Biotransformações - Biotecnologia

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FARMACOBIOTECNOLOGIA 
Biotransformação 
Biotransformação é um processo durante o qual 
ocorrem modificações químicas e biológicas 
num substrato orgânico sob ação de enzimas 
elaboradas por organismos vivos. 
❖ CATABOLISMO: reação de degradação: 
quebra de moléculas complexas em 
moléculas simples, produzindo energia. 
❖ ANABOLISMO: reação de síntese: formação 
de moléculas complexas a partir de 
moléculas simples, com gasto de energia. 
 
1. Metabolismo Microbiano 
(Bactérias, Fungos, virús, etc) 
As necessidades nutritivas dos microrganismos 
dependem de fontes de energia e fonte de 
materiais plásticos para suas funções celulares. 
Fontes de Energia: 
❖ Fototróficos: obtêm energia por fonte 
luminosa, por meio da fotossíntese; 
❖ Quimiotróficos: obtêm energia a partir da 
utilização de compostos químicos, 
envolvendo especialmente reações de 
oxidação e redução; 
Fontes de materiais plásticos: renovação da 
matéria viva (Carbono, Nitrogênio, Fosfato e 
Enxofre) 
Elementos de Traço: compostos inorgânicos que 
são necessários apenas em traços (Ca, K, Fe, Mg, 
Mn, Zn, Co e outros) 
Fatores de Crescimento: compostos inorgânicos 
indispensáveis a um determinado 
microrganismo, os quais não consegue 
sintetizar, (Vitaminas, Aminoácidos, 
Nucleotídeos e ácidos Graxos) 
ÁGUA: indispensável para o crescimento 
microbiano. Regula Pressão osmóticas. 
 
2. Manipulação de microrganismos 
 
❖ Métodos Diretos: 
Determinação da concentração celular por 
Contagens no microscópio ou Contagens 
de culturas (UFC). 
Ex.: Contagem em câmara de Neubauer (Nº de 
células contadas x 2,5 x diluição (a partir da 
solução mãe) e Contagem de Células Viáveis em 
Placa (diluições sequenciais por transferência 
de 1 ml das células para 9 ml de meio) 
❖ Métodos Indiretos: 
1. Constituintes celulares (ATP, DNA, 
NADH) 
2. Dosagem de elementos do meio de 
cultura (substrato, consumo de O2, 
etc…) 
Metabólitos primários: relacionados com o 
crescimento dos microrganismos e a 
transformação de nutrientes em biomassa (ex.: 
o etanol, o ácido láctico ou os aminoácidos. 
Metabólitos secundários: mesmo sendo 
desnecessários no metabolismo microbiano, 
permitem a sobrevivência em ambientes 
extremamente competitivos que contam com 
escassos nutrientes. (ex.: antibióticos, os 
alcaloides, os pigmentos, algumas enzimas e 
toxinas) 
 
3. Fermentação 
• É um processo onde ocorre a oxidação final 
de compostos orgânicos, que podem ser 
açúcares, proteínas, ácidos, entre outros; 
• Como o processo é parcial, há apenas uma 
fração de energia liberada; 
• ATP é gerado a partir da fosforilação em 
nível de substrato; 
• o doador inicial e o aceptor final de elétrons 
correspondem a moléculas orgânicas; 
• Principal via catabólica, liberando energia; 
• Na fermentação, o último aceptor de 
elétrons é o piruvato ou algum outro 
derivado, produzindo 2 ATP; 
• Sem uso de oxigênio, processo anaeróbio; 
• Ocorre onde o substrato é abundante, 
sendo pequena a quantidade de energia 
obtida. 
• Alcoólica (etanol), Lática (ácido lático) e 
acética (ácido acético – vinagre), são as 
fermentações mais comuns, e a diferença 
entre elas se dá no microrganismo e 
substrato. (Precursor é a GLICOSE) 
Um processo fermentativo começa com a 
escolha do agente biológico adequado 
(microrganismo ou enzima); segue com a 
transformação da matéria-prima, em condições 
que podem exigir esterilização, aeração e 
controle do processo (pH, temperatura etc.); e 
finaliza com a separação e purificação do 
produto final. 
De um modo geral, quando os microrganismos 
se desenvolvem em um meio com uma 
quantidade limitada de nutrientes (sistema 
fechado), a população passa por diversas fases 
(Curva de crescimento): 
❖ Fase Lag: Início, quando ocorre o rearranjo 
do sistema enzimático (síntese de enzimas); 
e não há variação da concentração de 
biomassa no tempo; Traumas físicos 
(choque térmico) e Traumas químicos 
(meio de cultura); 
❖ Fase Intermediária: entre fases Lag e Log, 
Aumento gradativo da concentração 
celular. 
❖ Fase log ou exponencial: as células estão 
plenamente adaptadas; a velocidade de 
crescimento é elevada; e há consumo de 
substrato. São sintetizados numerosos 
metabólitos primários. 
❖ Fase de redução da velocidade: ocorre 
diminuição da concentração de substrato 
limitante e acúmulo de produtos no meio. 
No fim da fase log e início da fase 
estacionária começam a ser sintetizados os 
metabólitos secundários. 
❖ Fase estacionária: Término do substrato 
limitante e acúmulo de produtos tóxicos; e 
a concentração celular constante em seu 
valor máximo. 
 
Processo fermentativo 
Preparo do meio de cultura (nutrientes necessários) 
Armazenar a cultura em um Biorreator 
(fermentador) 
 
Temp. e pH p/ microrganismo 
Inocular o Microrganismo 
Agitação e oxigenação adequada 
Garantir assepsia 
 
Meios De cultivo: 
Escala Laboratorial (sintéticos) e Escala 
industrial 
❖ Sintéticos: quimicamente definidos 
(microrganismo c/ necessidades 
nutricionais não conhecidas - 
fastidiosos) 
❖ Meios complexos: composição variável 
(caldo ou ágar nutriente) 
 
4. Indústria 
Procuram redução de custo para produção em 
larga escala, por isso buscam fontes 
alternativas de carbono e nitrogênio; 
 
❖ Resíduos agroindustriais o que reduz os 
custos do processo sem alterar o 
rendimento do mesmo, além de ter função 
ambiental; 
❖ Ex.: bagaço de mandioca, o bagaço de 
cana, a polpa e a casca de café, a polpa 
de frutas, o melaço, o farelo de soja. 
De um modo geral, para que o cultivo em um 
fermentador resulte economicamente viável, o 
microrganismo deve ser capaz de se multiplicar 
rapidamente, sintetizando grande quantidade 
do produto a partir de uma matéria-prima 
barata. 
As linhagens industriais diferem 
substancialmente das linhagens originais, em 
virtude de uma série de alterações genéticas 
(mutações, recombinações) obtidas no 
laboratório, de maneira a aumentar ao máximo 
a síntese do produto desejado e evitar a 
produção de algumas substâncias 
desnecessárias. E não devem ser patogênicas 
nem produzir toxinas. 
A tendência atual é de transferir os genes 
correspondentes a algum dos microrganismos 
conhecidos, adaptados às condições 
industriais. 
Requisitos para um bom rendimento: 
❖ Equilíbrio em nutrientes; 
❖ Não interferir na recuperação do 
produto (processo downstream); 
❖ Não deve ocorrer repressão catabólica; 
❖ Levar em conta custos de transporte; 
❖ Auxiliar no controle do processo (pH) ou 
não o dificultar; 
❖ Deve ser passível de armazenamento; 
❖ Riscos ambientais reduzidos. 
Dos mais de 100 elementos da Tabela 
Periódica, 35-40 são nutrientes essenciais para 
o crescimento de microrganismos. 
• Não metais: C, H, O, N, P, S e Metais: K, 
Mg (98% do peso seco de bactérias e 
fungos) 
• Fósforo: formação de metabólitos 
secundários e controle de pH, tendo 
como fonte o glicerofosfato. 
• Fonte de enxofre: sulfato de amônio ou 
cloreto de amônio. 
• Hidrogênio e oxigênio: geralmente já 
está presente no substrato orgânico. 
• Fonte de nitrogênio: amônia (sulfato de 
amônio ou cloreto de amônio) 
A composição do meio de cultura depende das 
necessidades metabólicas do microrganismo 
escolhido. Este deve conter todos os nutrientes 
necessários nas concentrações adequadas, e do 
objetivo do processo. Utilizados no laboratório 
incluem: 
• Água; 
• Fonte de energia e de carbono: glicose, 
amido, sacarose, etc. 
Economicamente inviável em escala 
industrial, exceto a indústria 
farmacêutica. Ex.: bagaço e melaço de 
cana (pode ser usado como “suporte” 
de crescimento), bagaço da mandioca 
(Pobre em nitrogênio, sem 
necessidade de tratamento prévio), 
extrato de malte (bom substrato para 
fungos, leveduras e actinomicetos 
(desenv. antibióticos)), casca e polpa 
de café e frutas; 
• Fonte de nitrogênio: Síntese de 
aminoácidos. Importante para a 
indústria farmacêutica: produção de 
antibióticos (Vancomicina – farelo de 
soja); extrato de leveduras, peptonas; 
• Fontesde minerais: fosfato de 
potássio, sulfato de magnésio, cloreto 
de cálcio. 
• Substâncias quelantes: Edta e Ác. 
Cítrico. -> Durante a preparação dos 
meios de fermentação (autoclave) 
pode ocorrer a formação de 
precipitados. 
• Tampões: Carbonato de cálcio, Ácido 
sulfúrico, Hidróxido de sódio