Fermentação

Processo anaeróbio, realizado por certas espécies de bactérias e leveduras, durante o qual moléculas orgânicas são utilizadas na produção de ATP.

Etapas da fermentação

Os processos fermentativos envolvem conjuntos de reacções enzimáticas que ocorrem no hialoplasma:

glicólise - ocorre a degradação da glicose em ácido pirúvico;
reducão do ácido pirúvico - conduz à formação dos produtos de fermentação.

Glicólise

A glicose é oxidada e formam-se duas moléculas de ácido pirúvico. O agente oxidante é o NAD+ que é transformado em NADH.

O saldo energético é de duas moléculas de ATP.


Redução do ácido pirúvico

O ácido pirúvico, ou moléculas orgânicas que se formam a partir dele, são aceptoras dos electrões do NADH, o que permite regenerar o NAD+.

O NAD+ pode, assim, voltar a ser utilizado na oxidação da glicose com formação de 2 ATP.

Os produtos finais da fermentação dependem da molécula orgânica que é produzida a partir do ácido pirúvico.


Fermentação alcoólica

É realizada por leveduras.

O ácido pirúvico é convertido em etanol e CO2 em duas etapas:
 - o ácido pirúvico é descarboxilado e forma-se acetaldeído;
 - o acetaldeído é reduzido pelo NADH a etanol.

Fermentação acética

Assim designada devido às características do produto obtido.

Não é uma fermentação mas uma oxidação do etanol e ácido acético.


Fermentação láctica

O ácido pirúvico é directamente reduzido a ácido láctico pelo NADH.

Na fermentação homoláctica são produzidas grandes quantidades de ácido láctico.

A fermentação heteroláctica leva à produção de outras substâncias, para além do ácido láctico, como CO2, etanol e ácido acético.


Fermentações e alimentos

A fermentação alcoólica, a fermentação láctica e a fermentação acética são utilizadas na produção de alimentos.

Os microrganismos que as realizam podem estar presentes em quantidade suficiente na matéria-prima ou podem ser adicionados.

São influenciados pelas condições ambientais, como temperatura, pH e composição atmosférica.

Controlo de vias metabólicas

Cada célula possui um elevado número de enzimas que catalisam, em cada momento, um elevado número de reacções químicas. Geralmente, estas reacções não ocorrem de uma forma isolada, mas sim de forma sequencial, isto é, o produto de uma reacção é utilizado como substrato de uma reacção seguinte, e assim sucessivamente, até se obter o produto final. Uma cadeia de reacções deste tipo, catalisada por uma cadeia enzimática, constitui uma via metabólica.

Frequentemente, as vias metabólicas são reguladas por substâncias que se ligam à enzima, modificando a sua conformação. Essas substâncias modificam a conformação da enzima ao ligarem-se a uma região específica diferente do centro activo, designada centro alostérico. A modificação conformacional pode conduzir à inibição ou à estimulação da actividade da enzima.

Diversas vias metabólicas são controladas através da inibição reversível efectuada por substâncias que são produtos dessa mesma via metabólica e que funcionam como inibidores não competitivos.

Quando o produto de uma via metabólica começa a atingir concentrações elevadas, estas moléculas ligam-se ao centro alostérico da primeira enzima da cadeia, bloqueando toda a sequência de reacções. Este mecanismo de inibição, por retrocontrolo ou feedback, contribui para a economia da célula ao permitir evitar o desperdício de recursos que estariam a ser utilizados para produzir substâncias em quantidades excedentes.

Quando a concentração do produto resultante dessa via metabólica começa a diminuir, as moléculas desta substância, que estavam ligadas à primeira enzima da cadeia metabólica, libertamse do centro alostérico, permitindo que a enzima se tome de novo activa e, assim, se reinicie a actividade catalítica, começando a aumentar a concentração de produto final.

Inibição enzimática

Os inibidores enzimáticos são compostos que podem diminuir a actividade de uma enzima.
A inibição enzimática pode ser reversível ou irreversível.

Inibição enzimática reversível: os inibidores ligam-se temporariamente à enzima e, após uma dissociação, a enzima permanece funcional.

Inibição enzimática irreversível: acontece quando os inibidores se combinam com a enzima de forma permanente, inactivando-a ou destruindo-a.

Existem 2 tipos de inibição enzimática reversível:

- Inibição Enzimática Reversível Competitiva:

• o inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sítio de ligação do substrato;
• o efeito é revertido aumentando-se a concentração de substrato;
• este tipo de inibição depende das concentrações de substrato e de inibidor.

- Inibição Enzimática Reversível Não-Competitiva:

• quando o inibidor se liga reversivelmente à enzima num sítio próprio de ligação, podendo estar ligado à mesma ao mesmo tempo que o substrato;
• este tipo de inibição depende apenas da concentração do inibidor.

Factores que afectam a actividade enzimática

• Temperatura

Na generalidade das reacções enzimáticas a velocidade é proporcional à temperatura a que estas decorrem. No caso das reacções enzimáticas, estas apresentam uma temperatura óptima em que a velocidade da reacção é máxima.

As enzimas quando sujeitas a baixas temperaturas ficam inactivas, devido à falta de energia de activação para provocar o choque entre as moléculas enzimáticas e as moléculas do substrato.

No entanto, com o aumento gradual da temperatura verifica-se também o aumento da actividade enzimática até se atingir um máximo - temperatura óptima.

A partir desse valor verifica-se uma diminuição da actividade até atingir um valor em que a enzima deixa de actuar devido à desnaturação da proteína que a

constitui.

A temperatura óptima de cada enzima situa-se geralmente próximo da temperatura normal das células do

organismo onde actuam.

No Homem as enzimas, em geral, têm uma temperatura de actuação entre os 35 °C e os 40 °C.

• pH

O pH do meio onde se encontra a enzima é um factor condicionante da actividade enzimática. Geralmente as enzimas têm um pH óptimo de actuação, para o qual a sua actividade é máxima.

Por exemplo, o pH óptimo para a pepsina actuar ronda valores de pH igual a 2 (pH ácido), enquanto que a amilase salivar necessita de um meio cujo pHseja neutro - pH igual a 7.

• Concentração de enzima e de substrato

A velocidade catalítica de uma reacção enzimática é condicionada tanto pela concentração da enzima como pela do substrato. 

À medida que se aumenta a concentração da enzima, formar-se-á mais produto final, até um certo limite. Assim, pode afirmar-se que a velocidade de uma reacção enzimática é directamente proporcional à concentração da enzima, desde que haja excesso de substrato durante a reacção.

Se aumentarmos a concentração do substrato mantendo a da enzima, aumenta a actividade enzimática, até um certo ponto em que se verifica a saturação enzimática. Quando a concentração do substrato é baixa, a maior parte das moléculas estão livres. Quando a concentração do substrato é muito alta, a enzima torna-se saturada.

 

4. Produção de Alimentos e Sustentabilidade

1. Microrganismos e indústria alimentar

Qual é a importância dos microrganismos na indústria alimentar?

Os microrganismos são essenciais na produção de alimentos. Por exemplo: queijo, iogurtes, vinho, vinagre, cerveja...

1.1. Fermentação e Actividade Enzimática

Enzimas

Algumas enzimas, para serem activas, além da parte proteica designada por apoenzima, podem possuir partes não proteicas, os cofactores. Neste caso, as enzimas designam-se por holoenzimas.

As enzimas são catalisadores biológicos extremamete eficientes, que aceleram a velocidade da reacção, transformando moléculas de substrato em produto de reacção.
Como catalisadores celulares extremamente poderosos, as enzimas aceleram a velocidade de uma reacção, e actuam ainda como reguladoras deste conjunto complexo de reacções.
As enzimas são, portanto, consideradas as unidades funcionais do metabolismo celular.

As enzimas permitem aumentar a velocidade de reacção, sendo essenciais no metabolismo de todos os seres vivos; e diminuem a energia de activação das reacções.

Formação do Complexo Enzima-Substrato

As enzimas são proteínas globulares de grandes dimensões relativamente às moléculas do substrato. Este facto permite admitir que apenas uma pequena zona da enzima estará envolvida no processo catalítico. De facto, só um pequeno número de aminoácidos da proteína enzimática está envolvido no processo catalítico. Este conjunto de aminoácidos constitui o local activo ou centro activo da enzima, sendo a esta região restrita que se liga o substrato.

Como se pode verificar, a enzima liga-se temporariamente ao substrato, formando o complexo enzima-substrato. Posteriormente, libertam-se os produtos da catálise enzimática, mantendo-se a enzima inalterada.

S - Substrato - ocorre uma diminuição da concentração dos substratos (reagentes), que são consumidos.

P - Produto - ocorre a produção de produtos a partir dos substratos.

ES - Enzima-Substrato - as enzimas formam um complexo com os substratos, que deixa de existir no final, quando a concentração de substratos é reduzida.

E - Enzima - a concentração da enzima livre diminui, mas retoma aos valores iniciais no final da reacção.

As enzimas catalisam as reacções químicas, aumentando a velocidade de conversão dos substratos em produtos, sem se consumirem no resto da reacção.


Especificidade da acção das enzimas

As enzimas diferem dos outros catalisadores em muitos aspectos, mas um dos mais importantes é a especificidade da acção catalítica, isto é, elas são altamente específicas para as substâncias cujas transformações catalisam os substratos.
Existem vários graus de especificidade das enzimas: especificidade absoluta, no caso da enzima actuar apenas sob um substrato; no entanto, se a enzima actuar sob um grupo de substâncias quimicamente semelhantes considera-se que apresenta especificidade relativa.


Modelo da Chave-Fechadura

Este modelo pressupõe que o substrato e o centro activo terão formas complementares, havendo portanto um encaixe perfeito, sendo por isso conhecido por modelo de complementaridade estrutural ou modelo de "chave-fechadura".

"A Evolução de Darwin"

No dia 29 de Abril, eu e os meus colegas de Biologia fomos ver uma exposição "A Evolução de Darwin" na Casa Andresen, no Jardim botânico do Porto.

Nesta exposição tivemos a oportunidade de conhecer mais um pouco sobre a vida e a obra de Charles Darwin, incluindo a sua viagem à volta do mundo e os motivos que o levaram a até à teoria da evolução das espécies por selecção natural.

A exposição inclui também uma área com animais e plantas vivas, situada nas estufas do Jardim Botânico. Nesta parte da exposição, observamos um universo povoado por tatus, pombos, lagartos, entre muitas outras espécies que ilustram alguns dos processos evolutivos descritos por Darwin.

Aconselho todas as pessoas a visitarem a exposição, pois saem de lá muito mais ricas, e além de ficarem a saber mais sobre Charles Darwin, também têm oportunidade de ver algumas espécies.

Trabalho Prático - Actividade Enzimática