METABOLISMO DE CARBOIDRATOS PELAS LEVEDURAS

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS Centro de Ciências Agrárias campus Araras METABOLISMO DE CARBOIDRATOS PELAS LEVEDURAS Prof. Jorge José Corrêa Lopes UFSCar/DTAiSER/CCA campus de Araras/SP

2 HISTÓRICO A. C.: EGÍPICIOS FABRICAM BEBIDAS E PÃO : VAN LEEUWENHOEK OBSERVA E DESCREVE A CÉLULA DE LEVEDURA : GAY LUSSAC FORMULA A ESTEQUIOMETRIA DA FERMENTAÇÃO, COMPLEMENTANDO ESTUDOS DE LAVOISER : ERXLEBEN RELACIONA A FERMENTAÇÃO COM A LEVEDURAS : GAGNIARD-LATOUR, SCHANN E KUTZING FORMULAM A TEORIA VITALÍSTICA DA FERMENTAÇÃO

3 HISTÓRICO 1.863: PAUSTER DEMONSTRA A ORIGEM MICROBIOLÓGICA DA FERMENTAÇÃO E EXPLCA A NATUREZA ANAERÓBICA DO PROCESSO FERMENTATIVO : BUCHNER PROMOVE FERMENTAÇÃO COM EXTRATO LIVRE DE CÉLULAS DE LEVEDURAS : NEUBERG, MEYERHOLF, WABURG, EMBDEN E PARNAS, ESTABELECEM A SEQUÊNCIA DE REAÇÕESDA FERMENTAÇÃO : INÍCIO DO PROGRAMA NACIONAL DO ÁLCOOL (PROÁLCOOL).

4 CANA-DE-AÇÚCAR AÇÚCARES: SACAROSE GLICOSE + FRUTOSE (REDUTORES) FIBRA: CELULOSE 48% HEMICELULOSE 25% LIGNINA 12% MINERAIS FENÓIS E AMIDO

5 A MOLÉCULA DE AMIDO POLISSACARÍDEO FORMADO POR MOLÉCULAS DE DE D GLICOSE. É COMPOSTO POR AMILOSE CADEIA LINEAR (α 1-4) E AMILOPECTINA - CADEIA RAMIFICADA (α 1-6). AMILOSE REPRESENTA 20 30% DA MOLÉCULA DO AMIDO. AMILOPECTINA REPRESENTA 70 80% DA MOLÉCULA DO AMIDO.

6 A MOLÉCULA DE AMIDO AMILOSE: PESO MOLECULAR PODE CHEGAR ATÉ AMILOSE: É HIDROLISADA ENZIMATICAMENTE PELA α AMILASE AO ACASO [LIGAÇÕES (α 1-4)] PRODUZINDO GLICOSE. AMILOPECTINA: PESO MOLECULAR ATÉ AMILOPECTINA: HIDROLISADA ENZIMATICAMENTE PELA α 1-6 AMILOGLICOSIDASE.

7 ESTRUTURA DA MOLÉCULA DE AMIDO α (1-4) α (1-6) D - Glicose

8 COMPARAÇÃO ENTRE A MOLÉCULA DA AMILOPECTINA NO AMIDO E NO GLICOGÊNIO.

9 A MOLÉCULA DE CELULOSE POLISSACARÍDEO FORMADO POR MOLÉCULAS DE DE D GLICOSE. É COMPOSTA POR CADEIA LINEAR (β 1-4). FUNÇÃO: ESTRUTURAL.

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11 FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA BIOMASSA GLICOSE TREALOSE 2 ATP FbP DHAP GAP NAD NADH GLICEROL 2 ATP PROTEÍNAS AMINOÁCIDOS PRODUTO: ETANOL SUB-PRODUTOS: GLICEROL, ÁCIDOS ORGÂNICOS E BIOMASSA PIRUVATO CO2 ÁCIDOS ORGÂNICOS ACETALDEÍDO NADH NAD ETANOL ACETATO CARBOIDRATOS DE RESERVA: TREALOSE E GLICOGÊNIO

12 CONDIÇÕES ANAERÓBICAS CONDIÇÕES AERÓBICAS GLICOSE GLICOSE PIRUVATO PIRUVATO 2 ETANOL + 2 CO 2 FERMENTAÇÃO (- 56 kcal/mole) 2 ETANOL + 2 CO 2 O 2 RESPIRAÇÃO (- 686 kcal/mole)

13 RENDIMENTO ENERGÉTICO EM ANAEROBIOSE E EM AEROBIOSE G C 6 H 12 O 6 ε útil ε dissipada (26 kcal/mol) kcal/mol (6%) ANAEROBIOSE (FERMENTAÇÃO) 2 ATP (16 kcal/mol) (26 kcal/mol) 686 kcal/mol (55%) 2 C 6 H 5 O+ 2 C O AEROBIOSE (RESPIRAÇÃO) 38 ATP (382 kcal/mol) 6 C O H 2 O (304 kcal/mol)

14 BALANÇO ENERGÉTICO DA FERMENTAÇÃO 100 g ART 380 Kcal (100 %) CALOR 17,5 Kcal (4,6 %) ATP 9 Kcal (2,4 %) 51,1 g ÁLCOOL 354 Kcal (93 %) + 48,9 g CO 2

15 PRODUTOS DA FERMENTAÇÃO FONTE PASTEUR (1) (2) GLICEROL PRODUTO 95% 90-95% 85-92% ACOPLADO ETANOL CO GLICEROL AC. SUCCÍNICO AC. ACÉTICO BIOMASSA (MS) ÓLEO FÚSEL BUTILENO GLICOL FONTE: AMORIM, H. V., 1996.

16 BALANÇO DE MASSA - FEMENTAÇÃO ALCOÓLICA OS PRODUTOS SECUNDÁRIOS DA FERMENTAÇÃO COMPETEM COM A FORMAÇÃO DE ETANOL. ATÉ QUE PONTO PODEMOS AUMENTAR O RENDIMENTO EM ETANOL PELA DIMINUIÇÃO DOS PRODUTOS SECUNDÁRIOS?

17 FORMAÇÃO DO GLICEROL BIOMASSA OXIDAÇÃO ÁC. SUCCÍNICO ÁC. ACÉTICO GLICOSE (AÇÚCAR) NAD + NADH + H + NAD + REDUÇÃO GLICEROL O NADH + H + GERADO DEVE SER CONSUMIDO PARA MANTER O EQUILÍBRIO DE ÓXIDO-REDUÇÃO (REDOX) EM ANAEROBIOSE.

18 FORMAÇÃO DO GICEROL ACOPLADO AO CRESCIMENTO CELULAR 1 Kg DE BIOMASSA SECA 1 Kg DE GLICEROL ACOPLADO A FORMAÇÃO DOS ÁC. ORGÂNICOS 1 Kg DE ÁC. SUCCÍNICO 4 Kg DE GLICEROL 1 Kg DE ÁC. ACÉTICO 3 Kg DE GLICEROL

19 CARBOIDRATOS DE RESERVA GLICOGÊNIO E TREALOSE: O... TREALOSE... GLICOGÊNIO GLICOSE

20 CARBOIDRATOS DE RESERVA TREALOSE: MANTÉM A INTEGRIDADE DAS MEMBRANAS E DAS PROTEÍNAS, CONFERINDO TOLERÂNCIA AOS DIVERSOS TIPOS DE ESTRESSE (TEMPERATURA, ETANOL, ACIDEZ). GLICOGÊNIO: RESERVA DE ENERGIA EM CONDIÇÕES DE LIMITAÇÃO DE AÇÚCAR. GLICOGÊNIO E TREALOSE: RESPONSÁVEIS PELA SOBREVIVÊNCIA DA LEVEDURA EM CONDIÇÕES ADVERSAS DO PROCESSO FERMENTATIVO.

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22 8 6 5 ETANOL (%) TEMPO (h) ETANOL TREALOSE GLICOGÊNIO GLICOGÊNIO (%) TREALOSE/