de material genético entre dois cromossomos homólogos
TRANSFORMAÇÃO BACTERIAL
Introduçao de um fragmento de DNA numa célula que, devido ao seu estado fisiológico, pode assimilar esse DNA externo
TRANSDUÇÃO
Transferência de genes é feita por um vírus que serve como veículo transportador do DNA de uma bactéria doadora até a receptora Vírus = fagos ou bacteriófagos
CONJUGAÇÃO
Transferência de genes que requer contato célula-célula
FUSÃO CELULAR
Células sem a parede celular (protoplastos) contidas em meios hipotônicos e posteriormente incubadas, recuperando sua parede celular e, consequentemente, sua morfologia normal
DNA RECOMBINANTE
Mudar a constituição genética das células de tal modo que estas possam produzir novas substâncias