3. [4.000] (IP: :16:03 12:43:26 27: ) Discuta a afirmativa "A maioria das enzimas só é produzida após estímulos

Transcrição

1 1. [2.000] (IP: :14:51 12:43:17 28: ) Que via metabólica é dominante na microbiota do solo, e porque isto acontece, de um ponto de vista evolutivo? A via metabólica dominante é a oxidativa (aeróbia). Nesta o O2 é o aceptor terminal de elétrons. Trata-se de uma via com alta produção de energia livre, suficiente para gerar 36 ATP, correspondendo a um rendimento energético de 42%. Enquanto que o metabolismo anaeróbio é caracterizado pela baixa produção de energia, gerando apenas 2 ATP, o que significa um rendimento energético de apenas 2%. Deste modo, a respiração é mais eficiente em termos energéticos que o processo de fermentação. Nos primórdios da atmosfera, o O2 provavelmente era inexistente, o que forçava a via anaeróbica. Tal via libera o CO2 para a atmosfera, com o seu acúmulo, acredita-se que surgiram alguns seres capazes de captar a luz solar com o auxílio de pigmentos (como a clorofila) e utilizar o CO2 para suas as reações metabólicas, primeiros seres fotossintetizantes. Estes foram fundamentais na modificação da composição da atmosfera, eles introduziram o oxigênio no ar e a atmosfera passou de altamente redutora, para altamente oxidativa. No solo, a via aeróbica é realizada pelos heterotróficos, principais responsáveis pela reciclagem de C, nutrientes e energia. pelo primeiro parágrafo, embora pudesse ser bem mais aprofundado 2. [2.000] (IP: :15:42 12:43:20 27: ) Relacione o modelo hiperbólico de Michaelis-Menten com os modelos mais comuns para decomposição de serrapilheira. O modelo hiperbólico de Michaelis-Menten baseia-se no fato de que a velocidade da reação é proporcional à concentração do substrato, destacando-se a velocidade máxima alcançada pela reação (Vmáx), que representa a taxa de degradação do substrato quando as enzimas atuam no seu máximo, e a constante da reação (Km), que corresponde à concentração de substrato necessária para atingir a metade da Vmáx. Vale ressaltar que quanto menor for o Km mais rapidamente a taxa de degradação alcançará a sua velocidade máxima e maior a especificidade da enzima ao substrato. Um dos modelos mais comuns para determinar o coeficiente de decomposição é o proposto por Olson (1963) e se baseia na produção total de serrapilheira no ciclo de um ano e no valor médio obtido da serrapilheira total acumulada nesse mesmo período. Desta forma é obtida a taxa de decomposição da serrapilheira (K). A partir de K outros parâmetros podem ser avaliados, como o tempo médio de renovação da quantidade de serrapilheira e o tempo necessário para decompor 50 e 95% do material. Outo modelo cinético é o de Smith & Paul (1990), que leva em consideração a quantidade de substrato deteriorado com o tempo, a concentração de substrato e capacidade catalítica da biomassa microbiana. Os modelos de Michaelis-Menten e o de Smith & Paul envolvem a capacidade de catálise da enzima ou da biomassa microbiana, o que é essencial, já que a atividade dos micro-organismos está notoriamente envolvida com a taxa de decomposição. O que não é levado em conta no modelo de Olson. Este último tem sido amplamente utilizado nos mais diversos trabalhos (Arato et al., 2003; Fernandes & Scaramuzza, 2007; Rezende, 2009; Schumacher et al., 2013), no entanto os modelos de Michaelis-Menten e Smith & Paul fornecem muito mais informações para a taxa de decomposição da serrapilheira (K), pois leva em consideração além capacidade catalizadora da enzima ou da biomassa, a quantidade de substrato degradada no tempo e a concentração do substrato. 3. [4.000] (IP: :16:03 12:43:26 27: ) Discuta a afirmativa "A maioria das enzimas só é produzida após estímulos

2 ambientais, tais como a disponibilidade de um determinado composto", considerando em particular as implicações disto para o entendimento do genoma de um organismo como preditor de adequação ambiental. As enzimas são essenciais às transformações bioquímicas do solo. A indução ou repressão da síntese e atividade das enzimas são complexas e reguladas por processos básicos da biologia ou por fatores ambientais. Pela adaptabilidade da microbiota aos mais diversos ambientes, a modificação na produção de enzimas pode também ser notada. O tipo de argila, o ph, a umidade, o tipo de substrato ou composto do solo pode modificar as enzimas que nele atuam. Para que a microbiota se adapte a uma nova situação (a um estímulo ambiental), como a disponibilidade de um novo composto, é necessário que ela possua em seu genoma a informação de produção para aquela enzima específica. No entanto, as informações no genoma dos microorganismos podem ou não ser ativadas. Ao avaliar o genoma pode-se identificar a presença de um gene que poderia produzir uma enzima que degrada pesticidas (por exemplo). Poderia, pois, em linhas gerais, o DNA irá transcrever a informação genética para o mrna, que irá traduzir para o rrna e este irá realizar a síntese de proteínas (enzimas). Assim, até que a informação seja realmente executada, ela deve passar por uma série de eventos, que podem vir a ser inibidos por outros fatores, ambientais ou biológicos. Desta maneira a avaliação do DNA de um microorganismo não permite informar se o organismo está ativamente produzindo a enzima ou não, apenas indica que potencialmente ele pode produzir. Deve-se considerar isto ao estudar o DNA total do solo. Pois a informação pode estar no genoma, mas não necessariamente ela está ativa. E isto modifica totalmente os parâmetros ecológicos do estudo em questão. Também pode ocorrer o inverso: detectar primeiramente no solo a enzima de interesse e depois os grupos que possuem o gene específico. Mesmo assim, devem-se tomar precauções, pois pode-se obter diversos grupos, uns com o gene ativo e outros com ele inativo., mas não identifiquei uma das informações mais importantes neste aspecto que é a presença do substrato. por outro lado, o último parágrafo mata bem o risco do uso direto do genoma para este tipo de interpretação 4. [0.000] (IP: :16:34 12:43:43 27: ) Discuta alguns dos papeis ecológicos de microorganismos autotróficos. Os micro-organismos autótrofos (certas bactérias) podem ser fotossintetizantes (realizam fotossíntese utilizando a energia luminosa) ou quimiossintetizantes/quimioautotróficas (aquelas que utilizam a energia liberada em reações de oxirredução, para produzir seu alimento). Em ambos, os micro-organismos autotróficos convertem C-inorgânico (CO2, carbonatos e CH4) em compostos orgânicos, desempenhado papeis extremamente importantes ecologicamente. Como exemplo de quimiossintetizantes temos as bactérias fixadoras do nitrogênio atmosférico, que o convertem em uma forma assimilável para a planta, esta é uma das principais portas de entrada de N no solo, sendo essencial ao crescimento dos macro e micro-organismos e ao ciclo do nitrogênio. Aliadas a este ciclo, as bactérias nitrificantes também são essenciais, os gêneros Nitrosomonas e Nitrosococcus oxidam a amônia (NH3) a nitrito (NO2-), e as bactérias do gênero Nitrobacter, oxidam o nitrito, formando nitrato (NO3-), elas usam a energia liberada da reação para fixar o CO2. Dentro da importância ecológica também estão as bactérias sintróficas, indispensáveis ao ciclo do carbono em sua porção anóxica. Elas desempenham uma ação conjunta com outra bactéria na degradação de um composto que nenhuma, isoladamente, é capaz de degradar, de forma que o H2 (ou outro monômero) produzido por um dos organismos é consumido pelo parceiro, permitindo sintetizar ATP que, de outra forma, não seria produzido. E do ponto de vista ambiental, estão as ferrobactérias que oxidam substâncias à base de ferro para conseguirem energia química e as sulfobactérias que obtém energia através da oxidação de compostos de enxofre reduzidos, ambas podem alterar a qualidade organoléptica da água.

3 a fixação biológica de nitrogênio NÃO libera energia, na realidade consome muita energia, logo não pode ser quimiossintetizante [1.750] (IP: :15:25 08:59:41 44: ) Discuta algumas das prováveis conseqüências de um eventual aumento no metabolismo anaeróbico de solos sobre o meio ambiente global. No metabolismo anaeróbio, os microrganismos usam compostos inorgânicos oxidados como o nitrato, sulfato e metais oxidados como aceptores finais de elétrons. Nessas circunstâncias desenvolvem-se diferentes processos como: Desnitrificação; redução do sulfato; e metanogênese. Tais processos resultam em aumentos nas concentrações de metano e óxidos nitroso na atmosfera, tendo em vista que tais gases aumentam o efeito estufa, elevações nos níveis desses gases na atmosfera repercutem em elevação na temperatura. As mudanças climáticas devido ao aumento da emissão desses gases causam modificações no regime hídrico e na temperatura global. Esses impactos possivelmente ocasionarão mudanças significativas na flora e fauna de diversos ecossistemas. Nos solos o aumento da temperatura, resultará em aumento da atividade dos decompositores, aumentando a respiração dos microrganismos, acelerando a decomposição da matéria orgânica e redução da biomassa do solo, sendo efeitos mais pronunciados em regiões temperadas do que em tropicais. Em ambientes aquáticos as variações na temperatura promoverão alterações nos corais, sabendo estes são responsáveis são responsáveis pela criação de um ambiente propício para a vida, essas modificações comprometerão a vida dos organismos que habitam nesses ambientes. Em áreas tropicais os efeitos do aumento da temperatura e redução na precipitação pluvial repercutiram em impactos acentuados sobre os ecossistemas, com a possível extinção de diversas espécies. só não considerou a retroalimentação do aumento do efeito estufa sobre o metabolismo anaeróbico em sistemas de tundra 6. [2.000] (IP: :16:05 09:00:55 44: ) Relacione o modelo hiperbólico de Michaelis-Menten com os modelos mais comuns para decomposição de serrapilheira. O modelo hiperbólico de Michaelis-Menten é usado na determinação comportamento cinético das reações enzimáticas, fundamentando-se no princípio de que a velocidade dessas reações ocorrem em função da concentração do substrato. Destacam-se dois parâmetros nesse modelo o Vmax (velocidade máxima) que corresponde a taxa de degradação do substrato quando as enzimas atuam no seu máximo, e o Km (constante da reação) que corresponde a concentração do substrato para atingir a metade da velocidade máxima, sendo essa constante de reação relacionada à afinidade da enzima pelo substrato, de modo que quanto menor for o Km mais rápido a taxa de degradação irá atingir a sua velocidade máxima, e maior será a especificidade enzima substrato. O estudo de decomposição da serrapilheira tem tido diferentes abordagens. Um dos modelos mais difundidos na determinação do coeficiente de decomposição é o modelo de Olson (1963), nesse modelo a taxa de decomposição de serapilheira é representado por K (taxa de decomposição instantânea), sendo este resultado da relação (razão) entre a massa de serrapilheira produzida e a massa de serapilheira acumulada. Utilizando o K pode-se encontrar também o tempo médio de renovação da quantidade de serrapilheira e o tempo necessário para decompor 50 e 95% do material. Outro que pode ser citado é o modelo cinético das mudanças no substrato de Smith & Paul (1990) que expresso por ds/dt=-k(b)[s]; Sendo (ds/dt) a quantidade de substrato degradado no tempo, (B) a capacidade catalítica da Biomassa microbiana e [S] a concentração de substrato. Pode-se citar também o modelo de Kumada et. al (2008), que faz a avaliação da dinâmica do carbono na serrapilheira, através do cálculo da decomposição do material, como nesse modelo são consideradas as retiradas da serrapilheira do lugar analisado é aumentado o número de variáveis presentes no sistema. Desse modo, o modelo de Olson (1963) traz menos informações para a taxa de decomposição da

4 serrapilheira (K) do que os de Michaelis-Menten e Smith & Paul (1990). Visto que o modelo Olson (1963) só fornece a taxa de degradação por ano e os tempos para decomposição de 50% a 95%, enquanto o modelo de Michaelis-Menten fornece a Vmáx de degradação e a afinidade da enzima com o substrato (Km) o que pode nos fornecer todos os parâmetros estimados pela equação de Olsen. 7. [2.000] (IP: :16:47 09:03:29 46: ) Discuta consequências do uso de compostos orgânicos tanto como fonte de energia como fontes de carbono para crescimento, em particular comparando os heterotrofos com os autotrofos. Os organismos vivos, para a seu crescimento, desenvolvimento e realização das suas mais diversas funções, necessitam de energia. Com base no modo de aquisição dessa energia eles são classificados em fototróficos e quimiotróficos, que respectivamente, obtêm energia a partir da luz solar ou da oxidação de moléculas orgânicas ou inorgânicas. Esses organismos dividem-se em autotróficos e heterotróficos de acordo com o modo que assimilam o carbono. Os heterótrofos compreendem os organismos que utilizam compostos orgânicos como sua principal fonte de carbono, obtendo tais compostos a partir do meio, ou através da ingestão de organismos autotróficos ou outros heterotróficos. Já os autotróficos correspondem os organismos que assimilam o carbono de fontes inorgânicas. Tais organismos executam papéis essenciais para a sustentação da vida na Terra, atuando direta ou indiretamente em processos bioquímicos diversos que controlam as transformações dos elementos químicos e as transferências de energia e nutrientes no sistema solo-planta-atmosfera. Os dois processos principais e opostos que sustentavam a vida na Terra são: a fotossíntese, realizada pelos autróficos (produtores primários e a decomposição seguida da mineralização dos materiais orgânicos por elas formados, feitos pelos heterotróficos.os seres autótrofos captam a luz solar para formar ATP e NADPH, moléculas que usam para produzir compostos orgânicos a partir de CO2 e H2O e liberando O2 na atmosfera; os seres heterótrofos, por sua vez, consomem os compostos orgânicos produzidos pelos seres autótrofos, para obter energia mediante a oxidação desses compostos liberando CO2 ao meio. 8. [3.000] (IP: :21:42 09:04:29 42: ) Discuta alguns ecossistemas em que o mecanismo de transporte de elétrons seja particularmente importante. Enfatize aspectos que caracterizam estes ambientes em aspectos mais gerais. O transporte de elétrons é a base de toda e qualquer geração de energia. Em ambientes aeróbios, diversos processos bioquímicos catabólicos, como a glicólise, o ciclo de Krebs e a betaoxidação, sintetizam a coenzima NADH, essa por sua vez contém elétrons que detém um alto poder de transferência, de modo que ao acontecer à oxidação do NADH, é libertada grande quantidade de energia. A oxidação dos mais diversos combustíveis metabólicos libera elétrons que são entregues pelas desidrogenases a transportadores específicos, reduzindo-os (de NAD+ e FAD a NADH+ e FADH2). Esses carreadores eletrônicos reduzidos são processados na cadeia de transporte de elétrons e oxidação fosforilativa para a produção de ATP e regeneração de carreadores oxidados, que são ligados a glicólise e ao ciclo de Krebs para captar novos elétrons em um processo cíclico. Os elétrons são transferidos para o oxigênio que leva à formação de ATP na fosforilação oxidativa, terceiro estádio e ultima etapa do catabolismo, onde a maior parte da energia metabólica é liberada. Nos ambientes anaeróbios (onde há insuficiência O2) como em pântanos, várzeas inundadas e nos agregados maiores que 6mm em solos irrigados, os processos bioquímicos são dirigidos por compostos inorgânicos oxidados como o nitrato, sulfato e metais oxidados que atuam como aceptores finais de elétrons. Esses aceptores tem potencial de redução maior que o oxigênio e, por isso, produzem pouca energia em comparação a respiração aeróbia. Além do aspecto energético, essas reduções resultam em processos como desnitrificação,

5 respiração do nitrato, redução do sulfato e metanogênese. O transporte de elétrons tem grande importância para organismos autotróficos (plantas, algas verdes, cianobactérias), uma vez que é responsável pelo processo de conversão de energia luminosa em energia elétrica. Considerando que todos os ecossistemas necessitam da presença de organismos autótrofos, uma vez que formam a base da cadeia trófica, nota-se que o transporte de elétrons tem função essencialmente importante para a vida na terra. Também é destacado a importância do transporte de elétrons, como fonte direta de energia, em ambientes onde existe uma grande diferença de carga elétrica entre os dois lados da membrana celular. Desse modo, corresponde a uma das principais fontes de energia nas fontes termais sulfúricas do fundo do mar. se livrou pela parte final...