Células Procariontes e Eucariontes e Classificação de Bactérias

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1.    Diferencie organismos procarióticos e eucarióticos e dê exemplos usados na fermentação.
A característica mais marcante de uma célula procarionte é a ausência de um núcleo definido. Isso quer dizer que o material genético não está envolto por uma membrana nuclear e, portanto, fica disperso no citoplasma.
Nos procariontes, são encontrados ainda o cromossomo bacteriano e os plasmídeos (pequenas moléculas de DNA circular livres no citoplasma). O cromossomo bacteriano possui genes que codificam as proteínas necessárias para o funcionamento da célula. Já nos plasmídeos, os genes que codificam proteínas relacionam-se a algumas funções adaptativas, como a resistência a antibióticos.
Vale destacar, no entanto, que a célula procarionte não se diferencia apenas pela ausência de um núcleo. Nessas células, também não há a presença de organelas membranosas. Isso significa que não são encontradas estruturas como mitocôndrias, retículos endoplasmáticos, complexo golgiense e vacúolos.
Nas células procariontes, assim como nos eucariontes, existem pequenas partículas denominadas de ribossomos, que estão relacionadas à síntese de proteínas. De maneira geral, o formato dos ribossomos nas células procariontes e eucariontes são bem semelhantes, porém, nos eucariotos, são maiores e mais complexos.
Além disso, nos procariontes, não há a presença de citoesqueleto, conjunto de filamentos proteicos que formam uma espécie de rede na célula. A ausência desses filamentos impede a realização da endocitose e da exocitose pela célula. Como representantes de organismos procariontes, é possível citar as bactérias e algas azuis.
As células eucariontes são mais complexas quando comparadas às procariontes. Como principal critério de diferenciação entre elas, há a presença de um núcleo verdadeiro na eucarionte, em que o material genético é envolvido por uma membrana nuclear. Nessas células, não há plasmídeos.
Além da presença de núcleo, a célula eucarionte destaca-se por possuir diversos compartimentos distintos separados por membranas. Esses compartimentos são as organelas membranosas, como o retículo endoplasmático, o complexo golgiense, a mitocôndria e os cloroplastos. Essas células também possuem citoesqueleto, portanto, realizam endocitose e exocitose. Como representantes dos organismos eucariontes, é possível citar os protozoários, algas, fungos, plantas e animais.
→ Resumo
Em resumo, é possível dizer, então, que as células procariontes são mais simples que os eucariontes. Esse primeiro grupo não apresenta núcleo, organelas membranosas e citoesqueleto. Diferentemente, os eucariontes possuem todas essas estruturas. 
A fermentação é um processo pelo qual a matéria orgânica é parcialmente degradada e a energia química nela armazenada é liberada e utilizada na produção de moléculas de ATP (adenosina trifosfato), em que ficará armazenada para ser utilizada posteriormente em diversas reações do organismo. Esse processo é realizado por algumas espécies de fungos, bactérias, protistas, bem como por alguns tecidos animais e vegetais.
2.    Classifique as bactérias pelas formas e estrutura da parede celular. Considerando esta classificação, geralmente, qual tipo de bactéria esporula? 
Existe uma grande variedade de bactérias em todo o planeta. Elas podem ser classificadas com base em vários critérios, sendo o mais conhecido aquele que considera a morfologia desses organismos. Além dessa forma de classificação, é possível diferenciar as bactérias em gram-positivas e gram-negativas.
I. Classificação das bactérias com base na morfologia
A. Cocos: Bactérias que apresentam estrutura esférica. Podem ser classificadas em relação ao seu arranjo em: diplococos (agrupamento de dois cocos), tétrades (agrupamento de quatro cocos), sarcina (agrupamento de oito cocos formando uma espécie de cubo), estreptococos (cocos agrupados em cadeias) e estafilococos (cocos agrupados em um arranjo semelhante ao cacho de uva);
B. Bacilos:Bactérias que apresentam estrutura em forma de bastão. Podem ser encontradas organizadas em diplobacilos (bacilos agrupados aos pares) ou estreptobacilos (bacilos organizados em cadeias). Podem ocorrer ainda em paliçada, agrupados lado a lado;
C. Cocobacilos: Assemelham-se a uma forma de transição entre cocos e bacilos e caracterizam-se por serem bastões muito curtos;
D. Espiraladas: Apresentam sua célula em espiral e ocorrem, em sua grande maioria, de forma isolada. Podem ser classificados em espirilos, quando possuem corpo mais rígido e a presença de flagelos, e espiroquetas, que são mais flexíveis e locomovem-se por contrações citoplasmáticas;
 
E. Vibrião: Assemelha-se a uma vírgula e a espirilos muito curtos;
 
II. Classificação das bactérias com base na constituição da parede celular
De uma maneira geral, podemos dizer que a parede celular das bactérias é formada basicamente por peptidoglicano e garante a proteção desses organismos, a divisão celular e a manutenção da forma das células. Algumas propriedades da parede celular, no entanto, permitem que as classificamos em dois grupos: gram-positivas e gram-negativas.Para identificar se uma bactéria é gram-positiva ou gram-negativa, utiliza-se a Coloração de Gram, uma técnica criada por Hans Christian Gram que submete as bactérias a corantes e permite a coloração de sua parede.
A. Gram-positivas: Na parede celular das bactérias gram-positivas, observa-se uma maior quantidade de peptidoglicano, além da presença de ácidos teicóicos. Essas bactérias, em coloração de Gram, coram-se de azul ou violeta.
B. Gram-negativas: A parede celular das bactérias gram-negativas apresenta uma maior complexidade. Existe uma camada com menor quantidade de peptidoglicano e outra membrana externa formada por lipopolissacarídeo. Essas bactérias, em coloração de Gram, coram-se de vermelho.
Existe ainda um grupo de bactérias chamado de micoplasma, o qual não possui parede celular. Assim sendo, elas não se coram com a coloração de Gram.
3.    Classifique os micro-organismos em relação à sua nutrição. | Jaqueline Soares
1. Microoganismos Quimiotróficos: Utilizam compostos químicos para obter energia 
1.1. Microrganismos Quimioautotróficos: Fonte de energia: compostos inorgânicos | Fonte de carbono: CO2 
1.2. Microrganismos Quimioheterotróficos: Fonte de energia: compostos orgânicos | Fonte de carbono: compostos orgânicos
2. Microrganismos Fototróficos: Dependem de luz para produzir energia 
2.1. Microrganismos Fotoautotróficos: Fonte de energia: luz | Fonte de carbono: CO2
2.2. Microrganismos Fotoheterotróficos: Fonte de energia: luz | Fonte de carbono: compostos orgânicos.
4.    Quais são os principais fatores que interferem no crescimento microbiano? Como eles influenciam?   
 Os principais fatores de crescimento bacteriano são influenciados por vários fatores ambientais, destacando-se o alimento, a temperatura, a umidade, o pH e o oxigénio. Cada um destes fatores é importante e pode limitar o crescimento, determinando o desenvolvimento bacteriano. A presença de alguns organismos, sejam outras bactérias ou determinados fungos pode levar a alterações do crescimento das populações bacterianas, quer pela competição por alimento e espaço quer pela produção de compostos químicos inibidores do seu crescimento.
5.    Descreva as características dos meios de cultura sintético, complexo, seletivo, enriquecimento, diferencial e redutor. 
Sintético: São classificados como meio de cultura sintético o ambiente nutritivo onde se sabe exatamente qual é a composição química. Esse método é muito comum em análises de laboratório, pois esse meio acaba suprindo as exigências nutritivas do organismo, permitindo o seu crescimento espontâneo;
Complexo: Os meios de cultura complexo não possuem uma composição exata, sendo variados ou não definidos, como amido, tomate, malte, etc. Esse meio é comum quando não existe uma necessidade nutritiva específica exigida pelo microrganismo. A cultura complexa é muito comum em fungos e bactérias heterotróficas;
Seletivo: Os meios seletivos permitem a ação de uma substânciaque para o crescimento de um microrganismo permitindo o crescimento de outro. O objetivo, como o próprio nome indica, é fazer uma seleção a fim de realizar uma análise mais complexa;
Enriquecido: Um meio de cultura enriquecido corresponde a um caldo ou meio sólido contendo um grande suprimento de nutrientes que promove o crescimento dos microrganismos fastidiosos. Geralmente são meios que foram suplementados com materiais altamente nutritivos. O Ágar-Sangue é um exemplo de meio sólido enriquecido utilizado rotineiramente nos laboratórios de bacteriologia clínica.
Diferencial: Utilizados para diferenciar microrganismos ou grupos de microrganismos em um meio. A presença de determinados corantes ou de produtos químicos nos meios produzirão certas alterações características ou padrões de crescimento que são utilizados para a identificação ou a diferenciação de microrganismos.
Redutor: Contém reagentes que se ligam ao oxigênio dissolvido e o eliminam do meio de cultura. É usado para micro-organismos anaeróbios. 
6.    Explique as fases de crescimento celular em sistema batelada, explicitando qual o valor da taxa específica de crescimento celular em cada fase. 
Para um biorreator batelada, o balanço para o crescimento celular pode ser expresso pela equação 01, onde V é o volume do biorreator 
a velocidade da reação é proporcional ao número de células presentes ou quantidade de biomassa (x)
a velocidade específica de crescimento µ depende das fases de crescimento no biorreator, é um parâmetro a ser estimado para a equação 03. Considerando o crescimento na fase exponencial µ é constante
Integrando a equação desde uma concentração inicial de inoculo (Xo), conhecida, obtém-se 05. Através de um ajuste linear com os dados experimentais da fase exponencial, pelos mínimos quadrados pode-se obter o valor de µ
Com o valor estimado pode-se calcular qualquer valor de X para um determinado tempo de fermentação
7. Qual a diferença básica entre o rendimento teórico e o observado em um processo fermentativo? Qual a dificuldade em se obter o rendimento teórico?
Rendimento Teórico X Observado:
-Muitas vezes não se tem as mesmas condições padronizadas que foi desenvolvido a proposta teórica. Outras variáveis são: clima, temperatura, estação do ano, etc.
-Parte do substrato é consumido pelo microrganismo para geração de energia de seu crescimento e sua manutenção.
Rendimento Teórico (Y) = cálculo estequiométrico
Rendimento Observado (Y’) = observações experimentais.
8.	O que caracteriza o fenômeno de diauxia?
 Crescimento diáuxico é um crescimento bifásico microbiano ocorre quando dois substratos diferentes e podem ser usados ​​como fontes de carbono . Nesse tipo de crescimento microbiano , há uma curva de crescimento bifásica que  é observada devido ao uso sequencial de diferentes fontes de carbono. O metabolismo do corpo é seletivo para um dos substratos utilizando a fonte que possibilita um crescimento mais rápido e ao esgotar uma fonte a segunda  é metabolizada. 
9.    Quais as principais técnicas utilizadas para a determinação da concentração celular?
Métodos Diretos:
Determinação da população total e/ou do número de células viáveis 
•	Método do hemocitômetro 
•	Método de plaqueamento
•	Medida de massa seca
•	 Medida da turbidez
Métodos Indiretos: 
Baseados na medida de consumo de substrato e/ou na formação de produtos
•	Monitoramento de componentes intracelulares
•	Quantificação de Substratos
•	Quantificação de produtos
•	Monitoramento da viscosidade 
10. Uma determinada linhagem de fungo foi cultivada com glicose como substrato limitante em um sistema batelada e os seguintes dados foram obtidos:
 
      A)   Identifique as fases de crescimento celular.
De 0 á 9 horas - Fase Lag; 
9 á 36 horas - Fase Exponencial; 
36 á 40 horas - Fase Estacionária.
·         B) Calcule a taxa de crescimento celular durante a fase de crescimento exponencial.
lnX = lnX0 + µ (t-t0) 
µ = (lnX   - lnX0)/(t-t0)
µ =( ln 33 - ln 2,4 )/(34-9)  
µ = 0,1 h-1
·         C) Calcule o rendimento observado global da biomassa em relação ao substrato.
YX/S =  X-X0                         
        	S0-S mariana  (41-1,25)/(100-0,63)=  39/99,37=0,39=39%
      D)  Qual será a máxima concentração de células se a cultura em batelada for conduzida nas mesmas condições, alterando-se somente a concentração inicial de glicose para 150 g/l? 
         	XMAX = YX/S . S0 + X0
YX/S = X-X0= 41-1,25= 39
      S-S0= 150- 0,63 = 149
YX/S = 39/149
XMAX = 0,26.150 +1,25
XMAX = 40,51
11. A figura abaixo ilustra os resultados obtidos em uma fermentação, onde S representa a concentração de substrato, P a concentração de produto e X a concentração de células. 
 
 
Os dados experimentais utilizados para a preparação desta figura estão descritos a seguir:
 
  
a)   Em que fases do crescimento celular os microrganismos se encontram 1 hora, 9 horas e 16 horas após o início da fermentação?
1 hora: fase “lag” ou de adaptação
9 horas: fase exponencial ou de crescimento
16 horas: fase estacionária
b)   A formação do produto está associada à atividade das células em reprodução? Justifique sua resposta.
As curvas referentes ao crescimento de células e formação de produtos são em formato sigmoide e ambas evoluem concomitantemente. Logo, pode-se inferir a associação entre as duas concentrações mencionadas.
c)    Supondo comportamento cinético do tipo Monod, qual seria a máxima concentração de células obtida se um inólulo idêntico fosse utilizado no cultivo de um meio contendo inicialmente 200 g/l de substrato? 
Yx/s = μx/ μs
μx = (1/X).(dX/dt)
μs = (1/X).(-dS/dt)
r_x=(20-10)/(8,3-7,6)=10/0,7=14,29 g/(L.h)
r_s=(80-70)/(8,2-7,7)=10/0,5=20,0 g/(L.h)
X(8)=13 g/L
μ_x=14,29/13=1,099h^(-1)
μ_s=20,0/13=1,538h^(-1)
Y_(x/s)=r_x/r_s =  μ_x/μ_s ≅0,714
X_max=Y_(x/s).S_0+X_0=0,714 .200 g/L+1,3 g/L=144,1  g/L
     XMAX = YX/S . S0 + X0