Governador
Cid Ferreira Gomes
Vice Governador
Domingos Gomes de Aguiar Filho
Secretária da Educação
Maria Izolda Cela de Arruda Coelho
Secretário Adjunto
Maurício Holanda Maia
Secretário Executivo
Antônio Idilvan de Lima Alencar
Assessora Institucional do Gabinete da Seduc
Cristiane Carvalho Holanda
Coordenadora da Educação Profissional – SEDUC
Andréa Araújo Rocha
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Escola Estadual de
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Curso Técnico em Química
BIOQUÍMICA INDUSTRIAL
TEXTOS DE APOIO
2012
Técnico em Química – Bioquímica Industrial
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ÍNDICE
Pág.
01 Bioquímica...introdução.......................................................................................................
02- Fundamentos celulares...........................................................................................................
03- Biomoléculas............................................................................................................................
03.1. Carboidratos..........................................................................................................................................
...........................................................
03.2
Propriedades funcionais dos açucares...............................................................................
.........................................................................................
03.3
Práticas....................................................................................................................................
04- Lipídeos....................................................... ............................................................................
04.1- Ácidos graxos,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.................................................................................................
04.2- Preparação de gorduras e óleos...........................................................................................
04.3- Práticas....................................................................................................................................
05- Proteínas .................................................................................................................................
05.1- Propriedades ácido base das proteínas....... .......................................................................
05.2- Estrutura das proteínas.........................................................................................................
.................................................................................................................
06Ácidos nucleicos....................................................................................................................
07- Microrganimos de uso industrial............................................................................................
07.1 Bioreator...................................................................................................................................
07.2 Crescimento celular.................................................................................................................
07.3 Bioreatores e processos fermentativos...............................
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01. Introdução
Cerca de quinze bilhões de anos atrás, o universo surgiu como uma erupção cataclísmica de partículas
subatômicas quentes e ricas em energia. Os elementos mais simples (hidrogênio e hélio) se formaram em
segundos. À medida que o universo se expandia e esfriava, o material condensava sob a influência da
gravidade para formar estrelas. Algumas estrelas se tornaram enormes e explodiu como supernovas, liberando
a energia necessária para a fusão de núcleos atômicos mais simples em elementos mais complexos. Desta
maneira foram produzidos, no decurso de bilhões de anos, a própria Terra e os elementos químicos encontrados
nela hoje. Cerca de quatro bilhões de anos atrás, surgiu a vida – micro-organismos simples com a
capacidade de extrair energia de compostos químicos e, mais tarde, da luz solar, que era usada por eles para
produzir um vasto conjunto de biomoléculas mais complexas a partir dos ele- mentos simples e compostos
encontrados na superfície da Terra.
A bioquímica questiona como as extraordinárias propriedades dos organismos vivos se originaram a
partir de milhares de biomoléculas diferentes. Quando estas moléculas são isoladas e examinadas
individualmente, elas estão de acordo com todas as leis físicas e químicas que descrevem o comportamento
da matéria inanimada – assim como todos os processos que ocorrem nos organismos vivos. O estudo da
bioquímica mostra como o conjunto de moléculas inanimadas que constitui os organismos vivos
interage para manter e perpetuar a vida exclusivamente pelas leis físicas e químicas que regem o universo
inanimado.
Os organismos, no entanto, possuem atributos extraordinários, propriedades que os distinguem de
outros conjuntos de matéria. Quais são estas características peculiares dos organismos vivos?
Um alto grau de complexidade química e organização microscópica. Milhares de moléculas
diferentes formam as intrincadas estruturas celulares internas. Elas incluem polímeros muito longos, cada um
com sua sequência característica de subunidades, sua estrutura tridimensional única e sua seleção altamente
específica de parceiros de interação na célula.
Sistemas para extrair, transformar e utilizar a energia do ambiente permitindo aos organismos
construir e manter suas intrincadas estruturas, assim como realizar trabalho mecânico, químico, osmótico e
elétrico, o que neutraliza a tendência de toda a matéria de decair para um estado mais desorganizado,
entrando assim em equilíbrio com seu ambiente.
Funções definidas para cada um dos componentes de um organismo e interações reguladas
entre eles. Isto é válido não somente para as estruturas macroscópicas, como as folhas e os ramos ou
corações e pulmões, mas também para estruturas intracelulares microscópicas e compostos químicos
individuais. A interação entre os componentes químicos de um organismo vivo é dinâmica; mudanças em
um componente causam mudanças coordenadas ou compensatórias em outro, com o todo manifestando
uma característica além daquelas de suas partes individuais. O conjunto de moléculas realiza um programa,
cujo resultado final é a reprodução e a autopreservação do conjunto de moléculas – em resumo, vida.
Mecanismos para sentir e responder às alterações no seu ambiente, com ajustes constantes a
essas mudanças por adaptações de sua química interna ou sua localização no ambiente.
Capacidade de autorreplicação e automontagem precisas. Uma célula bacteriana isolada co- locada
em um meio nutritivo estéril pode dar origem, em 24 horas, a um bilhão de “filhas” idênticas. Cada
célula contém milhares de moléculas diferentes, mui- tas extremamente complexas; mas cada bactéria é uma
cópia fiel da original, sendo sua construção totalmente direcionada a partir da informação contida no
material genético da célula original.
Capacidade de se alterar ao longo do tempo por evolução gradual. Os organismos alteram suas
estratégias de vida herdadas, em graus muito pequenos, para sobreviver em condições novas. O resultado
de eras de evolução é uma enorme variedade de formas de vida, muito diferentes superficialmente, mas
fundamentalmente relacionadas por sua ancestralidade compartilhada. Esta unidade fundamental dos
organismos vivos se reflete na similaridade das sequências gê nicas e nas estruturas proteicas.
Apesar dessas propriedades comuns, e da unidade fundamental da vida que elas mostram, é difícil fazer
generalizações sobre os organismos vivos. A Terra tem uma enorme diversidade de organismos. A variação de
habitats, das fontes termais à tundra do Ártico, dos intestinos animais aos dormitórios das universidades, se
combina com uma ampla variação de adaptações bioquímicas específicas, alcançadas dentro de uma
estrutura química comum.
A bioquímica descreve em termos moleculares as estruturas, os mecanismos e os processos químicos
compartilhados por todos os organismos e estabelece princípios de organização que são a base da vida em
todas as suas diversas formas, princípios esses referidos como a lógica molecular da vida. Embora a
bioquímica proporcione importantes informações e aplicações práticas na medicina, na
agricultura, na nutrição e na indústria, sua preocupação final é com o milagre da vida em si.
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02. Fundamentos celulares
A unidade e a diversidade dos organismos se tornam aparentes mesmo no nível celular. Os menores
organismos consistem em células isoladas e são microscópicos. Os organismos multicelulares maiores
possuem muitos tipos celulares diferentes, os quais variam em tamanho, forma e função especializada. Apesar
dessas diferenças óbvias, todas as células dos organismos, desde o mais simples ao mais complexo,
compartilham determinadas propriedades fundamentais, que podem ser vistas no nível bioquímico.
As células são as unidades estruturais e funcionais de todos os organismos vivos.
Todos os tipos de células compartilham determinadas características estruturais. A membrana
plasmática define o contorno da célula, separando seu conteúdo do ambiente. Ela é composta por
moléculas de lipídeos e proteínas que formam uma barreira fina, resistente, flexível e hidrofóbica ao redor
da célula. A membrana é uma barrei- ra para a passagem livre de íons inorgânicos e para a maioria de outros
compostos carregados ou polares. Proteínas de transporte na membrana plasmática permitem a passagem
de determinados íons e moléculas; proteínas receptoras transmitem sinais para o interior da célula; e
enzimas de membrana participam em algumas reações. Como os lipídeos individuais e as proteínas da
membrana não estão covalentemente ligados, toda a estrutura é extraordinariamente flexível, permitindo
mudanças na forma e no tamanho da célula. À medida que a célula cresce, novas moléculas de proteínas e
de lipídeos são inseridas na membrana plasmática; a divisão celular produz duas células, cada uma com sua
própria membrana. O crescimento e a divisão celular (fissão) ocorrem sem perda da integridade da
membrana.
O volume interno envolto pela membrana plasmática, o citoplasma, é composto por uma
solução aquosa, o citosol, e uma grande variedade de partículas em suspensão com funções específicas.
O citosol é uma solução altamente concentrada que contém enzimas e as moléculas de RNA que as
codificam; os componentes (aminoácidos e nucleotídeos) que formam estas macromoléculas; centenas de
moléculas orgânicas pequenas chamadas de metabólitos, intermediários em rotas biossintéticas e
degradativas; coenzimas, compostos essenciais em muitas reações catali- sadas por enzimas; íons
inorgânicos; e estruturas macromo- leculares como os ribossomos, sítios de síntese proteica, e os
proteassomos, que degradam proteínas que a célula não necessita mais.
Todas as células possuem, pelo menos em alguma par- te de sua vida, ou um núcleo ou um nucleoide,
onde o genoma – o conjunto completo de genes composto por DNA – é armazenado e replicado. O
nucleoide, em bactérias e em arquibactérias, não é separado do citoplasma por uma membrana; o
núcleo, nos eucariotos, consiste no material nuclear envolto por uma membrana dupla, o envelope
nuclear. As células com envelope nuclear com- põem o grande grupo dos Eukarya (do grego
eu,“verdade”, e karyon, “núcleo”). Os micro-organismos sem envelope nuclear, antigamente agrupados
como procariotos (do grego pro, “antes”), são agora reconhecidos como perten- centes a dois grupos
muito diferentes, Bacteria e Archaea.
As dimensões celulares são determinadas pela difusão
A maioria das células é microscópica, invisível a olho nu. As células dos animais e das plantas têm um
diâmetro de 50 a 100 μm, e muitos micro-organismos têm comprimento de 1 a 2 μm (veja no verso da capa
as informações sobre as unidades e suas abreviaturas). O que limita as dimensões de uma célula? O limite
inferior provavelmente é determinado pelo número mínimo de cada tipo de biomolécula requerido pela
célula. As menores células,
certas bactérias conhecidas como micoplasmas, têm diâmetro de 300 nm e um
volume de cerca de 10-14 mL. Um único ribossomo bacteriano possui 20 nm na sua dimensão mais longa,
de forma que poucos ribossomos ocupam uma fração substancial do volume de uma célula de
micoplasma.
O limite superior de tamanho celular provavelmente é determinado pela taxa de difusão das moléculas
de soluto nos sistemas aquosos. Por exemplo, uma célula bacteria- na que depende de reações de
consumo de oxigênio para produção de energia deve obter oxigênio molecular, por difusão, a partir do
meio ambiente através de sua membrana plasmática. A célula é tão pequena, e a relação entre sua área
de superfície e seu volume é tão grande, que cada parte do seu citoplasma é facilmente alcançada pelo
O2 que se difunde para dentro dela. Com o aumento do tamanho celular, no entanto, a relação
superfície-volume diminui, até que o metabolismo consuma O2 mais rapidamente do que o que pode
ser suprido por difusão. Assim, o metabolismo que requer O2 torna-se impossível quando o tamanho da
célula aumenta além de um determinado ponto, estabelecendo um limite superior teórico para o tamanho
das células.
Existem três domínios distintos de vida
Todos os organismos vivos se incluem em três grandes gru- pos (domínios) que definem três ramos
evolutivos a partir de um ancestral comum. Dois grandes grupos de micro-organismos unicelulares
podem ser distinguidos em bases genéticas e bioquímicas: Bacteria e Archaea. As bactérias habitam o
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solo, as águas de superfície e os tecidos de organismos vivos ou em decomposição. Muitas das arquibactérias, reconhecidas na década de 1980 por Carl Woese como um domínio distinto, habitam ambientes
extremos – lagos salgados, fontes termais, pântanos altamente ácidos e as profundezas oceânicas. As
evidências disponíveis sugerem que Bacteria e Archaea divergiram cedo na evolução. Todos os
organismos eucarióticos, que formam o terceiro domínio, Eukarya, evoluíram a partir do mesmo ramo
que deu origem às Archaea; por isso, os eucariotos são mais relacionados às arquibactérias do que às
bactérias.
Dentro dos domínios Archaea e Bacteria existem sub-grupos identificados por seus habitats. No habitat
aeróbico com suprimento pleno de oxigênio, alguns organismos residentes obtêm energia pela
transferência de elétrons das moléculas de combustível para o oxigênio. Outros ambientes são anaeróbios,
praticamente desprovidos de oxigênio, e os micro-organismos adaptados a esses ambientes obtêm energia
pela transferência de elétrons para o nitrato (for- mando N2), o sulfato (formando H2S) ou o CO2
(formando CH4). Muitos organismos que evoluíram em ambientes ana- eróbios são anaeróbios
obrigatórios: eles morrem quando expostos ao oxigênio. Outros são anaeróbios facultativos, capazes de
viver com ou sem oxigênio Podemos classificar os organismos de acordo com a maneira como obtêm a
energia e o carbono que necessitam para sintetizar o material celular (conforme resumido na). Existem
duas amplas categorias com base nas fontes de energia: fototróficos (do grego trofe, “nu- trição”),
que captam e usam a luz solar, e quimiotróficos, que obtêm sua energia pela oxidação do combustível
químico.
Alguns quimiotróficos, os litotróficos, oxidam os combustíveis inorgânicos – por exemplo,
HS– a S0 (en- xofre elementar), S0 a SO– , NO– a NO– , ou Fe2 a Fe3 . Os organotróficos
oxidam uma ampla gama de compostos orgânicos disponíveis em seu ambiente. Os fototróficos e os
quimiotróficos também podem ser divididos naqueles que obtêm todo o carbono necessário do CO2
(autotróficos) e nos que requerem nutrientes orgânicos (hete- rotróficos).
A Escherichia coli é a bactéria melhor estudada
As células bacterianas compartilham determinadas características estruturais comuns, mas também mostram
especia- lizações grupo-específicas. E. coli é usualmente um habitante inofensivo do trato intestinal humano.
A célu- la de E. coli tem 2 μm de comprimento e um pouco menos de 1 μm de diâmetro, possuindo uma
membrana externa protetora e uma membrana plasmática interna que envol- ve o citoplasma e o
nucleoide. Entre a membrana interna e a externa existe uma fina, mas resistente, camada de um polímero
(peptidoglicano) que confere à célula sua forma e rigidez. . A membrana plasmática e as camadas externas
a ela constituem o envelope celular. Pode ser notado aqui que, nas arquibactérias, a rigidez é conferida
por um tipo diferente de polímero (pseudopeptidoglicano). A membrana plasmática das bactérias consiste
em uma bicamada fina de moléculas lipídicas impregnadas de proteínas. As membranas das arquibactérias têm
uma arquitetura semelhante, mas os lipídeos são surpreendentemente diferentes daque les das bactérias .
O citoplasma da E. coli contém cerca de 15.000 ribos- somos, números variados de cópias (de 10 a
milhares) de 1.000 diferentes enzimas, talvez 1.000 compostos orgânicos de massa molecular menor do
que 1.000 (metabólitos e cofatores), e uma grande variedade de íons inorgânicos.
O nucleoide contém uma única molécula de DNA circular, e o citoplasma (como na maioria das bactérias)
contém segmentos circulares de DNA chamados de plasmídios. Na natureza, alguns plasmídios
conferem resistência a toxinas e antibióticos ambientais. No laboratório, estes segmentos de DNA são
sensíveis à manipulação experimental e são ferramentas poderosas para a engenharia genética.
A maioria das bactérias (incluindo E. coli) existe como células individuais, mas as células de algumas
espécies bacterianas (p.ex., as mixobactérias) mostram um comportamento social simples, formando agregados
multicelulares.
As células eucarióticas possuem uma grande variedade de organelas membranares, que podem ser isoladas para estudo.
As células eucarióticas típicas são muito maiores do que as bactérias – em geral de 5 a 100 μm de diâmetro,
com um volume de mil a um milhão de vezes maior do que o das bactérias. As características que
distinguem os eucariotos são o núcleo e uma grande variedade de organelas en- voltas por membranas com
funções específicas: mitocôndria, retículo endoplasmático, complexo de Golgi, peroxissomos e lisossomos.
Além dessas organelas, as células vegetais também possuem vacúolos e cloroplastos. No citoplasma de
muitas células estão presentes também grânulos ou gotículas contendo nutrientes armazenados como
amido e gordura.
Em um avanço importante na bioquímica, Albert Claude, Christian de Duve e George Palade
desenvolveram métodos para separar as organelas do citosol e umas das outras – uma etapa essencial na
investigação de suas estruturas e funções. Em um processo de fragmentação típico, as células ou os
tecidos em solução são suave- mente rompidos por cisalhamento físico. Este tratamento rompe a
membrana plasmática, mas deixa intacta a maioria das organelas. O homogeneizado é então centrifugado;
organelas como núcleo, mitocôndria e lisossomos diferem em tamanho e por isso sedimentam em velocidades
diferentes.
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A centrifugação diferencial resulta em um fracionamento preliminar do conteúdo citoplasmático, que pode ser
posteriormente purificado por centrifugação isopícnica (“mesma densidade”). Neste procedimento, as
organelas com diferentes densidades de flutuação (resultantes de razões diferentes entre lipídeo e proteína em
cada tipo de organela) são separadas por centrifugação por meio de uma coluna de solvente com gradiente
de densidade. Pela remoção cuidadosa do material de cada região do gradiente e observação ao microscópio,
o bioquímico pode estabelecer a posição de sedimentação de cada organela e obter organelas purificadas
para estudo posterior. Esses métodos foram utilizados para estabelecer, por exemplo, que os lisossomos
contêm enzimas de- gradativas, as mitocôndrias contêm enzimas oxidativas, e os cloroplastos contêm
pigmentos fotossintéticos. O isolamento de uma organela enriquecida em determinada enzima com
frequência é a primeira etapa na purificação dessa enzima.
O citoplasma é organizado pelo citoesqueleto e é altamente dinâmico
A microscopia de fluorescência revela vários tipos de filamentos proteicos atravessando a célula
eucariótica em várias direções, formando uma rede tridimensional interligada, o citoesqueleto. Existem
três tipos gerais de fila- mentos citoplasmáticos – filamentos de actina, microtúbulos e filamentos
intermediários – que diferem em largura (de 6 a 22 nm), composição, e função específica. Todos os tipos
conferem estrutura e organização ao citoplasma e forma à célula. Os filamentos de actina e os microtúbulos
também auxiliam na produção de movimento das organelas e da célula inteira.
Cada tipo de componente do citoesqueleto é composto por subunidades proteicas simples que se
associam de forma não covalente para formar filamentos de espessura uniforme. Estes filamentos não são
estruturas permanentes, sendo submetida a constante desmontagem em suas subunidades e remontagem
novamente em filamentos. Sua localização na célula não é fixa, podendo mudar drasticamente com a
mitose, a citocinese, o movimento ameboide ou mudanças na forma celular. A montagem, a desmontagem e
a localização de todos os tipos de filamentos são reguladas por outras proteínas, as quais servem para ligar
ou reunir os filamentos ou para mover as organelas citoplasmáticas ao longo deles. O quadro que emerge
desta breve visão da estrutura da célula eucariótica é o de uma célula com uma trama de fibras estruturais e
um sistema complexo de compartimentos envoltos por membranas. Os filamentos se desmontam e se
remontam em outro lugar. As vesículas membranares brotam de uma organela e se fundem com outra. As
organelas se movem pelo citoplasma ao longo de filamentos proteicos, e seu movimento é impulsionado
por proteínas motoras dependentes de energia. O sistema de endomembranas segrega processos
metabólicos específicos e provê superfícies sobre as quais ocorrem determinadas reações catalisadas por
enzimas A exocitose e a endocitose, mecanismos de transporte (para fora e para dentro da célula,
respectivamente) que envolvem fusão e fissão de membranas, produzem vias entre o citoplasma e o meio circundante, permitindo a secreção de substâncias produzidas na célula e a captação de materiais extracelulares.
Esta organização do citoplasma, embora complexa, está longe de ser aleatória. O movimento e o
posicionamento das organelas e dos elementos do citoesqueleto estão sob uma regulação firme, e uma
célula eucariótica é submetida, em determinados estágios da vida, a reorganizações dramáticas
conduzidas com exatidão, como nos eventos da mitose.
Todas as células são delimitadas por uma membrana plasmática, tendo um citosol contendo metabólitos,
co-enzimas, íons inorgânicos e enzimas, possuindo um conjunto de genes contidos dentro de um nucleoide
(bactérias e arquibactérias) ou de um núcleo (eucariotos).
Os fototróficos usam a luz do sol para realizar trabalho; os quimiotróficos oxidam combustíveis,
transferindo elétrons para bons aceptores: compostos inorgânicos, compostos orgânicos ou oxigênio
molecular.
As células de bactérias e de arquibactérias contêm citosol, um nucleoide e plasmídeos. As células
eucarióticas têm um núcleo e são multicompartimentalizadas, com determinados processos segregados em
organelas específicas; as organelas podem ser separadas e estuda- das isoladamente.
As proteínas do citoesqueleto se organizam em longos filamentos que dão forma e rigidez às células e
servem como trilhos ao longo dos quais as organelas celulares se deslocam por toda a célula.
Complexos supramoleculares são mantidos unidos por interações não covalentes e formam uma hierarquia
de estruturas, algumas delas visíveis ao microscópio óptico. Quando moléculas individuais são
removidas destes complexos para serem estudadas in vitro, algumas interações, importantes na célula
viva, podem ser perdidas.
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03. Biomoléculas
Compostos de carbono com uma grande variedade de grupos funcionais
A química dos organismos vivos está organizada em torno do carbono, que contribui em mais da metade do
peso seco das células. O carbono pode formar ligações simples com átomos de hidrogênio, assim como
ligações simples e duplas com átomos de oxigênio e nitrogênio. A capacidade dos átomos de carbono de
formar ligações simples estáveis com até quatro outros átomos de carbono é de grande importância na
biologia. Dois átomos de carbono também podem compartilhar dois (ou três) pares de elétrons, formando assim ligações duplas (ou triplas).
As quatro ligações simples que podem ser formadas pelo átomo de carbono se projetam a partir do
núcleo formando os quatro vértices de um tetraedro, com um ângulo de aproximadamente 109,5° entre duas
ligações quaisquer e tendo um comprimento médio de ligação de 0,154 nm. A rotação é livre em torno
de cada ligação simples, a menos que grupos muito grandes ou altamente carregados estejam ligados aos
átomos de carbono. Neste caso, a rotação pode ser limitada. Já a ligação dupla é mais curta (cerca de 0,134
nm) e rígida, permitindo somente uma rotação limitada em torno do seu eixo.
Átomos de carbono covalentemente ligados em biomoléculas podem formar cadeias lineares,
ramificadas e estruturas cíclicas. Aparentemente a versatilidade de ligação do carbono consegue mesmo e
com outros elementos, foi o principal fator na seleção dos compostos de carbono para a maquinaria
molecular das células durante a origem e a evolução dos organismos vivos. Nenhum outro elemento químico
consegue formar moléculas com tanta diversidade de tamanhos, formas e composição.
A maioria das biomoléculas pode ser considerada como derivada dos hidrocarbonetos, tendo átomos de
hidrogênio substituídos por uma grande variedade de grupos funcionais que conferem propriedades químicas
específicas à molécula, formando várias famílias de compostos orgânicos. Exemplos típicos destas
biomoléculas são os álcoois, que têm um ou mais grupos hidroxil; aminas, com grupos amina; aldeídos e
cetonas, com grupos carbonil; e ácidos carboxílicos, com grupos carboxil. Muitas biomoléculas são polifuncionais, contendo dois ou mais tipos de grupos funcionais, cada qual com suas características químicas e
de reação. A “personalidade” química de um composto é de- terminada pela química de seu grupo funcional
e pela sua disposição no espaço tridimensional.
As macromoléculas são os principais constituintes das células
Muitas moléculas biológicas são macromoléculas, polímeros com peso molecular acima de ~5.000, que são
montadas a partir de precursores relativamente simples. Polímeros mais curtos são chamados de oligômeros
(oligos do grego, “poucos”). Proteínas, ácidos nucleicos e polissacarídeos são macromoléculas feitas de
monômeros cujos pesos moleculares são 500 ou menos. A síntese de macromoléculas é a atividade que mais
consome energia nas células. As macromoléculas podem ainda sofrer processamentos adicionais que resultam
em complexos supramoleculares, formando unidades funcionais como os ribossomos. As proteínas, que
são polímeros longos de aminoácidos, constituem a maior fração (além da água) da célula. Algumas
proteínas possuem atividade catalítica e funcionam como enzimas; outras servem como elementos
estruturais, receptores de sinal, ou transportadores que carregam substâncias específicas para dentro ou para
fora das células. As proteínas são talvez as mais versáteis de todas as biomoléculas.
Os polissacarídeos, polímeros de açúcares simples como a glicose, apresentam três funções
principais: reservatórios de combustível de alto conteúdo energético, componentes estruturais rígidos da
parede celular (em plantas e bactérias) e elementos no reconhecimento extracelular que se ligam a
proteínas de outras células. Polímeros mais curtos de açúcares (oligossacarídeos) ligados a proteínas ou
lipídeos na superfície da célula servem como sinais celulares específicos. Os lipídeos, derivados de
hidrocarbonetos in- solúveis em água, servem como componentes estruturais das membranas, depósitos
de combustível de alto conteúdo energético, pigmentos e sinais intracelulares. Proteínas, polinucleotídeos e
polissacarídeos apresentam um grande número de subunidades monoméricas e como consequência
alto peso molecular – na faixa de 5.000 até mais de 1 milhão para proteínas, até vários bilhões para ácidos
nucleicos e milhões para polissacarídeos como o ami- do. Moléculas de lipídeos individuais são muito
menores (Mr entre 750 e 1.500) e não são classificadas como macromoléculas, mas podem associar-se não
covalentemente formando estruturas muito grandes. Membranas celulares são formadas por grandes
agregados não covalentes de moléculas de lipídeos e proteínas.
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BIOMOLÉCULAS
Carboidratos, Lipídeos e Proteínas.
Principais conceitos sobre carboidratos, proteínas e lipídeos, que são biomoléculas do metabolismo
energético.
03.1CARBOIDRATOS
Os carboidratos são substâncias orgânicas contendo fundamentalmente carbono, hidrogênio e
oxigênio. São carboidratos as substâncias comumente denominadas de açúcares ou amiláceos. Os
carboidratos são também chamados de sacarídeos, glicídios, oses, hidratos de carbono ou açúcares.
Na sua forma mais simples, sua fórmula geral é C nH2nOn (1:2:1). Variam de açúcares simples
contendo de três a nove átomos de carbono até polímeros muito complexos. Quimicamente são
polihidroxi-aldeídos ou polidroxi-cetonas ou substâncias que liberam esses compostos por hidrólise.
A oxidação dos carboidratos é a principal via metabólica de liberação de energia em muitas células
não fotossintetizantes (heterótrofas). Eles
são essencialmente combustíveis para uso
imediato dos tecidos animais, e o corpo os armazenam em pequenas quantidades. São muito
solúveis em água, hidrofílicos, e guardá-los significa retenção de água, o que é conveniente
apenas até certo limite. Senão vejamos os seguintes dados: um indivíduo de 70kg de peso que
fosse armazenar a quantidade de energia equivalente a 10Kg de gordura, na forma de glicogênio,
pesaria, em vez dos 70Kg, 120Kg. Grande parte dos 50Kg a mais seria devida á água de hidratação.
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Funções:
a) energética: são as fontes primárias de produção de energia sob a forma de ATP, cujas ligações
ricas em energia (±10 Kcal) são quebradas sempre que as células precisam de energia para as
reações bioquímicas. É a principal função dos carboidratos, com todos os seres vivos (com exceção
dos vírus e algumas bactérias) possuindo metabolismo adaptado ao consumo de glicose como
substrato energético. Recomenda-se que cerca da metade da energia diária, seja fornecida na forma
de carboidratos (50-55%).
b) estrutural: a parede celular dos vegetais é constituída por um carboidrato polimerizado - a celulose;
a carapaça dos insetos contém quitina, um polímero que dá resistência extrema ao exoesqueleto; as células animais possuem uma série de carboidratos circundando a membrana
plasmática que dão especificidade celular, estimulando a permanência agregada das células de
um tecido - o glicocálix. Ou seja, componentes estruturais das células e tecidos.
c) reserva energética: nos vegetais se apresenta na forma de amido e nos animais na
forma de glicogênio. Ambos são formados unicamente por glicose, unidas por ligações
glicosídicas.
d) síntese: como fonte de átomos de carbono para a síntese de outros compostos
celulares. Também podem fazer parte de outras moléculas, como o ATP e o DNA, por
exemplo. Além de atuar como grupo prostético de proteínas muito especializadas
(enzimas).
Com base no tamanho, existem três principais carboidratos, monossacarídeos,
oligossacarídeos ou polissacarídeos. A palavra “sacarídeo” é derivada do
grego, sakkharon, e significa açúcar:
- Monossacarídeos: Os monossacarídeos constituem de uma única unidade
de pollidroxialdeído ou pollidroxicetona. São compostos que não podem ser
hidrolisados a formas mais simples. Possuem de 3 a 9 átomos de carbonos na cadeia:
- trioses (3C): gliceraldeído e diidroxiacetona, esterificados a um fosfato, são
intermediários obrigatórios no gasto da glicose, galactose e frutose por todas as
células vivas (no fenômeno denominado de glicólise).
- tetroses(4C): eritrose, participa do processo chamado via das pentoses, bem
como do processo de biossíntese de glicose nos vegetais (ciclo de Calvin).
- pentoses (5C): possuem 5 átomos de carbono e fazem parte de elementos
estruturais (ácidos nucléicos e coenzimas), como a ribose e desoxiribose. A
ribose também aparece como constituinte de algumas vitaminas.
- hexoses (6C): possuem 6 átomos de carbonos: glicose, frutose, galactose, são
açúcares simples, comuns em alimentos e são os monossacarídeos mais
importantes do ponto de vista energético (Quadro 2).
GLICOSE: também denominada dextrose, é encontrada em frutas, milho,
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xarope de milho, mel, etc. É o produto principal formado pela hidrólise de
carboidratos mais complexos na digestão e a forma de açúcar encontrada na
corrente sanguínea. É oxidada nas células como uma fonte de energia e
armazenada no fígado e músculo na forma de glicogênio. Sob condições normais, o
sistema nervoso central pode usar a glicose como a principal fonte de energia. Como
a glicose não requer digestão, pode ser administrada via endovenosa a pacientes
que não podem ingerir alimentos, sendo assim usada imediatamente pelas
células como fonte de energia. Desta forma, a glicose é o monossacarídeo
mais importante, porque ela é a forma essencial de circulação dos carboidratos
no sangue e a fonte glicídica primária de energia metabólica.
FRUTOSE: é um isômero da glicose. Também pode ser denominada levulose
ou açúcar da fruta, é encontrada junto com a glicose e a sacarose no mel e frutas. A
frutose é o mais doce dos açúcares. Juntamente com a glicose, forma o dissacarídeo
sacarose.
GALACTOSE: não é encontrada na forma livre na natureza, mas é produzida a
partir da lactose (açúcar do leite) pela hidrólise no processo digestivo. É um isômero
óptico da glicose, formada nas glândulas mamárias a partir da glicose.
Monossacarídeos (hexoses) importantes.
Estes monossacarídeos, quando em solução aquosa apresentam uma estrutura em anel de carbono.
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Para formar dissacarídeos, trissacarídeos ou mesmo polissacarídeos, é
necessário que os monossacarídeos se unam entre si. A ligação é chamada
glicosídica e se faz entre duas hidroxilas: uma do carbono anômero de um
monossacarídeo com qualquer outra do monossacarídeo vizinho, com eliminação de
uma molécula de água.
Dois monossacarídeos ligados formam um dissacarídeo. Se mais um monossacarídeo se ligar,
forma um trissacarídeo e assim sucessivamente.
- Oligossacarídeos: Os oligossacarídeos são constituídos de cadeias contendo unidades de
monossacarídeos (variam de 2 até 10 unidades) unidas entre si por ligações
glicosídicas.
- Dissacarídeos: São formados por duas moléculas de monossacarídeos ligados entre si por
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uma ligação glicosídica. São três os mais comumente encontrados nos alimentos, sendo
constituídos por pelo menos uma molécula de glicose.
Sacarose = Glicose + Frutose.
Maltose = Glicose + Glicose.
Lactose = Glicose + Galactose.
SACAROSE: é formada pela ligação 1,2 entre uma glicose e uma frutose. É o açúcar
de uso comum. É encontrada principalmente na cana-de-açúcar, açúcar de beterraba,
melaço e xarope de milho assim como em frutas, vegetais e mel. É muito solúvel e por
hidrólise produz quantidades iguais de glicose e de frutose.
MALTOSE: é formada pela ligação 1,4 entre duas moléculas de glicose. Não é
comumente encontrada na forma livre na natureza, apenas em grãos em germinação (malte
de cevada), no entanto é o principal produto da hidrólise do amido. É menos doce que a
sacarose, e muito solúvel em água. É utilizada em “fórmulas” para alimentação infantil. É
gerada durante a digestão por enzimas que quebram grandes moléculas de amido em
fragmentos de dissacarídeos, que podem então ser quebrados em duas moléculas de
glicose para fácil absorção.
LACTOSE: é formada pela ligação 1,4 entre uma molécula de glicose e uma
de galactose. É o principal açúcar encontrado no leite. Não existe em vegetais e está limitada
quase exclusivamente às glândulas mamárias de animais lactentes. É menos solúvel que os
outros dissacarídeos e é apenas um sexto tão doce quanto à glicose. Pela hidrólise, produz
glicose e galactose. A lactose permanece no intestino mais do que outros dissacarídeos,
assim, estimulando o crescimento de bactérias benéficas, resultando em uma ação laxativa.
Uma das funções destas bactérias é a síntese de certas vitaminas (como a vitamina K) no
intestino grosso.
- Trissacarídeos: São constituídos por 3 moléculas de monossacarídeos. Não são
encontrados muito na natureza. Presente no melaço, açúcar de cana não refinado,
beterraba e soja. Não são hidrolisados e provocam fermentação através das bactérias
intestinais, provocando flatulência.
Rafinose = galactose + glicose+ frutose.
- Tetrassacarídeos: Fornecem 4 unidades de monossacarídeos. Estão presentes nas
leguminosas, como soja e tremoço. Também não são hidrolisados e provocam
fermentação através das bactérias intestinais, provocando flatulência.
Estaquiose = frutose + glicose + galactose + galactose
- Frutooligossacarídeos: Os frutooligossacarídeos (FOS) são polímeros naturais de
frutose que usualmente são encontrados ligados a uma molécula inicial de glicose. São
totalmente resistentes à digestão no trato gastrintestinal superiores e utilizados quase que
inteiramente pelas bifidobactérias do cólon, dessa forma promovem a integridade da
mucosa gastrintestinal (ação prebiótica). Atualmente classificados como fibra alimentar.
Diversos FOS têm sido empregados como aditivo em alimentos com objetivos variados:
dar consistência a produtos lácteos; umectar bolos e produtos de confeitaria; baixar o ponto
de congelamento de sobremesas geladas; conferir crocância a biscoitos com teores reduzidos
em gorduras e associado a edulcorantes.
- Polissacarídeos: Os polissacarídeos são formados por longas cadeias
contendo centenas ou até milhares de unidades de monossacarídeos. Também chamados
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de glicanas, são polímeros de hexoses unidos por ligação glicosídicas na forma ou São menos
solúveis e mais estáveis do que os açúcares.
Homopolissacarídio é um polissacarídeo formado por um único tipo de monossacarídeo,
como acontece com o amido, o glicogênio e a celulose, por exemplo. O heteropolissacarídeo
contém mais de um tipo de monossacarídeo e, entre eles, podemos citar as mucinas, que
cobrem as mucosas do sistema digestivo, a heparina, um anticoagulante natural que tem
no plasma (que possui função anticoagulante nos vasos sangüíneos dos animais; é formada
por glicosamina + ácido urônico + os aminoácidos serina ou glicina) e o ácido hialurônico,
integrante das estruturas que conectam as células entre si e as pectinas, que são componentes das
geléias, marmeladas.
As maiorias dos polissacarídeos de interesse em nutrição (amido, dextrinas,
glicogênio e celulose) são uniões de unidades de glicose (através de ligações
glicosídicas), diferindo apenas no tipo de ligação (α 1-4; α 1-6, β 1-4), sendo a forma de
energia mais abundante disponível para os seres vivos. O amido é completamente
digerível; outros polissacarídeos são parcialmente e algumas vezes completamente
indigeríveis (fibras alimentares). Não cristalizam nem tem sabor doce.
AMIDO: Quando muitas moléculas de glicose se juntam por ligações glicosídicas α 1-4,
constituem uma estrutura chamada amilose, um dos componentes do amido. Mas se o carbono6 de algumas dessas moléculas (já unidas entre si por ligações glicossídicas α 1-4, prende-se
pelo carbono-1, uma outra glicose e desta forma fica estabelecida uma ramificação, conhecida
como amilopectina. O amido é encontrado na forma de amilose ± 20% (cadeias retas longas
de unidades de glicose) e amilopectina ± 80% (cadeias ramificadas de unidades de
glicose). O amido é a forma de armazenamento de carboidrato no vegetal. Os grânulos
de amido de vários tamanhos e formas estão encerrados dentro das células do vegetal
pelas paredes de celulose. São insolúveis em água fria. São fontes de amido os grãos de cereais
e os tubérculos.
GLICOGÊNIO: é a forma de armazenamento de carboidrato em humanos e animais.
Tem a estrutura semelhante à da amilopectina. É constituído por ligações e glicose unidas
entre si por ligações α 1-4 e possui ramificações que se estabelecem por ligações do tipo α 16. Suas moléculas são maiores e muito mais ramificadas do que as do amido. Ou seja, o
intervalo que separa as ramificações é maior na amilopectina que no glicogênio.
Normalmente temos 350g (200-500g) de glicogênio armazenado no fígado e
músculo. Em torno de 1% do peso do músculo é glicogênio e 5% do peso do fígado é
glicogênio. Apenas 10g de glicose estão circulantes no organismo humano.
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Importante: O glicogênio encontrado no fígado tem a função de manter os níveis de
glicose no organismo quando ocorre o jejum.
DEXTRINAS: são produtos intermediários que ocorrem na hidrólise do amido. São
formadas durante o processo de digestão e também como o resultado de uma variedade de
processos comerciais. Conforme diminuem em tamanho, as moléculas de sacarídeo
aumentam em solubilidade e doçura. São fontes de dextrinas a farinha de trigo (pães,
biscoitos, bolos), arroz, mel, amendoim, milho e feijão. Alguns alimentos industrializados
apresentam na sua formulação combinações de amido e maltodextrina cuja função é
regular a viscosidade do produto final.
CELULOSE e a HEMICELULOSE: constituem a estrutura celular dos vegetais
(frutas, polpas de vegetais, peles, talos, folhas e outras formas de revestimento de grãos,
nozes, sementes e legumes). A celulose é formada por moléculas de glicose unidas
por ligações
(1- 4). Apresenta estrutura linear, rígida, fibrosa, resistente e insolúvel
em água. Não possui ramificações.
Não é digerida pelo homem, pois este não apresenta enzimas para quebrar as
ligações do tipo
. A exceção de animais herbívoros, que possuem
bactérias e protozoários simbióticos que digerem a celulose em seus aparelhos digestivos.
No organismo humano é importante para formar o bolo alimentar que facilita os
movimentos peristálticos. Pois são insolúveis em água, no entanto, tem grande
importância na dieta, pois são fibras alimentares.
- Outros polissacarídeos:
- Pectina: é um polissacarídeo não celulósico, solúvel em água, não hidrolisadas pelo
organismo humano. Como adsorve água e forma um gel, é amplamente usado para fazer
geléias e gelatinas. É encontrada em maçãs, frutas cítricas, morangos e outras frutas em
menor quantidade e também em aveia.
- Gomas e mucilagens: são similares à pectina exceto pelo fato de que as unidades de
galactose estão combinadas a outros açúcares (glicose) e polissacarídeos. São
encontradas em secreções vegetais ou sementes e são frequentemente adicionadas a
alimentos processados para conferir qualidades específicas. Os polissacarídeos de algas são
encontrados em frutos do mar e algas. Um exemplo é a carragena, que é adicionada como um
Agente espessantee
estabilizante em muitos produtos alimentares processados.
- Amido resistente: parte de amido não ingerido no intestino delgado (batatas, cereais
e legumes), são fermentados por bactérias colônicas, tem como produto final ácidos graxos
de cadeia curta e alguns gases.
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Em resumo:
Os principais carboidratos da alimentação são: o amido, a sacarose, a maltose e a
lactose. A digestão dos carboidratos se inicia na boca, pela ação da enzima-amilase salivar
ou ptialina
que hidrolisa as
ligações -1,4 do
amido transformando-o
principalmente em dissacarídeos e dextrinas. Devido ao pH fortemente ácido, a digestão dos
carboidratos praticamente ocorre no intestino delgado.
No intestino delgado as dextrinas são hidrolisadas a dissacarídeos pela enzima
amilase pancreática. Através de enzimas específicas, os dissacarídeos ainda no intestino
delgado são hidrolisados a monossacarídeos.
A glicose e a galactose são absorvidas ativamente (com consumo de ATP)
pelas células da mucosa intestinal, partilhando de um carreador comum. A frutose é absorvida
a uma velocidade menor e por um processo passivo (sem consumo de ATP).
Após deixar as células da mucosa intestinal, os monossacarídeos são levados pelo sistema
venoso porta ao fígado e lançados na corrente sanguínea.
Quando a glicose entra na corrente sanguínea é rapidamente enviada para as células
onde pode ser metabolizada de 3 formas:
- Fonte de energia - GLICÓLISE
- Convertida a glicogênio no fígado e músculos – GLICOGÊNESE
- Convertida em gordura para o armazenamento no tecido adiposo – LIPOGÊNESE
Observe exemplos:
Açúcar redutor
Na natureza os mono e dissacarídeos aparecem na forma estável que é a forma de anel,
porém, são potencialmente ativos. Se rompermos a ligação hemiacetálica por efeito de um
álcali, por exemplo, o anél se rompe e a molécula fica aberta e com um grupamento redutor.
Partindo da glicose
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A ligação hemiacetálica que forma o anel (estrutura cíclica) converte o átomo de carbono da
carbonila (que faz a ligação hemiacetálica) em um centro quiral, ou seja, o carbono passa a ser
assimétrico, já que pode se ligar com quatro substituintes diferentes. A forma cíclica ocorre,
portanto, com um par de isômeros óticos, chamados de  e  anômeros, e sua configuração
depende da posição da hidroxila (OH) no carbono quiral, quando estiver para baixo, será  e
quando estiver para cima, . Estes isômeros são de suma importância no estudo dos carboidratos
e recebem o nome de anômeros.
A glicose aldeído tem as propriedades químicas e reações de um aldeído. Participa das reações
de escurecimento não enzimático.
A glicose em alimentos alcalinos tem o anel rompido e reage.
Para produção de açúcar, a presença de glicose e frutose (redutores) no caldo não é desejada e
sim, a sacarose.
Para produção de álcool é interessante a glicose porque a levedura ataca-a diretamente.
No caldo de cana o anel é fechado e é chamado de redutor (potencial). No caldo de frutas para
geléia também.
A galactose também é redutora com 1 grupamento aldeídico e a frutose com 1 grupamento
cetônico no C2.
São também açucares redutores a maltose e a lactose. Porém, a sacarose não tem caráter de
açúcar redutor porque os grupamentos aldeídicos do C1 da glicose e cetônico do C2 da frutose
estão bloqueados pela ligação glicosídica ∝-1,2 (ligação nos 2 carbonos anoméricos).
Precisa ser hidrolisada antes.
As propriedades do açúcar na forma redutora são diferentes das do açúcar na forma não
redutora o que fará com que a utilização destes açúcares nos alimentos seja feita em função
dessas propriedades.
Para se determinar açúcares redutores presentes num determinado alimento ou em caldo
de cana se utiliza a reação com solução de Fehling (tartarado cúprico alcalino). Promove-se o
rompimento da cadeia com um álcali. O açúcar redutor reduz o íon cúprico a óxido cuproso
dando um precipitado vermelho. A solução de Fehling (ácido tartárico + cupritartarato + NaOH
= tartarato cúprico alcalino) é colocada em bureta e a solução de açúcar é titulada até
descoloração, usando azul de metileno como indicador. E o método de "Lane & Eynon".
REAÇÕES DE CARBOIDRATOS
Existem diversas reações químicas possíveis de ocorrer com carboitrados, como por exemplo:
- reações de hidrólise: nas quais oligossacarídeos e polissacarídeos são hidrolizados, ácida ou
enzimaticamente, a monossacarídeos; por hidrólise também é possível obter açúcar invertido
(glicose + frutose) pela inversão química ou enzimática da sacarose.
- reações de enolização: fenômeno catalisado por base (álcali) onde o anel dos monossacarídeos
se abre e produz um enol extremamente instável, que pode formar outros compostos;
- reações de desidratação: eliminação de moléculas de água;
- mutarrotação: interconversão dos anômeros  e ;
- e as reações de escurecimento (caramelização e reação de Maillard) que são reações de grande
importância dos carboidratos em alimentos.
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Açúcar invertido (Reação de hidrólise)
 Açúcar invertido é um xarope produzido a partir da sacarose que apresenta uma
mistura de açúcares em solução, principalmente glicose e frutose (e resíduos de
sacarose).
 Para a produção do açúcar invertido, dois métodos de inversão (hidrólise) da sacarose
podem ser usados: a hidrólise enzimática (catalisada pela enzima invertase) e a hidrólise
ácida (catalisada por um ácido).
 O açúcar invertido é um ingrediente bastante utilizado pela indústria alimentícia. É
usado principalmente na fabricação de balas, doces e sorvetes, pra evitar que o açúcar
cristalize e dê ao produto final uma desagradável consistência arenosa.
 Principais características do açúcar invertido nos alimentos:
- Aumento do sabor doce (a frutose apresenta maior poder edulcorante);
- Diminuição da velocidade de cristalização, devido a maior solubilidade da
frutose (é o mais solúvel dos açúcares)
A hidrólise da sacarose é feita pela enzima frutofuranase que rompe a sacarose liberando
uma glicose e uma frutose. O açúcar não redutor passa a redutor.
O nome invertido se deve a uma propriedade física dos açúcares. Assim, conforme a
capacidade desse açúcar de uma vez colocado em um polarímetro desviar a luz polarizada para a
direita ou para a esquerda ele será dextrorrotatório ou (d) ou (+) ou será levulorrotatório ou (l)
ou (-). Não confundir com formas isoméricas L e D. O plano de luz polarizada tem os lados
direito e esquerdo girando num campo elétrico sobre um eixo de propagação de comprimento de
onda.
A força de rotação ótica serve para a análise de açúcares. Uma solução de açúcar tem no
polarímetro uma rotação específica, que depende da concentração do açúcar, da temperatura e
do comprimento de onda da luz.
Na reação, a sacarose que é um açúcar dextrorrotatório, ou seja, capaz de desviar a luz
polarizada para a direita, da ordem de +65,50, após a hidrólise dará, uma glicose, também
dextrorrotatória na base de +52,50 e uma frutose, que é levulorrotatória (desvio para a esquerda)
da ordem de -920. A estrutura do anel da D-frutose favorece a rotação para a esquerda (l). A
somatória é negativa, então se diz que o açúcar inverteu o ângulo de rotação. No polarímetro é
possível, então, determinar se o açúcar foi invertido. A enzima recebe o nome de invertase.
minar se o açúcar foi invertido. A enzima recebe o nome de invertase.
invertase
sacarase
(d) sacarose →
(d) glicose + (l) frutose
ou
+ 65,50
→
(+ 52,50) + (-920)
frutofuranase
A inversão da sacarose pode ser obtida por efeito químico. Na indústria, o uso de ácidos
deixa mais barato o processo, mas o uso de enzimas permite mais rapidez. Normalmente, a
obtenção industrial de glicose pode ser feita: a) por aquecimento de xarope (sacarose em
solução) com adição de ácido; b) a frio, com adição de ácido forte; c) usando enzimas sem
aquecimento elevado, até 80-900C.
A velocidade da reação depende da condutividade elétrica e da afinidade química do
ácido. Os ácidos mais usados são: hidroclórico, fosfórico, cítrico, málico e acético.
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Para se produzir o açúcar invertido, toma-se como base a força de ionização do ácido,
fixando o HCl = 100.
Também é preciso conhecer o produto final onde será usado o açúcar invertido para mais
compatibilidade deste com o produto. Assim, os ácidos cítrico e fosfórico são componentes de
bebidas.
O hidroclórico tem alta força de inversão e pode ser neutralizado com hidróxido de sódio
produzindo H2O + HCl, o que não afeta o sabor.
Método rápido: Açúcar (4,54 kg) + ácido tartárico (4,54 g) + água (1,9 l). Aquecer 30
min. a 1000C. Neutralizar com bicarbonato de sódio (5,10 g) dissolvido em água. Produção =
4,2 l com 74,15% de sólidos (glutex = nome comercial).
Outros açúcares
A maioria dos açúcares é classificada como aldoses e cetoses devido à presença destes
grupamentos na forma hemiacetálica ou livre. Além dessas formas temos: aminoaçúcares,
deoxiaçúcares, açúcar acetilado, açúcar metilado, açúcar ácido, glicosídeos, açúcar anidro (ágar)
e açúcar álcool (sorbitol).
REAÇÕES DE ESCURESCIMENTO
Nos alimentos destacam-se duas reações químicas de escurecimento que
envolvem carboidratos e merecem destaque pelos seus efeitos e pela sua frequência. São as
reações que provocam o escurescimento de alimentos, conhecidas como caramelização e a
reação de Maillard. Nas duas reações ocorre degradação dos carboidratos com formação de
produtos (novos compostos) escuros e de alto peso molecular.
As reações de escurecimento podem ser desejáveis ou não, são desejadas em produtos de
confeitaria (bolos, bolachas, balas, biscoitos, pães e assados em geral), carnes assadas, batatas
fritas, amendoim, café torrado, cerveja escura. E devem ser evitadas em alguns alimentos,
principalmente os desidratados armazenados por longo tempo (leite em pó, ovo em pó), pescado
salgado e seco e sucos de frutas.
REAÇÃO DE CARAMELIZAÇÃO
Reação usada na indústria alimentícia para a produção de corantes e flavorizantes. Ocorre
no aquecimento do açúcar ou xaropes de açúcar (na ausência de grupos nitrogenados) em
presença ou não de catalisadores (ácidos ou básicos) e água, que levam a formação de compostos
voláteis (aroma de caramelo) e produtos de coloração escura (cores de caramelo).
A reação de caramelização envolve a degradação de açúcares. Os açúcares no estado
sólido são relativamente estáveis ao aquecimento, mas em temperaturas maiores que 120 oC são
degradados a produtos de alto peso molecular e escuros, denominados caramelos.
O caramelo é um corante marrom, que é utilizado como corante e flavorizante em
produtos alimentícios. A sacarose é o açúcar geralmente utilizado para produzir aromas e
corantes de caramelo, por meio da reação de caramelização. Além da utilização do caramelo
como corante e flavorizante também é desejável a ocorrência da caramelização em outros casos
como nos processos de assar e tostar, no processamento de geléias e certos sucos de frutas, e na
produção da cerveja escura.
A utilização tecnológica do caramelo de maior importância na indústria de alimentos se dá
em bebidas do tipo “cola”, refrigerantes.
REAÇÃO DE MAILLARD
Parece ser a principal causa de escurecimento nos alimentos, durante aquecimento e/ou
armazenamento prolongado. A reação de Maillard é considerada útil quando os produtos da
reação tornam o alimento aceitável pela sua cor e sabor (crosta de pão, doce de leite, torrefação
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do café); e prejudicial quando produtos resultantes da reação tornam inaceitáveis o sabor e cor
dos alimentos (como o leite em pó escurecido).
A reação de Maillard é uma reação de escurecimento não enzimático, caracterizada pela junção
do grupo carbonila dos açúcares redutores com o grupo amínico dos aminoácidos de proteínas ou
peptídios. Esta é uma reação extremamente complexa que se desenrola numa série de etapas
onde ocorrem combinações; rearranjos (chamados arranjos de Armadori); a formação da base de
Schiff; a degradação de Strecker e algumas reações intermediárias, onde, de algumas delas
surgem o furfural ou o hidroximetilfurfural, que é polimerizado, originando as melanoidinas.
As alterações ocorridas durante a reação de Maillard reduzem a solubilidade e o valor
nutritivo das proteínas (podem ocorrer perdas de aminoácidos essenciais).
As melanoidinas, resultantes da reação de Maillard, são compostos escuros (voláteis e
aromáticos) que apresentam nitrogênio (5%) na molécula, são insolúveis, e apresentam elevado
peso molecular. As melanoidinas são responsáveis pela modificação da cor e do sabor dos
alimentos que sofreram reação de Maillard.
Fatores que influenciam a velocidade da Reação de Maillard
● Binômio temperatura/tempo: um aumento na temperatura e/ou tempo de
aquecimento ocasiona maior velocidade de reação; velocidade da reação duplica
a cada 10º C entre 40 e 70ºC; sob baixas temperaturas (alimentos resfriados e
congelados) a velocidade de reação diminui.
● pH: cada reação do mecanismo tem seu pH ótimo, mas em geral sob pH
neutro a velocidade de reação é máxima. Sob pH ácido (pH < 6,0) a velocidade
da reação é baixa, logo pouco escurecimento.
● Atividade de água (aw): a água é um dos produtos da reação. Com atividade de
água (aw) média, entre 0,6-0,85 a reação de Maillard ocorre com maior
velocidade. Com aw > 0,9: ocorre a diluição de reagentes e a velocidade da
reação é baixa; sob aw < 0,25: ausência de solventes, mobilidade limitada dos
reagentes com baixa velocidade de reação.
● Íons metálicos: a presença de íons metálicos como Cu e Fe aceleram a
velocidade da reação de Maillard.
● Tipo de Carboidrato: a natureza do açúcar determina a sua reatividade
(pentoses>hexoses>dissacarídeos). A presença do açúcar redutor é essencial para
a interação da carbonila com o grupo amina, assim a sacarose não hidrolizada
não participa da reação de Maillard porque não apresenta grupo redutor livre.
Inibição da reação de Maillard
Alguns tratamentos podem ser utilizados para inibir a reação a Maillard em
alimentos, como:
● uso de açúcares não redutores como a sacarose em condições que não
favoreçam sua hidrólise;
● redução da atividade de água (aw), ou o aumento de aw por meio de diluição;
● adição de sulfitos e dióxido de enxofre (SO2): atuam como inibidores da
reação de escurecimento, mas dependendo da concentração podem provocar o
aparecimento de odores desagradáveis e reduzir o teor de vitaminas;
● remoção de açúcares redutores por enzimas.
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03.2 PRINCIPAIS PROPRIEDADES FUNCIONAIS DOS AÇÚCARES EM ALIMENTOS
 Ligação com água
É uma das principais propriedades dos carboidratos e ocorre pelo fato destes
possuírem grande quantidade de hidroxilas capazes de formar pontes de hidrogênio com
a água. A capacidade dos açúcares se ligarem com a água varia em função da estrutura
do carboidrato. Monossacarídeos possuem maior capacidade de ligar com água.
Higroscopicidade
É a capacidade do açúcar na forma cristalina de absorver umidade da atmosfera e formar
torrões, às vezes tão duros que prejudicam a sua utilização. Propriedade não desejável, ocorre
com armazenamento mal feito. Empedramento.
Em atmosferas saturadas de umidade os açúcares se tornam facilmente hidratados,
convém sempre secá-los em estufa antes de usá-los.
Os açúcares são mais higroscópicos quanto menor for o tamanho dos cristais devido à
maior superfície de contato. O açúcar refinado é mais fácil de hidratar do que o açúcar cristal.
Umectância
Como os carboidratos se ligam com a água do alimento, eles são capazes de controlar a
atividade de água (aw) do mesmo. A habilidade de ligar água no alimento é denominada
umectância. Dependo do produto alimentício, pode ser desejável limitar a entrada e/ou saída de
água do alimento, como no caso das geléias e doces. O uso de altas concentrações de açúcar
nestes produtos reduz a atividade de água e aumenta a vida de prateleira.
Texturização
Os carboidratos também apresentam a propriedade de alterar a textura dos alimentos e por
isso, são considerados texturizantes. Essa propriedade decorre da elevada solubilidade dos
açúcares em água. Os efeitos estruturais dos açúcares nos alimentos dependem do seu estado
físico, de suas interações com a água, bem como, da concentração de açúcar empregada. Os
açúcares quando adicionados em altas concentrações podem conferir aos alimentos consistência
de sólido e transparência ou podem cristalizar.
Doçura – Poder edulcorante
A doçura de alguns monossacarídeos e dissacarídeos é uma de suas propriedades
funcionais mais reconhecidas, mais agradáveis e de grande importância nos alimentos. A
intensidade de sabor doce de um alimento varia com os açúcares presentes, assim como, com
suas concentrações.
A doçura dos carboidratos é conhecida como poder edulcorante.
O açúcar considerado como padrão de doçura é a sacarose, ao qual se atribui o valor de doçura
relativo a 100. A Tabela abaixo apresenta a doçura relativa de alguns carboidratos.
Tabela: Doçura relativa de carboidratos
Açúcar
Sacarose
-D-frutose
-D-glicose
-D-glicose
Doçura relativa em solução
100
100-175
40-79
80
Doçura
relativa
cristalino
100
180
74
82
no
estado
Solubilidade
Conforme a maior ou menor solubilidade do açúcar em água, ele pode ser escolhido para
um determinado tipo de alimento industrializado. Todos açúcares são solúveis em água. Há
variação de 30 a 80% na solubilidade.
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Fatores que influem na solubilidade
a) Temperatura: a solubilidade de mono e dissacarídeos em água aumenta com a
temperatura.
A frutose é a mais solúvel e a lactose a menos. É uma propriedade física e às vezes um
açúcar ao ambiente pode se tornar insolúvel a um dado momento. As curvas de solubilidade
variam; assim o gradiente de temperatura afeta bastante a solubilidade da lactose, da glicose e da
maltose e menos a da sacarose.
No gráfico, observa-se pela inclinação da curva, que a temperatura afeta mais a lactose, a
glicose, a maltose, a frutose e a sacarose.
À temperatura ambiente, pela posição das curvas, a maior solubilidade é da frutose,
seguida de sacarose, glicose, maltose e lactose.
É importante saber a solubilidade para armazenar um xarope de sacarose para a indústria
de refrigerantes. A armazenagem é feita a 66,5 - 680 Brix e com ajuste do pH ácido para bebidas
e refrigerantes. Convém manter este Brix para evitar crescimento microbiano.
Uma variação brusca de temperatura pode supersaturar a solução de açucar e então
ocorrer a cristalização. Este fato pode levar a erros no preparo de doces, como as rapadurinhas
ou doce de leite em barras, pois o açucar é adicionado na mistura a quente (a solubilidade é
maior) e ao esfriar cristaliza.
b) Forma: a forma cristalina hidratada é geralmente menos solúvel do que a forma
cristalina anidra. A insolubilidade de hidratos cristalinos é um índice em controle de
textura de alimentos.
Exemplos: a lactose monohidratada ou a anidra determinam o grau de solubilidade que se
deseja no leite condensado.
Pode-se fazer o cálculo da quantidade de sacarose (por conter duas moléculas é mais
pesada) e do açúcar invertido comercial a serem adicionados em determinado alimento. Pode ser
que a mistura dos açucares presentes no açucar invertido funcione como impurezas que
impedem a formação de cristais ou ainda a maior solubilidade, devida aos grupamentos mais
reativos, mantenha o alimento livre da criatalização. É o recurso utilizado no preparo de glacês
para não ficarem arenosos.
Solubilidade em álcool
Os açúcares simples são também solúveis em álcool, mas conforme aumenta o peso
molecular, a solubilidade cai. A precipitação em solução álcool-água constitui um método
comum para separação de oligossacarídeos de P.M. elevado de outros homólogos de P.M. mais
baixo.
Sabe-se em qual ponto está a hidrólise do amido porque os polímeros menores precipitam,
mas a glicose não.(é solúvel)
Cristalização
Principal propriedade para a indústria de alimentos. Pode ser provocada ou evitada.
É desejável obter açúcar industrial ou refinado na forma cristalina. Assim, cristalização
repetida significa menos impurezas. Um cristal tem forte ligação dos hidrogênios e o ponto de
fusão é alto. O processo de cristalização da sacarose na indústria é exatamente o de purificação
dela.
ADOÇANTES
Os adoçantes artificiais ou sintéticos são:
a) sacarina, com poder adoçante 306 vezes maior que a sacarose,
b) os ciclamatos com poder adoçante 33,8 vezes maior que a sacarose.
Tanto a sacarina quanto o ciclamato, suscitam dúvidas quanto à permissão para uso pelos
órgãos competentes, devido à presença de nitrogênio na molécula. Pesquisas vêm sendo feitas
para se encontrar substitutos com posição mais próxima dos carboidratos, livres de nitrogênio.
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c) Aspartame. No comércio, há o açúcar sintético produzido a partir de aminoácidos, o
aspartame, metabolizado como as proteínas; 200 vezes mais doce que a sacarose. Nome
comercial é o "Equal".
Os adoçantes naturais são:
a) A stevia que fornece açúcar natural, 300 vezes mais doce do que o açúcar comum. É
um glicosídeo com peso molecular semelhante, mas com poder adoçante maior.
b) O sorbitol que é um álcool derivado do açúcar, natural em maçãs, cerejas, ervilhas, etc.,
é usado como adoçante em produtos dietéticos e em refrigerantes como edulcorante.
c) O xilitol é outro exemplo; gomas de madeira hidrolisada com doçura semelhante à
sacarose. O peso molecular do xilitol é menor que o da sacarose = 140 em relação a 342,
portanto fornece menos calorias.
O uso de açúcar como adoçante vai depender também da possibilidade de mistura como
ingrediente no alimento. Os adoçantes artificiais podem ter também sabor amargo.
Quando a sacarina ou um adoçante natural é misturado como adoçante artificial em
formulação de bebidas, há perda de viscosidade que deve ser compensada com adição de um
agente engrossante como uma goma comestível ou emulsificantes e estabilizantes sintéticos.
POR QUE OS AÇÚCARES SÃO DOCES?
Hipótese de Shallenberger diz que o sabor doce ocorre devido ao fenômeno de uma
ligação intermolecular entre o componente de sabor doce e o sítio receptor do sabor na
molécula.
Sistema AH-B, onde A e B são átomos eletronegativos que guardam uma disposição geométrica
particular. A contém um próton ativo e atua como uma função ácida enquanto B atua como uma
função base.
A molécula contendo um sistema AH-B é doce devido à ligação do hidrogênio no receptor
de sabor com um outro sistema AH,B semelhante. O complexo é estável devido a duas ligações
de hidrogênio. Nos açúcares este complexo existe devido aos grupos a-glicol.
Há várias hipóteses: presença de grupos a glicolíticos e sua disposição relativa - conforme a
medida da ligação de hidrogênio. Certos grupos a glicolíticos apresentaram uma ligação de
hidrogênio intermolecular. A região mais doce se encontra na faixa de 2,5 a 4,0 Å. Necessidade
de um anel ciclohexano intacto e um sistema polar de distância entre orbitais.
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Exercícios
1) Defina carboidratos, cite suas classes e as diferenças entre elas
2) Quais as principais funções biológicas dos carboidratos? Exemplifique
3) Como os monossacarídeos são classificados considerando o grupo funcional? Cite
exemplos de monossacarídeos compostos de 3 a 6 átomos de carbono de ambos
os grupos funcionais
4) Qual o monossacarídeo mais abundante na natureza
5) Defina esteroisômeros, enantiômeros e epímeros. Exemplifique.
6) Qual a relação entre os estereisômeros e o número de carbonos assimétricos do
açúcar?
7) O que são oligossacarídeos? Como pode ser definida a ligação glicosídica?
8) Escrever as estruturas dos dissacarídeos: maltose, trealose, lactose e sacarose
indicando quais são redutores e não redutores. Evidencie a ligação glicosídica
entre os monossacarídeos constituintes.
9) O que são polissacarídeos? Como podem ser classificados?
10) Quais as principais funções dos polissacarídeos? Exemplifique
11) Se a celulose e o amido são constituídos de polímeros de glicose, qual a
justificativa de possuírem funções tão distintas?
12) Qual é o polissacarídeo de reserva dos animais? E das plantas? Qual a
diferença entre eles?
13) Diferencie amido de glicogênio.
14) Diferencie amilopectina de glicogênio.
15) O que são glicoconjugados? Quais são as principais moléculas? Cite exemplos
16) Qual a importância dos glicoconjugados para as bactérias? Exemplifique
17) Qual a importância dos glicoconjugados para os eucariotos? Exemplifique
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03.3 Práticas
Caracterização de Carboidratos: teste de Molisch
Objetivos
- reconhecer os carboidratos através da pesquisa das funções orgânicas
presentes em suas moléculas e das características por elas proporcionadas.
Princípios teóricos
Como vimos, os monossacarídeos mais importantes são os formados por
cinco ou seis átomos de carbono (pentoses e hexoses, respectivamente). Por serem
moléculas muito ricas em grupamentos hidroxila (-OH), os monossacarídeos podem
ser facilmente desidratados por ação de ácidos fortes concentrados, como o ácido
sulfúrico (H2SO4). O ácido rompe facilmente as ligações glicosídicas presentes em
moléculas de polissacarídeos, quebrando-os e fornecendo seus monossacarídeos.
Esses, por sua vez, são desidratados e podemos ter como produto: o furfural,
quando
o
monossacarídeo
desidratado
for
uma
pentose,
e
o hidroximetilfurfural (HMF),
quando
for
uma
hexose.
Tanto o furfural quanto o HMF são substâncias incolores, impedindo que a
reação seja visualizada.Para resolver esse problema, adiciona-se um composto
fenólico ao meio ( alfa-naftol, conhecido como reativo de Molisch). O fenol reage
como os produtos incolores, e provoca o aparecimento de um anel de coloração
lilás.
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Material
a) Reagentes e soluções
-
solução de caseína 0,5 % *
solução de glicose 2 %
água destilada
reativo de Molisch **
ácido sulfúrico concentrado
b) Vidraria e instrumental
-
03 tubos de ensaio
pipetas de 2 mL
pipeta de 1 mL
conta-gotas ou pipeta Pasteur
A caseína é de difícil dissolução. Para torná-la
mais fácil, manter o pH em torno de 7,0 e, se
necessário, aquecer e filtrar.
Preparo do reativo de Molisch: 5,0g de alfanaftol em 100 ml de ácido acético (CH3COOH)
concentrado (95%)
Procedimento
1. Prepare a seguinte bateria de tubos, identificando-os:
(1) 2 mL de água destilada
(2) 2 mL da solução de glicose
(3) 2 mL da solução de caseína
2. a cada um dos tubos adicionar 6 gotas do reativo de Molisch e
agitar;
3. muito lentamente, adicionar 1 mL de H2SO4 concentrado a cada
tubo, e agitar levemente, cuidando para que não haja mistura desse
com o líquido do interior do tubo;
4. observar e descrever o resultado.
O surgimento de um anel de coloração lilás estável indica que houve
formação de furfurais, revelando a presença de açúcares na amostra.
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4. Lipídeos
Lipídeos Biológicos é um grupo de compostos quimicamente diversos que tem como característi
ca comum e de definição a sua insolubilidade em água.
• Diversas funções biológicas
Lipídeos de Armazenamento
As gorduras e os óleos utilizados quase que universalmente como forma de armazenamento de
energia nos organismos vivos são derivados dos Ácidos Graxos.
Ácidos Graxos
• Ácidos Carboxílicos com cadeias hidrocarbônicas de 4 a 36 átomos de carbono;
• Baixo Nível de Oxidação →→→ Compostos Altamente Reduzidos
• São observadas 3 formas:
- Completamente saturados e não-ramificados
- Uma ou mais duplas ligações
- Anéis de 3 carbonos ou grupos hidroxila
Nomenclatura Simplificada dos Ácidos Graxos
16:0 → Ácido palmítico (16 carbonos, saturado)
18:1 → Ácido Oléico (18 carbonos, 1 ligação dupla no carbono 9)
18:3 → Ácido linolênico (18 carbonos, 3 ligações duplas: C9, C12, C15)
• Posição Regular das Ligações duplas – Entre o C9 e o C10 e entre C12 e C15;
• Ligações quase nunca conjugadas (sempre separadas por um grupo metileno)
• Ligações duplas são normalmente na configuração cis;
Solubilidade e Ponto de Fusão
• As propriedades físicas dos Ác. Graxos são em grande parte determinada pelo comprimento e grau de insaturação da cadeia hidrocarbônica;
• Solubilidade dos Ácidos Graxos
• Influência da insaturação da Cadeia Hidrocarbônica no Ponto de Fusão
Ácidos Graxos Saturados
Sólidos a temperatura ambiente
Ácidos Graxos Insaturados
Líquidos a Temperatura ambiente
Triacilgliceróis
• São compostos de 3 ácidos graxos, cada um em uma ligação éster com uma única
molécula de Glicerol;
• Podem ser simples ou mistos;
• As hidroxilas polares do glicerol e os carboxilatos polares dos ácidos graxos estão ligados na ligação éster;
• Moléculas Hidrofóbicas, não-polares, essencialmente insolúveis em água;
Vantagens dos Triacilgliceróis como moléculas armazenadoras de energia
• Os átomos de carbono dos ácidos graxos são muito reduzidos do que os átomos
de açúcar e a oxidação dos triacilgliceróis rende muito mais energia do que a dos
carboidratos;
• Como estas moléculas são hidrofóbicas e, portanto não hidratadas, os organismos que
utilizam gordura como energia não necessitam de peso extra de água de hidratação.
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– Tipos de Lipídios Simples e suas características.
SUBSTÂNCIA
FÓRMULA
GERAL
Monoglicerídios
CARACTERÍSTICAS
Os monoglicerídios são formados a partir da
esterificação de apenas uma das hidroxilas
presentes na molécula do glicerol.
Diglicerídios
Os diglicerídios são formados a partir da
esterificação de duas das hidroxilas presentes
na molécula do glicerol.
Triglicerídios
Os triglicerídios são formados a partir da
esterificação total da molécula de glicerol. São
os constituintes majoritários dos óleos e
gorduras.
Hidrólise dos Triacilgliceróis
• As ligações éster destas moléculas são susceptíveis a hidrólise tanto por ácido como por
bases;
• O aquecimento de gorduras animais com NaOH e KOH produzem glicerol e sais de K+ e
Na+ →→→ Sabão .
• Hidrólise por Enzimas do tipo Lipases.
Ceras
Ésteres de longa cadeia (14 a 36 C) de ácidos graxos saturados ou insaturados com álcoois de
longa cadeia (16 a 30 C);
• Altos pontos de fusão;
• Propriedade de Impermeabilização;
• Nos organismos que constituem o plâncton, é a forma principal de armazenamento de
energia metabólica.
Lipídeos Estruturais nas Membranas
• Principais constituintes das membranas biológicas
• Moléculas anfipáticas → Formação da Bicamada da Membrana
Todos os glicerofosfolipídeos são derivados do Ácido Fosfatídico;
• São nomeados de acordo com o seu grupo cabeça polar;
• Todos têm carga negativa em pH 7,0. A molécula de álcool também pode
contribuir para um ou mais cargas no pH 7,0.
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. Glicerofosfolipídeos
Definição:
• Dois ácidos graxos ligados em ligações éster no C1 e no C2 da molécula de
Glicerol;
• Uma molécula de álcool altamente polar é anexada no C3 da molécula de
Glicerol através de uma ligação fosfodiéster;
Esfingolipídeos
• Segunda maior classe de lipídeos de membrana;
• Também possuem uma “cabeça” polar e duas “caudas” não-polares;
• Os grupos acima não estão ligados numa molécula de glicerol, e sim a uma molécula do
amino-álcool de longa cadeia Esfingosina ou algum de seus derivados;
• Todos são derivados da Ceramida.
Esteróides
• Lipídeos estruturais presentes nas membranas da maioria das células eucariótica.
• Formado por um núcleo esteróide consistindo de 4 anéis fusionados, 3 com 6 átomos de
carbono, 1 com 5 carbonos.
• Este núcleo é quase plano e relativamente rígido
• Precursores de uma grande variedade de produtos com atividade biológica específica.
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04.1 Ácidos Graxos
Ácidos graxos
são ácidos carboxílicos
com longas cadeias
hidrocarbônicas. A maioria dos ácidos graxos de ocorrência natural não é
ramificada e contêm um número par de átomos de carbono uma vez que são
sintetizados a partir do acetato, substância com dois átomos de carbono.
Podem ser classificados como:
Ácidos Graxos Saturados
Ácidos Graxos Monoinsaturados
Ácidos Graxos Poliinsaturados
Ácidos Graxos Essenciais
Ácidos Graxos Trans ou Cis
Ácidos graxos podem ser saturados com
apresentem
ligações
duplas
carbono-carbono)
apresentarem ligações duplas carbono-carbono).
hidrogênio (caso não
ou insaturados (se
Ácidos graxos com mais de uma ligação dupla são chamados ácidos graxos
poliinsaturados. As ligações duplas presentes nos ácidos graxos de ocorrência
natural nunca são conjugada, são sempre separadas por um grupo metileno.
As ligações duplas dos ácidos graxos insaturados em geral têm
configuração cis. Essa configuração geralmente produz uma dobra nas
moléculas, o que evita o seu empacotamento, como ocorre com os ácidos graxos
completamente saturados.
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GORDURAS E ÓLEOS
Triglicerídeos
Os óleos
e gorduras
são substâncias
insolúveis
em
água
(hidrofóbicas), de origem animal ou vegetal, formados predominantemente por ésteres
de triacilgliceróis, produtos resultantes da esterificação entre o glicerol e ácidos graxos
Os triacilgliceróis, também chamados triglicerídeos, são substâncias nas quais os três
grupos hidroxila de glicerol são esterificados com ácidos graxos. Se os três
componentes ácidos graxos de um triacilglicerol forem os mesmos, a substância é
chamada triacilglicerol simples. Triacilgliceróis misturados, por outro lado, contêm
dois ou três componentes de ácidos graxos diferentes e são mais comuns que os
triacilgliceróis simples. Nem todas as
moléculas
de
triacilglicerol de uma
única fonte são necessariamente idênticas; substâncias como banha e azeite, por
exemplo, são misturas de diferentes triacilgliceróis.
Os triacilgliceróis sólidos ou semi-sólidos a temperatura ambiente são
chamados gorduras. As gorduras são normalmente obtidas de animais e em geral
compostas de triacilgliceróis com ácidos graxos saturados ou ácidos graxos com
apenas uma ligação dupla.
Os triacilgliceróis líquidos são chamados óleos. De modo geral, os óleos são
obtidos dos produtos vegetais, como, milho, feijão-soja, olivas e amendoins. As
composições aproximadas de ácidos graxos de algumas gorduras e óleos comuns
são mostrados na tabela abaixo:
Porcentagem de ácidos graxos em gorduras e óleos
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Estruturas de Gorduras e Óleos
Os óleos e gorduras são substâncias insolúveis em água de origem animal ou
vegetal, formados
predominantemente
por ésteres de
triacilgliceróis, produtos resultantes da esterificação entre o glicerol e ácidos
graxos.
3 ácidos graxos
+
glicerol
As cadeias saturadas dos ácidos graxos se empacotam melhor fazendo
com
que
os
triacilgliceróis
apresentem
pontos de fusão
relativamente altos, o que os leva a se apresentarem sólidos a temperatura
ambiente.
Os compostos de triacilgliceróis com ácidos graxos insaturados, que não podem
se
empacotar
firmemente, apresentam
pontos
de
fusão
relativamente baixos que os levam a ser líquidos a temperatura ambiente.
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Os ácidos graxos são ácidos carboxílicos de cadeia longa, livres ou
esterificados, constituindo os óleos e gorduras.
Quando saturados possuem apenas ligações simples entre os
carbonos. Já os ácidos graxos insaturados, contêm uma ou mais ligações duplas no
seu esqueleto carbônico.
As ligações duplas presentes nos ácidos graxos insaturados podem sempre
são separadas por um grupo
metileno, ou seja,
nunca são
conjugadas.
Dentre algumas características dos Ácidos Graxos mais comuns em
Plantas e Animais podem se destacar o
- Número par de átomos de carbono
- Duplas ligações não conjugadas (isoladas)
- Isomeria CIS
- Cadeias não substituídas
Existem mais de 800 ácidos graxos encontrados em lipídios naturais, porém
só alguns estão presentes em quantidades e frequência considerável.
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Propriedades Físicas e Químicas dos Óleos e Gorduras
As propriedades físicas de
um
ácido graxo dependem do
comprimento da cadeia hidrocarbônica e do grau de insaturação. Como esperado,
os pontos de fusão dos ácidos graxos saturados aumentam de acordo com o
aumento das respectivas massas moleculares devido as interações
de
Van
der Waals aumentadas entre as
moléculas.
Como pode-se observar através das estruturas, os ácidos graxos
insaturados apresentam menos interações intermoleculares em relação aos ácidos
graxos saturados.
Assim os pontos de ebulição dos ácidos graxos insaturados são sempre
menores que os comparáveis com os ácidos graxos saturados. Os pontões de
fusão diminuem de acordo com o aumento do número de ligações duplas. Por
exemplo, um ácido graxo que contém 18 carbonos funde a 69ºC se for saturado
(nenhuma ligação dupla), a 13ºC se tiver uma ligação dupla, a 5ºC se tiver duas
ligações duplas e a -11ºC se tiver três ligações duplas.
A estabilidade térmica dos óleos depende de sua estrutura química: óleos com
ácidos graxos saturados são mais estáveis do que os insaturados.
04.2 PREPARAÇÕES DE GORDURAS E ÓLEOS
Hidrogenação
Algumas ou todas as ligações duplas dos óleos poliinsaturados podem
ser reduzidas por hidrogenação catalítica.
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A indústria de alimentos
utiliza hidrogenação
catalítica para
converter óleos vegetais líquidos em gorduras semi-sólidas, na produção de
margarina e gorduras sólidas para uso culinário. Óleos contêm tipicamente uma
maior proporção de ácidos graxos com uma ou mais ligações duplas do que as
gorduras. Hidrogenação de um óleo converte algumas de suas duplas ligações em
ligações simples, e esta conversão tem o efeito de produzir uma gordura com a
consistência de margarina ou de uma gordura semi-sólida.
HIDROGENAÇÃO DA MARGARINA
O hidrogênio gasoso reage com o óleo ou a gordura na presença de um
catalisador (platina, paládio ou níquel), industrialmente o níquel, por ser de menor
custo. O catalisador adsorve os regentes sobre a sua superfície, rompendo
parcialmente as duplas ligações entre os carbonos e a ligação simples entre os
hidrogênios, efetivando em seguida a adição dos hidrogênios e a dessorção da
superfície do catalisador. Em geral a hidrogenação é conduzida de forma
incompleta, visando à produção de gorduras parcialmente hidrogenadas, podendo
ser seletiva ou não seletiva.
HIDROGENAÇÃO COM CATALISADOR DE NÍQUEL
O processo é considerado seletivo quando a adição de hidrogênio aos ácidos
graxos mais insaturados prevalece sobre a hidrogenação dos menos insaturados,
sendo mais seletivo com o aumento da temperatura de reação. Com a hidrogenação
ocorrem as seguintes alterações nos óleos e gorduras: a) ponto de fusão para
temperatura mais alta;
-maior estabilidade ao processo de oxidação
Nossos corpos são incapazes de produzir gorduras poliinsaturadas e,
portanto, estas gorduras devem estar presentes
em nossa dieta
em quantidades moderadas. Gorduras saturadas podem ser
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produzidas nas células de nosso corpo e por essa razão, muita gordura saturada tem
estado envolvida no desenvolvimento de doença cardiovascular.
Um problema potencial que surge do uso de hidrogenação catalítica para
produzir
óleos vegetais parcialmente
hidrogenados
é que
os catalisadores usados para hidrogenação causam isomerização de algumas das
ligações duplas de ácidos graxos (algumas das quais não absorvem hidrogênio).
Na maioria dos óleos e gorduras naturais, as ligações duplas de ácidos graxos têm
configuração cis. Os catalisadores usados para hidrogenação convertem
algumas dessas ligações duplas
cis
em configurações
trans não-naturais. Os efeitos de ácidos graxos trans na saúde estão ainda em estudo,
mas experimentos indicam que eles causam um aumento nos níveis de colesterol e
de triacilgliceróis no soro, o que, por sua vez, aumenta o risco de doença
cardiovascular.
ESTRUTURAS CIS E TRANS
Interesterificação
O
processo
de interesterificação
permite
a modificação
no comportamento de óleos e gorduras, oferecendo contribuições
importantes para o aumento e otimização do uso dos mesmos nos produtos
alimentícios.
A interesterificação de óleos e gorduras pode ser aplicada por diversas
razões: para influenciar o comportamento na fusão, fornecendo consistência
desejada em temperatura ambiente e de refrigeração; para melhorar ou modificar
o comportamento cristalino, de forma a facilitar os processos de produção e,
para diminuir a tendência à recristalização durante a vida útil do produto.
A interesterificação química oferece uma importante alternativa para
modificar o comportamento de óleos e gorduras, sem alterar os ácidos graxos
do material de partida. As alterações
nas propriedades
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de solidificação
e
fusão
dos óleos e
gorduras
interesterificadas são ocasionadas pelas mudanças relativas
componentes glicerídeos, após o rearranjo dos ácidos graxos
dos
Trata-se da substituição de ácidos graxos esterificados ao glicerol pela
reação química entre um triacilglicerol e um ácido graxo ou entre dois
triacilgliceróis. Com a formação do novo triglicerídeo, novas propriedades
organolépticas, físicas e químicas são adquiridas.
Este processo é usado na indústria para modificar o comportamento de
cristalização e as propriedades físicas das gorduras. Também pode ser usado como
método alternativo à hidrogenação, para produzir gorduras sólidas para margarinas
e gorduras com baixo teor de ácidos graxos trans.
Uma vantagem adicional é que os ácidos graxos poliinsaturados que são
destruídos durante a
hidrogenação não são afetados. Vários tipos de
interesterificação são possíveis. Uma
gordura pode
ser randomizada
efetuando a reação em temperaturas acima de seu ponto de fusão; diversas matériasprimas podem ser interesterificadas juntas, resultando em um novo produto, ou
uma gordura pode ser interesterificada a uma temperatura abaixo do seu ponto de
fusão, de forma que só a fração líquida reaja (isto é
conhecido como interesterificação dirigida).
O efeito da randomização pode ser demonstrado com o caso de uma mistura
de quantidades iguais de dois glicerídeos simples, como a trioleína e a tristearina.
S-S-S : tristearina (50%)
O-O-O: trioleína (50%)
INTERESTERIFICAÇÃO DE UMA MISTURA DE TRISTEARINA E
TRIOLEÍNA
Após a randomização, seis possíveis triglicerídeos são encontrados em
quantidades calculáveis. Assim, o processo de interesterificação resulta em um óleo
de maior complexidade.
O mecanismo de reação de interesterificação que usa metóxido de sódio
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como catalisador, é um processo de dois estágios. Primeiro, o catalisador
combina com o glicerídeo em um dos pontos de localização da carbonila. Então, o
anion do catalisador e o grupo alcoxo do éster são trocados. O catalisador muda,
mas permanece ativo. No término da reação, permanece uma
quantidade
de
ésteres metílicos de ácidos graxos equivalentes a quantidade de catalisador
metóxido de sódio usada. A reação de randomização continua até que o equilíbrio
seja alcançado. A reação finaliza com a destruição do catalisador pela adição de
água ou ácido orgânico, que convertem os ésteres metílicos de ácidos graxos em
ácido graxo livre.
MECANISMO DE REAÇÃO DO PROCESSO DE INTERESTERIFICAÇÃO
A reação é tanto intramolecular como intermolecular. O rearranjo
intramolecular ocorre a uma taxa mais rápida do que a randomização geral.
A interesterificação pode ocorrer sem o uso de catalisador, a altas
temperaturas (300°C ou mais). Porém, este processo é lento e várias outras reações
ocorrem como a polimerização e a isomerização. Normalmente, o processo é
efetuado a temperaturas de aproximadamente 100°C ou abaixo disso.
Vários catalisadores podem ser usados como, por exemplo, alquilatos
metálicos
ou alquilatos
de liga metálica.
Estes catalisadores são
extremamente suscetíveis à destruição por água e por ácidos graxos livres, bem
como são afetados por peróxidos, dióxido de carbono e oxigênio. Um catalisador
útil e conveniente é a combinação de hidróxido de sódio ou de potássio e glicerol.
O primeiro passo é a formação de glicerato de sódio, o qual reage com um
triacilglicerol para formar o catalisador ativo e um monoacilglicerol, como
subproduto. O primeiro passo ocorre a 60°C, sob vácuo, para neutralizar os
ácidos graxos livres e remover a água. O segundo passo e a interesterificação,
ocorrem a 130°C. A presença de glicerol resulta na formação de alguns glicerídeos
parciais
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– INTERESTERIFICAÇÃO DE HIDRÓXIDO DE SÓDIO E
GLICEROL
Fracionamento
As gorduras podem ser separadas em frações com características físicas
diferentes, através de cristalização fracionária, por solvente ou por fusão
fracionada. O primeiro processo fornece frações extremamente bem definidas, mas
é usado somente para produção de gorduras de alto valor; o processo de
fracionamento por fusão fracionada é muito mais simples e econômico.
Esse tipo de fracionamento por fusão fracionada ou fracionamento a seco é
aplicado em grande escala, principalmente com óleo de palma, mas também com
outras gorduras, inclusive sebo de boi, banha e gordura de leite. Existem várias
razões para o emprego da cristalização fracionária:
- Para remover pequenas quantidades de componentes com alto ponto de fusão que
podem resultar em turbidez do óleo. Este tipo de fracionamento é conhecido como
winterização.
- Para separar uma gordura ou óleo em duas ou mais frações com diferentes pontos de
fusão. No fracionamento simples, a seco, obtém-se uma fração dura (estearina) e
uma fração líquida (oleína). Esta é, sem dúvida, a aplicação mais comum do
fracionamento.
- Para produzir frações bem definidas com propriedades físicas específicas que
podem ser usadas em gorduras especiais. Isto é freqüentemente conseguido
através de fracionamento por solvente.
No fracionamento de gordura de
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leite,
quando
se
combina
o
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fracionamento de múltiplos estágios e misturas, é possível produzir gorduras de
leite modificadas com propriedades funcionais aprimoradas.
O processo de fracionamento envolve a cristalização controlada e limitada
de uma gordura derretida. Pelo controle cuidadoso da taxa de resfriamento e da
intensidade de agitação, é possível produzir uma borra de cristais relativamente
grandes que podem ser separados do óleo líquido restante através de filtração.
A principal aplicação do fracionamento está no óleo de palma; milhões
de toneladas de óleo de palma são fracionados, todos os anos, em estearina de
palma e oleína de palma.
PRODUTOS OBTIDOS PELO FRACIONAMENTO DO ÓLEO DE PALMA.
A cada dia cresce a preocupação com a qualidade dos alimentos
industrializados que são consumidos. Por isso, nova demanda por produtos
“naturais” e “nutritivos” tem impulsionado todas as áreas da indústria
alimentícia na busca de processamentos mais brandos, que melhorem os produtos e
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ainda sirvam como apelo comercial.
Embora o organismo humano seja capaz de produzir ácidos graxos de cadeia
muito longa, a partir dos ácidos linoléicos e alfa-linolênico a sua síntese é afetada
por diversos fatores, que podem tornar a ingestão desses ácidos graxos essencial
para a manutenção de uma condição saudável.
Existe também o desafio da indústria de alimentos na substituição da gordura
trans em diversos produtos. Esta busca reside no desenvolvimento de formulações
que apresentem funcionalidade
equivalente e viabilidade econômica, não
acarretando, entretanto, aumento substancial do teor de ácidos graxos saturados
nos alimentos.
A interesterificação
química
consiste
em opção tecnológica
importante para produção de gorduras técnicas visando diversas aplicações
alimentícias, mediante a facilidade do processo e o baixo custo associado.
As evidências científicas relacionadas ao impacto negativo dos ácidos
graxos trans na saúde têm fornecido subsídios para que o consumo de gordura
parcialmente hidrogenada seja minimizado, fato corroborado por mudanças
progressivas na legislação em diversos países.
Embora inúmeros estudos tenham sido desenvolvidos na área, a
exploração de novas combinações é fator preponderante para obtenção de novas
frações gordurosas que possam ser empregadas na maior variedade possível de
produtos alimentícios. Naturalmente, o setor espera que essas novas misturas
interesterificadas não tenham os efeitos negativos das gorduras trans sobre a
saúde. Mas um estudo recente, publicado no Nutrition and Metabolism (2007),
dá forte motivo para preocupação. Os pesquisadores
compararam gorduras
ricas
em
trans
e
gorduras interesterificadas
com gorduras saturadas quanto a seu impacto sobre os lipídios do sangue e sobre a
glicose do plasma. O colesterol HDL teve uma pequena queda, tanto com as
gorduras trans quanto com as misturas interesterificadas, mas o verdadeiro
problema ocorreu nos níveis de glicose e insulina. Os níveis de insulina caíram 10
por cento na dieta com óleo de soja parcialmente hidrogenado, porém caíram mais
que o dobro no regime com gordura interesterificada, causando uma alarmante
elevação de 20% nos níveis de açúcar do sangue.
Então, parece que essas
misturas interesterificadas afetaram a produção de insulina pelo pâncreas, em vez de
afetar os receptores de insulina nas células.
Neste sentido, métodos não convencionais de processamento, como o emprego
de enzimas, em substituição a drásticos tratamentos térmicos e químicos na
indústria de óleos e confeitaria vêm conquistando espaço na produção de
alimentos.
As enzimas
utilizadas
na interesterificação
enzimática são as lípases ou triacilglicerol hidrolases. Novas possibilidades também
irão surgindo conforme as enzimas ácidas específicas venham a ser biossintetisadas
ou extraídas.
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Atualmente a maior parte do campo de pesquisas por parte de
instituições públicas e empresas privadas de grande e médio porte está voltada a
otimização da reação de interesterificação e modificação de óleos e gorduras por
biotransformação utilizando-se de Enzimas isoladas ou purificadas que possuem
um número de propriedades que tornam seu uso atrativo como catalisador em
biotransformação.
Estas pesquisas visam entender a importância biológica do consumo destes ácidos
graxos e as melhorias nos processos de interesterificação.
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04.3 Práticas
Determinação de Ácidos Graxos(AG) livres e Índice de Acidez(IA)
Objetivos
- verificar a existência de ácidos graxos livres em óleos e gorduras
- pesquisar a quantidade deles nessas substâncias
- avaliar criticamente a conseqüência da presença de ácidos graxos livres nesses
produtos
Princípios teóricos
Como vimos, os ácidos graxos (AG) participam da constituição dos mono, di e
triglicerídios, principais constituintes dos óleos e gorduras. Você deve se lembrar que os
ácidos graxos não passam de ácidos carboxílicos que apresentam uma característica que
os diferenciam dos demais constituintes desse grupo: cadeias longas e insaturadas. Por
serem ácidos carboxílicos, os ácidos graxos podem ser neutralizados por ação de
uma base forte, como o hidróxido de sódio (NaOH) e o hidróxido de potássio (KOH).
Raciocine
um
pouco...
Se os AG são CONSTITUINTES dos óleos e gorduras,na forma de mono, di e
triglicerídios, uma grande quantidade de AG livres indica que o produto está em
acelerado grau de deterioração, certo? Certo. A principal conseqüência disso é que o
produto torna-se mais ácido. Um elevado índice de acidez indica, portanto, que o óleo
ou gordura está sofrendo quebras em sua cadeia, liberando seus constituintes principais,
os AG e é por esse motivo que o cálculo desse índice é de extrema importância na
avaliação do estado de deterioração (rancidez hidrolítica) do óleo ou gordura que
consumimos.
Procedimento Experimental
Material
a) Reagentes e soluções
-
solução de éter etílico e etanol 95%, na proporção de 2:1
- solução indicadora de fenolftaleína 1% *
- solução de hidróxido de sódio (NaOH) 0,1 M padronizado
- óleo (de soja ou qualquer outro tipo)
b) Vidraria e instrumental
- óleo (de soja ou qualquer outro tipo)
- três erlenmeyers de 25 mL
- bureta de 25 mL
- suporte para bureta
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Preparo da solução indicadora de fenolftaleína: dissolver 0,1 g de
fenolftaleína em 10 mL de etanol 95%.
Procedimento
1. Pesar 28 g de amostra de óleo em erlenmeyer de 250ml
(realizar procedimento em triplicata);
2. a cada um dos erlenmeyers adicionar 50ml da solução éterálcool (2:1) e 3 gotasl do indicador;
3. titular com hidróxido de sódio 0,1M até o aparecimento de
coloração rósea (a coloração deve persistir por, no mínimo, 30
segundos para que seja considerado o fim da titulação).
4. anotar o volume de base gasto para cada amostra;
5. calcular o índice de acidez (IA).
O volume de base que será utilizado no cálculo do índice de acidez (IA) será a média dos três valores
obtidos com a realização da triplicata.
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Pesquisa de Insaturação: adição de Iodo.
Objetivos
Pesquisar a presença de insaturações nas moléculas dos óleos e gorduras.
Princípios teóricos
Os ácidos graxos (AG) não saturados podem fixar oxigênio, hidrogênio e
halogênios nas suas duplas ligações, através de uma reação de adição, conforme
demonstra o esquema abaixo:
Hidrogenação
Halogenação
Essa reação pode ser visualizada utilizando-se o amido como indicador da presença
de iodo livre em solução. O iodo ligado ao ácido graxo é incapaz de reagir com o
amido.
ATENÇÃO: esse teste deve ser realizado com cuidado, pois a adição de uma
quantidade de iodo que ultrapasse a capacidade de fixação pelo ácido graxo
insaturado levará a iodo livre em solução, podendo ocasionar interpretação
errônea.
Procedimento Experimental
Material
a) Reagentes e soluções
-
óleo de soja
margarina fundida
solução de amido 1% *
solução de lugol (como fonte de iodo)**
b) Vidraria e instrumental
- 02 tubo de ensaio
- conta-gotas ou pipeta Pasteur
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* Como o amido é de difícil dissolução, proceder ao preparo dessa solução da
seguinte maneira: misturar 1 g de amido com 10 ml de água. Derramar a pasta em
um recipiente que contenha 100 ml de água fervente. Cessar a ebulição e deixar
esfriar e sedimentar. Separar a parte sobrenadante (sem grumos) por decantação.
A solução ganha maior estabilidade se for adicionada de 1g de ácido salicílico (1%).
** Preparo do reagente de lugol: 5 g de iodo + 10 g de iodeto de potássio
(KI). Completar o volume para 100 ml com água destilada. Diluir 1:10 no momento
da utilização.
Procedimento
1. Numerar dois tubos de ensaio e proceder de acordo com o que segue:
(1) 5 mL de óleo de soja
(2) 5 mL de margarina fundida
2. adicionar 10 gotas de lugol a cada tubo;
3. ferver os tubos em banho-maria até o desaparecimento da coloração provocada
pelo lugol;
4. após resfriamento a temperatura ambiente, adicionar 3 gotas de solução de
amido a cada tubo;
5. observar os resultados.
6. Se desejar, adicione mais algumas gotas de lugol, como contraprova;
7. anote suas observações.
Como a pesquisa de insaturações é baseada numa reação que envolve a formação de
compostos coloridos, a disponibilidade de um espectrofotômetro permite conhecer a
quantidade de insaturações que um determinado óleo ou gordura possui. Assim, também
é possível falar de Índice de Iodo (I.I), que corresponde à massa de iodo absorvida por
100
partes
(em
massa)
de
óleo
ou
gordura.
Mas qual é a importância do Índice de Iodo (I.I)?
Através
dele
podemos:
determinação
do
teor
de
ácidos
graxos
insaturados
medida
da
susceptibilidade
à rancidez
oxidativa
controlar
o
processo
de hidrogenação
- verificar adulteração no óleo / gordura
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Saponificação
Objetivos
- pesquisar a presença de ligações do tipo éster nas moléculas dos óleos e
gorduras;
- conhecer a reação de produção de sabão partir dos óleos e gorduras;
- pesquisar o comportamento dos sabões em soluções aquosas contendo ou não
óleos e gorduras;
- reconhecer as características de uma emulsão e sua importância na produção de
alimentos.
Princípios
teóricos
Dentre os lípides mais abundantes na natureza encontramos os óleos e as
gorduras. Como vimos, essas substâncias são formadas a partir da associação de uma
molécula de glicerol com três unidades de ácidos graxos(AG). Por esse motivo, os
óleos e as gorduras são ésteres de glicerol ou, ainda, triglicerídeos (TG) e triacilglicerídeos.
Se os triglicerídeos são formados por ácido graxos, é fácil concluir que o
processo inverso, a hidrólise, de um TG origina uma mistura de ácidos graxos. A
hidrólise do óleo de soja, por exemplo fornece uma msitura de diferentes ácidos graxos:
ÁCIDO GRAXO
%
ácido mirístico
0,1
ácido palmítico
10,5
ácido esteárico
3,2
ácido oléico
22,3
ácido linoléico
54,5
ácido linolênico
8,3
ácido araquídico
0,2
ácido eicosanóico
0,9
Uma maneira de conseguir a "quebra" da molécula do TG em seus ácidos graxos
é através do tratamento com soluções alcalinas concentradas a quente. Essa reação tem
como resultado a liberação do glicerol e formação de sais de ácidos graxos, originados
pela incorporação do sódio à molécula de ácido graxo. Esses sais são os SABÕES e a
reação, que é denominada SAPONIFICAÇÃO,é a via de fabricação dos sabões
encontrados comercialmente. Veja um exemplo de sabão que pode ser formado a partir
da hidrólise do tripalmitil-glicerol, um dos constituintes do óleo de soja:
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O exemplo acima demonstra a formação de um sal de sódio. Os sabões
constituídos por sais de sódio (Na+) e de potássio (K+) são solúveis. Em contrapartida,
os sais de cálcio (Ca2+) e magnésio (Mg2+), formados a partir da reação do lipídeo com
Ca(OH)2 e Mg(OH)2, respectivamente, são insolúveis e precipitam. A precipitação é
muito útil no processo de purificação dos sabões e também pode ser feita por adição de
ácido forte (como o HCl) ou NaCl.
Qual é a importância dos sabões para a nossa vida diária??
Se observarmos bem molécula de uma sabão, veremos que
ela é constituída por duas porções que apresentam características
distintas:
Por ser formada por íons, a extremidade carboxílica do sabão
é altamente polar e, por esse motivo, tende a se dissolver em água.
Podemos dizer que essa porção da molécula possui caráter
hidrofílico (que significa ávido por água). Em contrapartida, a longa
cadeia carbônica (a unidade -CH2 se repete 14 vezes!!!) apresenta
acentuado caráter apolar, sendo denominada porção hidrofóbica da
molécula (hidrofóbico significa "avesso" à água). A essas moléculas,
que apresentam caráter hidrofílico e hidrofóbico, polar e apolar, ao
mesmo tempo, dá-se o nome de anfóteras. Elas podem ser
representadas da seguinte forma:
Quando um sabão entra em contato com a água, as porções
hidrofóbicas de suas moléculas assumem uma conformação que as
protege do contato com as moléculas de água (altamente polares). A
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essa
conformação
dá-se
o
nome
de MICELA.
As moléculas que apresentam caráter anfótero, então, podem
interagir simultaneamente com a água e com substâncias de caráter
hidrofóbico, como as gorduras e os óleos.
Procedimento Experimental
Material
Parte I: Reação de Saponificação
a) Reagentes e soluções
- óleo de soja
- solução alcoólica de NaOH 10% *
- água destilada
b) Vidraria e instrumental
-
béquer de 50 mL
pipeta de 2 mL
pipeta de 10 mL
proveta de 25 mL
Preparo da solução alcoólica de NaOH a
10%: dissolver 100g de NaOH em uma
quantidade mínima de água destilada. Em
seguida, adicionar etanol (CH3CH2OH) 95% até
completar o volume de 100ml.
Parte II: Formação de sabão insolúvel
a) Reagentes e soluções
-
solução de sabão preparada na parte I
solução de cloreto de sódio 35% (NaCl 35%)
solução de cloreto de cálcio 10% (CaCl2 10%)
ácido clorídrico 0,1N (HCl 0,1N)
b) Vidraria e instrumental
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- 03 tubos de ensaio
- pipeta de 2 mL
- conta-gotas ou pipeta Pasteur
Parte III: Estabilização de uma emulsão
a) Reagentes e soluções
- óleo de soja
- solução de sabão preparada na parte I
- água destilada
b) Vidraria e instrumental
- 02 tubos de ensaio
- pipeta de 1 mL
- pipeta de 10 mL
b) Procedimento
Parte I:
Reação de Saponificação
1. Colocar,em um béquer de aproximadamente 70ml, 2 ml de
óleo de soja;
2. adicionar 10 ml da solução de NaOH 10%;
3. aquecer em banho a 80oC até que a fase líquida desapareça
e seja formada uma camada levemente endurecida;
4. acrescentar 20ml de água destilada e agitar até a completa
dissolução do sabão (talvez seja preciso aquecer levemente a
mistura).
5. observe e anote os resultados.
Parte II: Formação de sabão insolúvel
1. Numerar três tubos de ensaio e proceder de acordo com a tabela abaixo:
solução de
sabão*
solução de
NaCl
solução de
HCl
TUBO 1
TUBO 2
TUBO 3
2 ml
2 ml
2 ml
5 gotas
-
-
-
5 gotas
-
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solução de
CaCl2
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-
-
5 gotas
* Se necessário, leve a mistura (sabão) obtida na parte I novamente ao
banho-maria para dissolução.
2. misturar por agitação e deixar em repouso por alguns minutos;
3. observe os resultados.
Parte III: Estabilização de uma emulsão
1. Numerar dois tubos de ensaio e proceder de acordo com a tabela abaixo:
TUBO 1
TUBO 2
óleo de soja
0,5 ml
0,5 ml
água destilada
10 ml
-
solução de sabão
-
10 ml
2. agitar vigorosamente os tubos por inversão;
3. observe os resultados imediatamente;
4. deixar em repouso por 10 minutos e anotar os resultados.
Como vimos, a saponificação baseia-se na adição de uma base forte
ao sistema contendo os triglicerídeos. Assim, se pudermos
determinar a quantidade de base necessária para saponificar todo o
conteúdo lipídico de uma amostra (o que pode ser feito através da
simples titulação com um ácido), teremos o chamado Índice de
Saponificação (I.S). Esse índice é definido como a massa de base
necessária para saponificar 1g de óleo, e é muito útil na
caracterização do óleo ou gordura.
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05. PROTEÍNAS
As proteínas são as moléculas orgânicas mais abundantes nas células e correspondem a
cerca de 50% ou mais de seu peso seco. São encontradas em todas as partes de todas as
células, tendo funções fundamentais na lógica celular. Em virtude desta importância
qualitativa e quantitativa, as proteínas têm sido largamente estudadas e seus segredos
desvendados, no que diz respeito à sua síntese ou aproveitamento metabólico. Os αaminoácidos encontrados em peptídeos e proteínas consistem de um grupo funcional
ácido carboxílico (-COOH), um grupo amino (-NH2) e um hidrogênio (-H) ligados ao
átomo de carbono-α. Grupos-R(cadeia lateral) distintos, também estão
associados ao carbono-alfa, desta forma, o carbono-α encontrado nos aminoácidos é
tetraédrico ou assimétrico (exceto no caso da glicina onde o grupo-R é o hidrogênio).
Um aminoácido difere de outro justamente pelo grupo-R (cadeia lateral).
R
│
H2N
│
H
Cα
COOH
As proteínas são macromoléculas de alto peso molecular, polímeros de compostos
orgânicos simples, os α-aminoácidos. Nas moléculas protéicas os aminoácidos se ligam
covalentemente, formando longas cadeias não ramificadas, através de ligações
peptídicas envolvendo o radical amino (-NH2) de um aminoácido e o radical ácido
carboxílico (-COOH) de um outro, havendo a liberação de uma molécula de água
durante a reaçãoA união entre dois aminoácidos, forma um dipeptídeo, assim como três
unem-se formando um tripeptídeo e assim sucessivamente, sendo que a união de vários
aminoácidos irá dar origem a uma cadeia polipeptídica. São conhecidos 20 aminoácidos
(Alanina, Arginina, Aspartato, Asparagina, Cisteína, Fenilalanina, Glicina, Glutamato,
Glutamina, Histidina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metinonina, Prolina, Serina, Tirosina,
Treonina, Triptofano e Valina) encontrados nas moléculas de proteínas, com sua síntese
controlada por mecanismos genéticos, envolvendo a replicação do DNA e transcrição
do RNA. A metade dos aminoácidos é sintetizada pelo organismo e vai suprir as
necessidades celulares; aqueles que não são sintetizados precisam estar presentes na
dieta e são chamados de aminoácidos essenciais e os aminoácidos não-essenciais
aqueles que são sintetizados no organismo.
Ligação Peptídica entre aminoácidos
A ligação peptídica ocorre entre o grupamento -COOH de um aminoácido com o
grupamento -NH2 de outro. O primeiro aminoácido da cadeia peptídica é aquele que
possui o grupamento amino-terminal e o último, o que possui o livre o grupamento
carboxila-terminal. O grupamento R
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sempre ocupa posição oposta ao próximo, devido ao Cα ser assimétrico, o que vai
contribuir para a forma tridimensional da proteína.
Esta grande variabilidade proporciona arranjos incontáveis entre as cadeias peptídicas
em sua estrutura tridimensional bem como na função da proteína, uma vez que os
diferentes aminoácidos possuem diferentes propriedades químicas que, em conjunto,
serão responsáveis
pela função da proteína.
O estudo da composição e polaridade do grupamento R permite agrupar os aminoácidos
em quatro classes distintas:
a) Aminoácidos com grupamento R apolar ou hidrofóbico: são os menos solúveis,
devido à ausência de grupamentos hidrofílicos no grupamento R. São eles:
• Cadeia alifática hidrocarbonada: alanina, leucina, isoleucina, valina e prolina;
• Anel aromático: fenilalanina e triptofano;
• Tioéter: metionina.
• Hidrogênio: glicina.
A alanina representa o aminoácido mais solúvel deste grupo e a prolina é, na realidade,
um iminoácido onde o grupamento
R é um substituinte do aminogrupo. A glicina é o aminoácido mais simples em virtude
de possuir como R apenas um
átomo de hidrogênio (apolar), sendo também o único aminoácido que não possui
carbono assimétrico. Algumas vezes é classificado como polar, pois o grupamento
funcional lhe
confere certa solubilidade.
b) Aminoácidos com grupamento R polar não-carregado: possuem grupamentos
hidrofílicos na cadeia carbonada que não se ionizam, porém conferem maior
solubilidade ao aminoácido. São eles:
• Hidroxila: serina, treonina e tirosina;
• Grupo Amida: asparagina e glutamina;
• Sulfidrila ou Tiol: cisteína;
A cisteína e a tirosina tem os grupamentos R mais polares, sendo portanto os mais
solúveis desta classe. A cisteína,
freqüentemente, ocorre nas proteínas em sua forma oxidada, a cistina, na qual a
sulfidrila (-SH) estão unidas formando pontes dissulfeto (S-S) que são ligações
covalentes importantes
na estabilização da molécula protéica. A asparagina e a glutamina são amidas do ácido
aspártico e do ácido glutâmico, respectivamente.
c) Aminoácidos com grupamento R polar carregado positivamente (básicos):
Lisina, arginina e histidina; todos possuem grupamento R de 6 carbonos e a carga
positiva localiza-se em um átomo de nitrogênio do R.
d) Aminoácidos com grupamento R polar carregado negativamente (ácidos):
Ácido aspártico e ácido glutâmico. São citados como aspartato e glutamato em virtude
de se ionizarem em pH fisiológico adquirindo carga negativa no grupamento carboxila
(-COO-).
05.1Propriedades ácido-básicas dos aminoácidos
Os grupamentos amino e ácido, encontram-se na forma ionizada
quando em solução.
Dependendo do pH, o grupamento amino com carga positiva (forma
catiônica) ou o grupamento ácido carboxílico com carga negativa (forma
aniônica), podem predominar. Porém, em determinado pH (pH isoelétrico ou Ponto
isoelétrico), haverá somente uma forma dipolar (ou seja, positiva e negativa ao
mesmo tempo), onde será observada uma neutralidade elétrica na molécula.
Estes íons dipolares, são também chamados de zwitterions (expressão
alemã que ao pé da letra significaria algo como "íons hermafroditas"), predominam
no ponto isoelétrico (pHi).
A forma catiônica predominará em pH abaixo do
pHi, enquanto que a forma aniônica predominará em pH acima do pHi, uma vez
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que abaixo ou acima do pHi haverá deficiência ou excesso de H+ na solução,
respectivamente, o que varia a carga elétrica pois o grupamento COO- receberá H+ e
o NH3+ doará ser H+.
O valor do pHi varia de acordo com o aminoácido e corresponde a um
valor que serve como identificador e classificador dos aminoácidos de acordo com
a variação do pH.
Os valores de pK1 e pK2 correspondem aos valores de pH
onde o aminoácido funciona como um tampão durante uma curva de titulação.
Para melhor entender esses conceitos, considere que se realizássemos uma
titulação de
um ácido por
uma
base, teríamos,
inicialmente, um pH ácido que iria aumentando proporcionalmente ao
acréscimo de base.
Em uma titulação convencional de um ácido por uma base, a adição de base modifica o pH ácido original para básico
passando pelo pH neutro 7,0.
Esse aumento proporcional no valor o pH se dá porque cada molécula de base
adicionada neutraliza uma de ácido (formando água e o sal correspondente) até o
valor de equivalência entre a quantidade de bases e ácidos, onde o pH é neutro
(pH=7,0). É um valor tênue, pois qualquer quantidade de base adicionada a mais eleva
o pH para a faixa alcalina.
No entanto, se esta mesma titulação fosse realizada com a adição de um
aminoácido no meio a ser titulado, um gráfico representando a elevação do pH
demonstraria duas zonas de estabilização (uma em pH ácido e outra em pH básico)
indicando que há duas zonas de equilíbrio químico, onde não há a variação do
pH mesmo com a adição da base no meio ácido (Figura 1-5). Essas regiões
demonstram que os aminoácidos são responsáveis por uma função tamponante
(evitam variações bruscas de pH).
Como a forma dipolar é a que ocorre no pHi, toda vez que o pH cai abaixo
do valor do pHi (acidificação do meio), o aminoácido recebe o H+ adicionado através
da extremidade COO- tornando-se um cátion. Quando o pH eleva-se acima do valor
do pHi (alcalinização do meio), o aminoácido torna-se um ânion devido à doação
do H+ pelo grupamento NH3 + .
Se relacionarmos em um gráfico o pH em função dos equivalentes de
uma base adicionada a
uma solução
ácida de
um
aminoácido,
observaremos
os
pontos fundamentais no comportamento ácidobásico dos aminoácidos.
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A curva de titulação da glicina. O pHi (somente formas dipolar isoelétricas) corresponde à média entre os valores de pK1
([dipolar] = [catiônica]) e pK2 ([dipolar] = [aniônica]).
No início da titulação, teoricamente, só existe a forma catiônica em
virtude de o aminoácido funcionar como um receptor de prótons, ou seja, como
uma base. Ao adicionar uma base (OH-) ao sistema, começa a haver a neutralização
com o aparecimento da forma dipolar até um determinado ponto em haverá
igualdade de concentração entre as duas formas, entrando o sistema em equilíbrio,
correspondente ao pK1.
As
três formas carregadas dos aminoácidos. A forma dipolar corresponde
àquela que contém um pólo positivo em NH3 + e outro negativo em COO- (a carga
final é neutra) e corresponde à única forma existente no pHi. A forma catiônica
está presente em qualquer valor de pH abaixo do pHi, enquanto que a aniônica é
típica do aumento do valor do pH acima do valor do pHi.
Prosseguindo a titulação, com o aumento do pH em
virtude
do aumento
gradual
da concentração de base, começará a predominar a forma dipolar
com a queda proporcional da forma catiônica até um ponto onde só haverá a forma
dipolar.
Neste ponto, o pH corresponderá ao pH isoelétrico (pHi)
onde o sistema se apresentará eletricamente neutro.
Ao se adicionar mais base, há o aparecimento
da
forma
aniônica
até
um determinado ponto em que haverá
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igualdade na concentração entre a forma dipolar e a aniônica, entrando o
sistema, novamente, em equilíbrio agora entre a forma dipolar e a forma
aniônica, correspondente ao pK2.
Adicionando mais base, haverá a predominância da forma aniônica até
o pH 14 onde,
teoricamente,
só haverá
a
forma catiônica.
Alguns aminoácidos apresentam um terceiro platô de estabilidade em sua curva de
titulação (pK3) que correspondente a um terceiro momento de equilíbrio
durante a titulação, induzido pelo grupamento R (o pK3 é freqüentemente
denominado de pKR).
Essas
informações
acerca
da
propriedade
ácido-básica
dos
aminoácidos são fundamentais para a compreensão da função das proteínas como
um tampão intracelular e, também, dos métodos de identificação dos aminoácidos
e de separação das proteínas que se baseiam na capacidade de aminoácidos e
proteínas mudarem de carga elétrica de acordo com o pH do meio.
05.2 Estrutura das proteínas
Devido à característica anfótera dos aminoácidos (podem ser cátions ou
ânions) e a capacidade de modificação da carga elétrica do grupamento R observada
em
vários aminoácidos as proteínas terão conformação estrutural
bastante diversificada uma vez que os aminoácidos se relacionarão entre si de
maneira variada.
A flexibilidade dada pelo Cα é devido ao fato de ele ser assimétrico (ligado a
quatro grupos diferentes: NH3 +, COO-, H e R) o que lhe garante livre rotação em seu
eixo.
Esta flexibilidade da molécula protéica dada
pelo Cα,
confere uma
grande versatilidade à proteína, o que faz de sua estrutura tridimensional o
ponto chave para sua função.
Entretanto, esta flexibilidade é limitada pela existência de interações químicas
entre as cadeias peptídicas e entre os grupamentos R dos
resíduos
De
aminoácidos, seja intermolecular ou
com
outros compostos químicos
alheios à composição original da proteína.
Cada tipo de proteína possui uma configuração tridimensional peculiar
que é determinada pela seqüência de aminoácidos e pelo grau de inclinação entre
as ligações químicas
(proporcionada
pelos arranjos intermoleculares).
A estrutura molecular das proteínas é muito complexa, por essa razão é conveniente
dividi-la em níveis distintos de organização, veja a seguinte figura.
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1) Estrutura primária: diz respeito à seqüência de
aminoácidos, dada
pela seqüência de nucleotídeos da molécula de DNA responsável por sua
síntese. A estrutura primária de peptídeos e proteínas refere-se ao número linear e
a ordem dos aminoácidos presentes. A convenção para a designação da ordem
dos aminoácidos é a de que o N- terminal (ou seja, o final com o resíduo com
o grupo α-amino livre) é para a esquerda (é do primeiro aminoácido) e do Cterminal (ou seja, o fim com o resíduo que contém um grupo carboxila livre) é
para a direita. Nesta estrutura são encontradas ligações
peptídicas
e
eventualmente, dependendo da proteína, podem ser encontradas ainda as
pontes de dissulfeto.
Esta seqüência deve ser fundamentalmente mantida, sob o peso de a proteína
perder sua função, como é o caso da presença de valina ao invés de glutamato no
sexto aminoácido da cadeia polipeptídica da hemoglobina, que causa
a
doença
genética
denominada
de anemia falciforme. A ausência
ou acréscimo de aminoácidos à
estrutura
primária
das proteínas,
também pode ser responsável por modificação em sua eficácia funcional.
2) Estrutura secundária: relaciona a forma que a cadeia polipeptídica assume no
espaço, que pode ser de
α-hélice ou β-folha pregueada. A conformação em
α-hélice é conferida através do ângulo de torção que os resíduos
de
aminoácidos apresentam
na ligação peptídica, estabilizada por pontes de
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hidrogênio entre o oxigênio do grupamento carboxila de um Cα e o H do
grupamento amino do outro aminoácido.
A forma de α-hélice é possível graças à formação de pontes de hidrogênio entre os grupamentos
funcionais dos aminoácidos da ligação peptídica e ao posicionamento contrário dos grupamentos R.
A forma de β-folha pregueada é possível graças a pontes de
hidrogênio que ocorrem entre
duas
partes da
cadeias polipeptídicas dentro
da molécula protéica.
Uma proteína pode apresentar os dois tipos de organização secundária dentro
de sua molécula.
A forma de β-folha pregueada ocorre entre duas cadeias peptídicas dentro da molécula
protéica, resultante entre pontes de hidrogênio entre elas, resultando
em
um dobramento
entre
os aminoácidos sobre si formando um ângulo característico que lembra as folhas pregueadas
dos formulários contínuos.
3) Estrutura terciária: corresponde às relações da cadeia polipeptídica no sentido de
estabilizar a conformação tridimensional. Muitos tipos de interações químicas
podem ocorrer dentro de uma molécula protéica para garantir a estabilidade das
cadeias polipeptídicas.
As mais fortes são as ligações covalentes, como a que ocorre entre dois aminoácidos
cisteína que se unem através de pontes dissulfetos entre seus grupamentos –
SH formando o complexo cistina
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.
Estrutura molecular da enzima da glicólise triose fosfato isomerase que apresenta regiões em α-hélice
(espirais em azul) e em β-folha pregueada (setas vermelhas).
Há, ainda a formação de pontes de hidrogênio, interações eletrostáticas e interações
fracas de van der Waals entre os
grupamentos R.
Forças não covalentes que estabilizam a estrutura protéica
tridimensional:
Pontes de Hidrogênio: Grande número de pontes de H são formadas no interior e na
superfície das proteínas. Além de formar pontes de H entre si, os grupos polares das
cadeias laterais dos aminoácidos podem interargir com a água ou com o esqueleto
polipeptídico. As pontes de H contribuem moderadamente para direcionar o
enovelamento.
Interações Hidrofóbicas: São as forças não- covalentes mais importantes para
a estabilidade da estrutura enovelada. Ocorrem entre
aminoácidos de cadeia
lateral hidrofóbica,
excluindo e
afastando
as moléculas de água no
momento da ligação.
Interações eletrostáticas (ligações iônicas): Ocorrem entre aminoácidos que
possuem carga positiva ou negativa na cadeia lateral.
Forças de van der Waals: É uma força de atração inespecífica que ocorre
quando dois átomos quaisquer estão próximos. Apesar dessas forças serem
comparativamente fracas em relação as demais, o efeito cumulativo de
numerosas interações
tem
substancial influência para a estabilidade
da estrutura enovelada.
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Exemplos de ligações que estabilizam a estrutura terciária de proteínas.
A união
covalente entre dois aminoácidos cisteína entre seus grupamentos –SH, gera
uma ponte dissulfeto formando um grupo cistina extremamente rígido que ajuda a manter a
estrutura terciária das proteínas.
Esta estrutura terciária é comum a todas proteínas e polipeptídios (cerca
de 50 aminoácidos).
Algumas
proteínas contêm apenas
uma cadeia
polipeptídica
(p.ex.: mioglobina, ) enquanto outras são composta por mais
de um tipo iguais ou diferentes entre si (proteínas oligoméricas), como é o caso
da hemoglobina.
4) Estrutura quaternária: é o arranjo espacial entre cadeias peptídicas das
proteínas oligoméricas, definida por interações não- covalentes entre as cadeias
peptídicas e outros compostos de origem
não
protéica
que,
freqüentemente, fazem parte da proteína.
A estrutura quaternária, portanto diz respeito ao arranjo não covalente
formado por várias cadeias polipeptídicas como é o caso da hemoglobina.
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Estrutura terciária final da mioglobina, uma proteína formada por apenas uma cadeia peptídica.
Estrutura quaternária da hemoglobina, uma proteína oligomérica formada por quatro cadeias
peptídicas unidas por grupamentos prostéticos heme
A configuração espacial final das proteínas
quaternária) é constante
e determinante das
por elas exercidas.
(estrutura terciária ou
funções biológicas
As proteínas globulares são esferas compactas e
irregulares
resultantes do enovelamento da cadeia polipeptídica. São bastante solúveis em
água e possuem funções diversificadas. A mioglobina e a hemoglobina são exemplos.
As proteínas fibrosas são proteínas de formato
cilíndrico,
apresentam
baixa solubilidade em água e possuem funções estruturais. (p.ex.: colágeno e
queratina). O colágeno é pouco solúvel em água; apresenta uma tripla hélice
estabilizada por pontes de hidrogênio. Com uma sequência repetida de glicina,
prolina e hidroxiprolina. Possuindo também
ligações
cruzadas
covalentes de alisinas que aumentam
a
sua
resistência
tensional. A formação de hidroxiprolina e hidroxilisina requer vitamina C.
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Abaixo um exemplo
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da estrutura do colágeno,
uma proteína fibrosa.
Representação esquemática da estrutura de proteínas fibrosas. A estrutura do colágeno evidenciando as
cadeias peptídicas unidas em feixes e estabilizadas por pontes de hidrogênio.
Algumas proteínas têm os dois tipos de conformação, como é o caso da
miosina muscular e do fibrinogênio.
Desnaturação Protéica:
A exposição de proteínas a pH extremos ou temperaturas elevadas,
mesmo por períodos curtos, faz com que a maioria delas apresentem modificações
físicas em sua conformação tridimensional e em sua função fisiológica,
processo
conhecido
como desnaturação. Desta forma,
a
perda
da configuração espacial modifica completamente sua função, podendo
até significar a destruição da proteína.
Fisiologicamente, condições extremas de desnaturação protéica são
obtidas com variação brusca acima de 50oC e pH abaixo de
5,0, ambas condições incompatíveis com a vida. Desta forma, o desenovelamento
protéico em hipertermia ou acidoses leva a diminuição ou até perda da função
protéica, mas que se mostra reversível quando cessa a causa da variação de
temperatura e/ou pH. Este processo de renaturação, entretanto
não é visualizado em
condições experimentais extremas
onde
a
desnaturação protéica é irreversível.
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Proteínas conjugadas
Muitas proteínas apresentam em sua composição, moléculas não protéicas
ligadas de forma covalente ou não aos aminoácidos das proteínas, denominados,
genericamente, de grupo prostético.
A hemoglobina é uma proteína conjugada cujo grupamento prostético são quatro
grupamentos hemes que se ligam de forma não covalente às cadeias
peptídicas.
Um grupo importante de proteínas conjugadas são as glicoproteínas
que estão presentes na superfície celular (p.ex.: mucina), fazem parte de proteínas
estruturais (p. ex.: o colágeno), são hormônios (p.ex.: glucagon) ou receptores de
membrana. A glicose liga-se de maneira irreversível a
uma
fração
da hemoglobina (hemoglobina glicada) e permite
a
monitoração
da
concentração de glicose plasmática (glicemia) até 120 dias (vida média da
hemoglobina) antes da coleta de sangue. Outra fração de glicose fixa-se à albumina
formando as frutosaminas que, à maneira da hemoglobina glicada, monitora a
glicemia anterior da coleta em até 30 dias (vida média das albuminas).
As lipoproteínas são importantes transportadoras dos
lipídios
plasmáticos, principalmente os triglicerídeos e o colesterol.
De acordo com a variação das lipoproteínas pode-se avaliar o
risco para doenças cardíacas coronarianas.
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06. Ácidos nucléicos
Os ácidos nucléicos são moléculas gigantes (macromoléculas), formadas por unidades
monoméricas menores conhecidas como nucleotídeos. Cada nucleotídeo, por sua vez, é
formado por três partes:



um açúcar do grupo das pentoses (monossacarídeos com cinco átomos de
carbono);
um radical “fosfato”, derivado da molécula do ácido ortofosfórico (H3PO4).
uma base orgânica nitrogenada.
Sabia-se de sua presença nas células, mas a descoberta de sua função como substâncias
controladoras da atividade celular foi um dos passos mais importantes da história da
Biologia
. A partir do século XIX, com os trabalhos do médico suíço
Miescher, iniciaram-se as suspeitas de que os ácidos nucléicos
eram os responsáveis diretos por tudo o que acontecia em uma
célula. Em 1953, o bioquímico norte-americano James D.
Watson e o biologista molecular Francis Crick propuseram um
modelo que procurava esclarecer a estrutura e os princípios de
funcionamento dessas substâncias.
O volume de conhecimento acumulados a partir de então
caracteriza o mais extraordinário conhecimento biológico que
culminou, nos dias de hoje, com a criação da Engenharia
Genética, área da Biologia que lida diretamente com os ácidos
nucléicos e o seu papel biológico.
De seus três componentes (açúcar, radical fosfato e base orgânica nitrogenada)
apenas o radical fosfato não varia no nucleotídeo. Os açucares e as bases
nitrogenadas são variáveis.
Quanto aos açucares, dois tipos de pentoses podem fazer parte de um
nucleotídeo: ribose e desoxirribose(assim chamada por ter um átomo de oxigênio a
menos em relação à ribose.
Já as bases nitrogenadas pertencem a dois grupos:
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

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as púricas: adenina (A) e guanina (G);
as pirimídicas: timina (T), citosina (C) e uracila (U).
DNA e RNA: Qual é a diferença?
É da associação dos diferentes nucleotídeos que se formam as macromoléculas dos dois
tipos de ácidos nucléicos: o ácido ribonucléico (RNA) e o ácido desoxirribonucléico
(DNA). Eles foram assim chamados em função dos açúcar presente em suas moléculas:
O RNA contém o açúcar ribose e o DNA contém o açúcar desoxirribose.
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Outra diferença importante entre as moléculas de DNA e a de RNA diz respeito às bases
nitrogenadas: no DNA, as bases são citosina, guanina, adenina e timina; no RNA, no
lugar da timina, encontra-se a uracila. A importância e o funcionamento dos ácidos
nucléicos.
Ligação Glicosídica:
Ligação covalente estabelecida entre o carbono 1’da pentose e o N1 das
pirimidinas ou o N9 das purinas.
Pentose + base nitrogenada = nucleosídeo
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Ligação Fosfodiéster:
Ligação covalente estabelecida entre o carbono 3’ de um nucleotídeo e o fosfato
ligado ao carbono 5’do nucleotídeo seguinte.
Ácidos nucléicos ficam com polaridade determinada Æ em uma extremidade temos
livre a hidroxila do carbono-5’da primeira pentose e na outra, a hidroxila do carbono3’da última pentose
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Exercícios
1.
2.
3.
4.
Por que estudar bioquímica?
Qual a definição de célula?
Quais são os tipos de células e quais as diferenças básicas entre elas?
Fale sobre as funções dos componentes celulares de uma célula
procarionte.
5. Fale sobre as funções dos componentes celulares de uma célula
eucarionte.
6. Quais são as principais classes de biomoléculas que fazem parte dos
organismos vivos?
7. Fale sobre a relação estrutura-função das biomoléculas
8. Qual a função dos carboidratos?
9. Como são classificados os carboidratos?
10. Qual a diferença entre uma cetose e uma aldose?
11. Como se forma a ligação glicosídica?
12. Fale sobre as características gerais do amido, celulose, glicogênio e a
quitina.
13. Escrever a fórmula geral de um aminoácido, citando os componentes
dessa fórmula.
14. Como diferenciar um aminoácido do outro?
15. O que aminoácido essencial e não essencial?
16. Como se forma a ligação peptídica?
17. Definir estrutura primária de uma proteína
18. Definir estrutura secundária de uma proteína.
19. Definir estrutura terciária e quaternária de uma proteína.
20. Cite 4 funções que uma proteína pode exercer. Exemplifique.
21. O que é uma enzima?
22. Como as enzimas são classificadas?
23. O que é sítio ativo de uma enzima?
24. O que é apoenzima?
25. O que é holoenzima?
26. O que é grupo prostético?
27. Cite 3 exemplos de moléculas que possam funcionar como cofatores.
28. Como acontece a ligação enzima-substrato?
29. Quais os fatores que alteram a atividade enzimática? De que forma eles
atuam?
30. O que são inibidores enzimáticos e quais os tipos de inibição
enzimática?
31. O que são lipídeos? Fale sobre suas características básicas.
32. Quais as funções que os lipídeos podem desempenhar?
33. Como estão classificados os lipídeos?
34. O que são os ácidos graxos?
35. O que é um ácido graxo saturado e um ácido graxo insaturado?
36. Qual a diferença entre óleos e gorduras?
37. Qual a estrutura monomérica de um ácido nucléico, descreva sua
fórmula geral.
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38. Descreva detalhadamente os tipos de ácidos nucléicos.
39. Quais as funções dos ácidos nucléicos?
40. Diferencie base púrica e base pirimídica. Dê exemplos.
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07.MICROORGANISMOS DE USO INDUSTRIAL
Alguns exemplos de utilização direta de microrganismos em processos
biotecnológicos em diferentes segmentos da indústria.
Indústria de alimentos
· produção e preservação de alimentos
· produção de bebidas
· aromas e essências
· aditivos para alimentos (emulsificantes e espessantes)
· alimentos funcionais (nutracêuticos)
Indústria farmacêutica
· compostos farmacologicamente ativos
· antibióticos, antimicrobianos e antivirais
· vitaminas e hormônios
· vacinas e probióticos
· biopolímeros de aplicação médica (e.g., pele artificial)
· biotransformações em química fina
Agro-Indústria
· aumento de fertilidade do solo
· fixação biológica de nitrogênio
· controle biológico de insetos e patógenos
· promotores de crescimento de plantas
· promotores de crescimento animal
· anti-parasiticidas, antibióticos, antimicrobianos, antivirais
· vitaminas e hormônios
· vacinas e probióticos
· compostagem e tratamento biológico de resíduos
Indústria Química
· biotransformações em química fina e produção de matérias-primas
· assimilação de metano e enxofre em processos industriais
· surfactantes
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· matérias-primas industriais diversas: polissacarídeos, polímeros, ácidos
orgânicos, aminoácidos
· enzimas de aplicação industrial (detergentes, texteis, papel e celulose)
Ambiental
· biorremediação de vazamentos de petróleo e resíduos tóxicos
· monitoramento de poluentes (biosensores)
· tratamento de resíduos industriais e águas residuárias
· biomineração (recuperação de metais pesados e radioisótopos)
· recuperação de áreas degradadas (micorrizas e bactérias fixadoras de
nitrogênios)
Energia
· geração de combustíveis: álcool e biorefino de petróleo
-Os produtos comercialmente importantes das fermentações industriais são de 4
categorias: células microbianas, moléculas grandes como enzimas e polissacarídeos,
produtos básicos e metabólitos secundários que não são necessários para o crescimento
celular. A produção comercial dos produtos de fermentação tem utilizado principalmente
diversas espécies de bactérias, leveduras e fungos, ainda que os avanços recentes no
desenvolvimento de técnicas de cultivos têm permitido utilizar células mais complexas
nos processos de fermentação.
– Na natureza existem duas classes principais de células, ambas utilizadas nos
processo de fermentação industrial:
procariontes - células bacterianas;
eucariontes -leveduras, fungos, células animais e vegetais.
Os microrganismos também se diferenciam em função de suas exigências
de oxigênio, podendo dividir-se em estritamente aeróbias, como os Streptomyces
e a maioria dos fungos filamentosos,
que
podem
desenvolverse unicamente em presença de
O2
e
os
estritamente
anaeróbios, como os Clostridios, que unicamente podem crescer na ausência
de O2 e os microorganismos facultativos, entre eles as leveduras industriais, que
podem crescer em situação de aerobiose e anaerobiose.
As bactérias utilizadas nos processos fermentativos são principalmente
quimiorganotróficos, isto é, podem obter sua energia e seu carbono por oxidação dos
compostos orgânicos. As bactérias podem dividir-se em Gram positiva e Gram
negativa, em função de suas resposta a coloração de Gram. A reprodução se dá por
divisão assexuada. Os esporos são produzidos usualmente em resposta as condições
adversas do meio, porque são mais resistentes ao calor e aos compostos tóxicos que as
células vegetativas e posteriormente germinam em condições apropriadas.
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As
bactérias
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são desprovidas de clorofila, mas podem possuir outros pigmentos
fotossintéticos.
Os fungos (bolores) também são quimiorganotróficos e os mais importantes
utilizados nas fermentações se classificam principalmente em dois grupos: os
Zigomycotina, asseptados dos gêneros Mucor e Rhizophus e os Deuteromycotina,
septados dos gêneros
Thicotherma, Aspergillus, Penicillium Fusarium e
Aureobasidium. Os fungos são desprovidos de clorofila ou outros pigmentos
fotossintéticos.
As leveduras são fungos geralmente unicelulares e que se reproduzem de forma
assexuada (por gemação ou divisão binária) ou sexuada. A levedura mais utilizada
nos processos fementativos industriais é a Saccharomyces cerevisiae, principalmente
para produção de álcool e nas panificações. Esta levedura não degrada a lactose, por
isso para produzir álcool e biomassa a partir de soro de leite é utilizada
Kluyveromyces lactis, que possuem as enzimas necessárias para degradar lactose.
07.1 BIOREATOR
O coração de qualquer processo fermentativo é sem dúvida o fermentador.
Uma definição funcional para um fermentador seria dizer que consiste em um
recipiente em que se mantém um ambiente favorável para que se desenvolva um
determinado processo biológico.
A palavra fermentador nos faz visualizar um recipiente de grande tamanho de
aço inoxidável brilhante e com uma instrumentação muito sofisticada. Ainda que
muitos fermentadores industriais são assim, outros importantes processos biológicos
industriais, desenvolvidos em grande escala, são conduzidos em equipamentos muito
menos sofisticados.
Em alguns processos um fermentador pode consistir em um simples
recipiente aberto, embora para processos cujas condições são muito sensíveis será
necessário um sistema fechado e muito bem controlado capaz de manter um ambiente
favorável.
As condições ambientais existentes dentro de um fermentador podem
considerar-se sob três aspectos diferentes: condições biológicas, químicas e físicas.
MEIO BIOLÓGICO
Unicamente os microrganismos que contribuem para o processo em
questão encontram-se presentes, enquanto que os não produtivos, destrutivos ou
não desejáveis estejam excluídos do processo. Do ponto de vista de produção é
importante também que os microrganismos desejados estejam presentes em quantidades
suficientes para que o processo se desenvolva a um ritmo rentável.
Um sistema que contenha somente o microrganismo desejado diz-se um sistema
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asséptico.
A assepsia consegue-se, primeiro, esterilizando o meio, eliminando todos
os organismos vivos, diz-se então esterilizado, segundo introduzindo o microrganismo
desejado. O ato de introduzir o microrganismo desejado denomina-se inoculação.
MEIO QUÍMICO
Implica na composição do meio de crescimento microbiano, que
deverá
conter
as concentrações adequadas de substratos ou
nutrientes microbiológicos, assim como dos precursores sintéticos, livres de substâncias
inibidoras e mantidas a um pH adequado.
MEIO FÍSICO
Refere-se fundamentalmente a temperatura do sistema cujo controle é
muito importante quando se projeta um fermentador.
Este parâmetro e a necessidade de manter a uniformidade das condições
ao longo da fermentação, exigem um bom sistema de agitação, o que pode provocar
por sua vez a ruptura dos organismos e de seus agregados.
07.2 CRESCIMENTO CELULAR
O crescimento dos microrganismos é uma parte integral de quase todos
os processos de fermentação. Sabe-se que as bactérias se reproduzem por divisão
binária, produzindo duas células de mesmo tamanho, entretanto a reprodução de
muitas leveduras se dá por gemação;os mofos crescem por extensão das hifas e a
morfologia de seu micélio pode variar em função do meio ambiente. quando um
fungo cresce na superfície de um meio sólido produz uma rede miceliana , cuja
natureza reflete a natureza do meio. Nos cultivos submersos, as células fúngicas
podem crescer unidas a partículas de nutrientes suspensas na forma de micélio
filamentoso difuso ou como massa densa. A morfologia e crescimento influem na
velocidade de crescimento e na formação de produtos
Quando um microrganismo é inoculado em um meio de volume e composição
conhecidos, o cultivo passa por uma série de fases, como se pode observar na
figura 1. Depois da inoculação, existe uma fase de latência, em que o microrganismo
se adapta as condições do meio. Após um certo período de tempo em que a
velocidade de crescimento das células aumenta gradualmente, as células crescem a uma
velocidade constante máxima ; esta fase se denomina exponencial ou logarítmica. À
medida que o crescimento continua, os nutrientes se vão esgotando e os
produtos vão sendo excretados pelo organismo, a velocidade de crescimento
diminui e finalmente o crescimento cessa, devido freqüentemente ao esgotamento de
um nutriente ou pelo acumulo de algum produto tóxico; esta fase se denomina
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estacionária.
FATORES QUE INFLUEM NA VELOCIDADE DE CRESCIMENTO
A velocidade de crescimento varia com o tipo de célula microbiana e também
em função das condições físico-químicas do meio ambiente. Em geral, o tempo para
que se duplique a biomassa aumenta com a complexidade do microrganismo, de
forma que os tempos de duplicação médio para as células animais e vegetal são
substancialmente maiores que os de mofos e leveduras, que por sua vez são maiores
que das bactérias.
O crescimento varia com a temperatura. A maioria dos microrganismos cresce entre
25 e 35 C. Dentro deste espaço o crescimento aumenta com o aumento da temperatura
até um valor máximo, acima do qual a velocidade cai rapidamente devido ao
incremento da taxa de morte microbiana.
O pH influi no crescimento da mesma forma que na atividade enzimática.
A maioria dos microrganismos cresce em uma escala de pH variando de 3 a 4.
A velocidade de crescimento da célula microbiana depende da atividade de
água (Aw) e da umidade relativa. As bactérias necessitam uma Aw 0,95 enquanto
os mofos podem crescer em valores de atividade de água menores, de até 0,7 como
mínimas.
Como em qualquer reação química, a velocidade de crescimento depende da
concentração de nutrientes químicos, e pode ser descrita pela equação de Monod. Os
valores típicos de Ks para as diversas fontes de carbono estão compreendidos entre 1
e 10 mg/dm3 . As células podem crescer a velocidades próxima as ìmax
quando a
fonte de carbono limitante é maior que 10 Ks ou 10 a 100 mg/dm3 . As concentrações
de carboidratos elevadas podem inibir o crescimento devido ao efeito osmótico que
tem uma influencia maior sobre as bactérias do que sobre os mofos
Foi comprovado que a quantidade de massa celular total, formada durante
o crescimento celular, é freqüentemente proporcional a quantidade de substrato utilizado.
Biomassa produzida (g)
ãx/s = -----------------------------de biomassa
Substrato consumido (g)
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ãx/s =coeficiente de rendimento
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07.3 Biorreatores e Processos Fermentativos
Classificação do produto microbiano
1) Metabólitos primários (associados ao crescimento)
Consistem nos compostos produzidos simultaneamente à síntese de células
microbianas na fase de crescimento. Neste caso, a formação do produto é diretamente
proporcional à formação de biomassa. Ex.: Aminoácidos, nucleotídeos, produtos
finais de fermentação (etanol e ácidos orgânicos), enzimas.
Classificação do produto microbiano
2) Metabólitos secundários (não-associados ao crescimento)
A formação do produto não está diretamente relacionada à razão de crescimento de
células. Usualmente acumulam durante o período de limitação de nutrientes ou de
produtos residuais que segue após fase ativa de crescimento. Estes compostos não tem
relação direta com a síntese de materiais celulares e com o crescimento normal.
Exemplo: maioria de antibióticos e micotoxinas.
Formas de condução de um processo fermentativo:
Infinitas!- Enorme flexibilidade de operação
Formas mais básicas:
- Descontínuo
1. Com um inóculo por tanque
2. Com recirculação de células
3. Processo por meio de cortes
- Semicontínuo
1. Sem recirculação de células
2. Com recirculação de células
- Descontínuo alimentado
- Contínuo
1. Executado em um reator
2. Executado em vários reatores
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Fermentação descontínua Ou Fermentação em batelada
Processo fermentativo caracterizado pela inoculação e incubação de
microrganismos, de tal forma, a permitir que a fermentação ocorra sob condições
ótimas. Neste tipo de produção, nada é adicionado, exceto oxigênio (processo
aeróbio), ácido ou base (controle de pH) ou antiespumante.
Fermentação descontínua Ou Fermentação em batelada
Um inóculo por tanque; Processo mais seguro quando se necessita manter as
condições de assepsia (esterilização ao final de cada batelada);
Fornece
conhecimento básico da cinética do processo antes de se buscar reatores alternativos;
Base para comparações de eficiências atingidas.
Descontínuo simples – “batelada” sem recirculação de células
Sistema fechado e de volume constante. Na prática dificilmente será aplicado
industrialmente. Sua baixa eficiência estimula o surgimento das formas alternativas.
EMPREGO DE CULTIVOS INICIADORES - STARTERS
Os cultivos starters são utilizados atualmente no processamento de
alimentos para induzir diversas mudanças em suas propriedades, tais como a
modificação da textura, a conservação, o desenvolvimento de aromas ou melhora
nutricional, e na produção de enzimas.
As principais aplicações de cultivos starters se encontram nas indústrias
de panificação, cárnea e leiteira, ainda que existam leveduras starters destinadas a
fermentação de bebidas alcoólicas e a produção de álcool industrial.
Atualmente está se impondo o emprego de starters preparados com cepas de
microrganismos mais adequados para elaboração de cada produto.
As culturas starters usadas nos produtos cárneos curados consistem,
normalmente de um organismo tipicamente acidificante como Lactobacillus ou
Pediococcus para estabilizar o produto biologicamente e um organismo com
características nitrato redutoras que, por uma série de reações produzirá uma atrativa
cor avermelhada associada com o tipo de produto, sendo que o organismo nitrato
redutor normalmente é Micrococcus ou Staphylococcus coagulase negativa.
Starters são grupos de microrganismos selecionados com
características
bioquímicas desejadas e definidas produzidos sob rigorosas e
controladas condições (pH, temperatura, acidez, substrato, etc.) e são usados na
elaboração de produtos fermentados.
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OBJETIVOS DO USO DE STARTERS.
  Incorporar um número desejado de microrganismos no meio de modo
que estes possam crescer, multiplicar-se e produzir as alterações desejáveis no
meio e no produto final;
  Superar o desenvolvimento de qualquer agente contaminante, competindo
com estes pelos substratos e pela produção de substâncias que inibam os
contaminantes;
  Ajustar uma escala de produção, permitindo uma produção programada
de produtos (se inocular, pode-se ter certeza do que será o produto final e o
tempo que leva a produção);
  Obter uma maior uniformidade em diferentes lotes de produção;
PARA UMA CULTURA MICROBIANA SER UTILIZADA COMO
STARTER DEVE POSSUIR ALGUNS REQUISITOS FUNDAMENTAIS
COMO:
ser tolerante ao sal (salmoura de 6 a 10%);
ser tolerante a presença de nitritos (50 a 100 ppm)
ter crescimento na faixa de 26 a 43 ºC e temperatura ótima de crescimento entre 32
a 35 ºC;
ser homofermentativo (produzir somente ácido láctico);
não ser proteolítico;
não ser lipolítico;
não produzir sabores e aromas atípicos ao produto final;
não ser patogênico;
apresentar destruição térmica a 57-60 ºC.
Os cultivos starters não devem ser patogênicos, toxigênicos nem formar
antibióticos, além disso
não devem
degradar os aminoácidos a aminas
farmacologicamente ativas (ex. histamina) ou a ácido sulfidrico. As bactérias lácticas
devem formar muito pouco ou nenhum peróxido de hidrogênio, não formar gás e
pouco ou nenhum ácido acético.
PRODUÇÃO DE CULTURAS PARA FERMENTAÇAO EM
ALIMENTOS
Selecão:
Selecionar cepas ou microorganismos que vão produzir a característica ideal.
O microorganismo deve ser geneticamente estável. Manutenção:
Uma vez obtido o cultivo satisfatório devemos mantê-lo puro e ativo.
Mantêm-se a cultura ativa por transferência ou repicagem em meio de cultura
apropriado. O meio de cultura de repicagem deve ser o mesmo da atuação, de preferência;
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No ponto médio da fase exponencial de crescimento, guardar sob refrigeração
para paralisar o crescimento. Neste ponto temos o maior número de células
viáveis e mais saudáveis de uma cultura, se a usarmos como inoculante de um
processo.
O nível de sobrevivência depende do ambiente: cuidar a temperatura,
culturas mantidas a altas temperaturas
(ou mesmo ambiente) continuarão
metabolizando e suas enzimas podem ser descaracterizadas.
Usar sempre a mesma porcentagem de inóculo.
Usar culturas que estão com o seu crescimento no ponto médio da fase
exponencial. Se o inóculo for uma cultura mais resistente, podemos usar a cultura até o
final da fase estacionária.
PUREZA DA CULTURA
Evitar a presença de contaminantes. Os métodos de controle usados para
checar a pureza do inóculo vão depender do tipo de microrganismo em questão:
Exame microscópico é um método utilizado para identificação de
contaminantes desde que se conheça a morfologia do microrganismo que estamos
trabalhando e que o contaminante tenha uma morfologia diferente
A detecção de substâncias produzidas pelos contaminantes e que não são
produzidas pelos
starters.
Ex.: culturas lácticas são todas catalase negativa, enquanto que a grande maioria
dos contaminantes são catalase positiva.
Repicar uma amostra para o meio onde o contaminante cresce bem e de
preferência tenha colônias características.
Em caso de a contaminação retornar para a cultura estoque, ou se houver a
suspeita de que esta está contaminada, fazer a repurificação estriando a cultura em
meio seletivo para a cultura desejada e proceder a purificação.
CARACTERÍSTICAS DAS BACTÉRIAS ÁCIDO LÁCTICAS
São anaeróbias facultativas: crescem melhor com baixa
tensão de oxigênio; São basicamente sacarolíticas: outros
componentes são pouco alterados
Produzem grande quantidade de ácido láctico: são ineficientes quanto a produção de
energia
Divisão quanto a fermentação da lactose: homo e heterofermentativas;
Mecanismos biossintéticos pobres: é necessário o suprimento
carboidratos, aminoácidos, lipídios, minerais, etc, para que se desenvolvam:
Não usam O2 no seu metabolismo, por isto não decompõem completamente
o alimento e seus metabólitos básicos acumulam no meio.
A única forma de metabolismo energético
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é a fermentação: São gram-positivas.
FERMENTAÇÃO POR STARTERS
É alteração da matéria-prima, formando alimentos com características
sensoriais agradáveis e proporcionando uma maior vida-de-prateleira.
Os primeiros produtos fermentados foram descobertos empiricamente e
serviam apenas para conservar. Após desenvolveu-se um certo gosto por produtos
fermentados, hoje fabricados para obter propriedades de conservação e atender a
demanda do mercado.
propriedades de conservação e atender a demanda do mercado.
E considerada como um método de preservação provocando modificações das
características químicas da matéria-prima e pelo fato de que os agentes conservadores
se formam como produto da mesma, por ação dos microrganismos são, no entanto
alterações dirigidas.
As transformações mais importantes de produtos alimentícios tem como
principal substrato os carboidratos.
Quase todos os conservantes produzidos por ação microbiana são ácidos
(ácido láctico) e álcool.
TIPOS DE FERMENTAÇÃO
Os microrganismos lácticos utilizados na indústria de alimentos uns são
homo e outros heterofermentativos, ou seja, alguns produzem apenas ácido
láctico (homofermentativos) como produto da transformação do substrato em questão
e, outros produzem ácido láctico e uma gama de outros ácidos que ficam incorporados
ao produto.
Láctica: picles, chucrute, azeitonas verdes, queijo, leites fermentados, produtos cárneos,
etc..
Alcoólica: vinho, cerveja, sucos de frutas fermentadas, licores, destilados. etc...
Acética: maionese, vinagre, etc.
IMPORTÂNCIA DO DESENVOLVIMENTO DA ACIDEZ
a) Controle de contaminações indesejáveis, antagonismo (patogênicos);
b) Ajuda na eliminação de
umidade. Ex. queijos. c)
Formação do sabor;
d) Formação de corpo e textura;
e) Facilita a ação de outros aditivos. Ex. a renina atua melhor em pH ácido;
f) Ajuste do pH adequado para os diversos processos fermentativos;
g) Conservação dos produtos (aumenta a vida útil ou vida-de-prateleira dos produtos.);
h) Produção de bacteriocinas (proteínas que são produzidas a partir de seu
metabolismo)
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IMPORTANCIA DO ÁCIDO LACTICO NOS PRODUTOS FERMENTADOS
a) Preservação do produto;
b) Seleção da flora microbiana, evitando contaminações;
c) Contribui para o sabor, aroma e flavor dos produtos fermentados;
d) Melhora a digestibilidade de alguns produtos: Ex.: a precipitação de proteínas
em partículas finas facilita a digestão enzimática;
e) Melhora a utilização do Cálcio, Fósforo e Ferro no organismo (são melhores
absorvidos em pH ácido);
f) Estimula a secreção do suco gástrico.
FATORES IMPORTANTES NO DESENVOLVIMENTO DA FERMENTAÇÃO
A presença de antibióticos constitui um sério problema para obtenção de
starters lácticos. A penicilina, muito utilizada para combater mamites, e a
aureomicina em concentrados da dieta. Os resíduos desses antibióticos no leite
produzem inibição dos microrganismos lácticos ate 96 horas após a aplicação ter sido
feita no animal.
Níveis de 0,05 a 0,10 U.I. de penicilina/mL inibem o desenvolvimento da
maioria dos
Streptococcus e 0,5 U.I./mL inibe por completo a fermentação.
Os Lactobacillus são mais resistentes, embora algumas espécies são
inibidas por completo com 5 U.I./mL de penicilina no leite.
Presença de resíduos de sanitizantes (iodóforos e amonioquaternários), os
iodóforos em baixas concentrações estimula a presença de ácidos enquanto que em
níveis maiores (50 a 100 ppm) a reduzem. Geralmente o cloro ativo em concentrações
entre 25 e 200 ppm impedem a fermentação láctica. Amonioquaternários, níveis entre
25 e 75 ppm causam diminuição da velocidade ou detenção da fermentação.
. IMPORTÂNCIA DAS CULTURAS STARTERS PARA INDÚSTRIA
As formas de obtenção e estocagem de culturas starters tem proporcionado o
aparecimento de culturas em melhores condições de uso do que as tradicionalmente
usadas. O estoque das culturas é mantido em plantas de processamento via sub culturas
em laboratório
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Série Biotecnologia Industrial:
Vol.1 Fundamentos, vol.2 Engenharia Bioquímica, vol.3 Processos Fermentativos e Enzimáticos, vol.4
Biotecnologia na Produção de alimentos.
Borzani, W. Schmidell, W Lima, U. A Aquarone, E. Editora Edgard Blucher Ltda, São Paulo, 2002.
2. Microbiologia: conceitos e aplicações. Pelczar, M. J.; Chan, E. C. S.; Krieg, N. R. Makron Books do
Brasil Editora Ltda, São Paulo, 1996.
http://www.fcfar.unesp.br/alimentos/bioquimica/guia_praticas.htm 24/07/2012
http://www.anbio.org.br/pdf/2/mct_recursos_biologicos.pdf
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Hino Nacional
Hino do Estado do Ceará
Ouviram do Ipiranga as margens plácidas
De um povo heróico o brado retumbante,
E o sol da liberdade, em raios fúlgidos,
Brilhou no céu da pátria nesse instante.
Poesia de Thomaz Lopes
Música de Alberto Nepomuceno
Terra do sol, do amor, terra da luz!
Soa o clarim que tua glória conta!
Terra, o teu nome a fama aos céus remonta
Em clarão que seduz!
Nome que brilha esplêndido luzeiro
Nos fulvos braços de ouro do cruzeiro!
Se o penhor dessa igualdade
Conseguimos conquistar com braço forte,
Em teu seio, ó liberdade,
Desafia o nosso peito a própria morte!
Ó Pátria amada,
Idolatrada,
Salve! Salve!
Brasil, um sonho intenso, um raio vívido
De amor e de esperança à terra desce,
Se em teu formoso céu, risonho e límpido,
A imagem do Cruzeiro resplandece.
Gigante pela própria natureza,
És belo, és forte, impávido colosso,
E o teu futuro espelha essa grandeza.
Terra adorada,
Entre outras mil,
És tu, Brasil,
Ó Pátria amada!
Dos filhos deste solo és mãe gentil,
Pátria amada,Brasil!
Deitado eternamente em berço esplêndido,
Ao som do mar e à luz do céu profundo,
Fulguras, ó Brasil, florão da América,
Iluminado ao sol do Novo Mundo!
Do que a terra, mais garrida,
Teus risonhos, lindos campos têm mais flores;
"Nossos bosques têm mais vida",
"Nossa vida" no teu seio "mais amores."
Ó Pátria amada,
Idolatrada,
Salve! Salve!
Brasil, de amor eterno seja símbolo
O lábaro que ostentas estrelado,
E diga o verde-louro dessa flâmula
- "Paz no futuro e glória no passado."
Mas, se ergues da justiça a clava forte,
Verás que um filho teu não foge à luta,
Nem teme, quem te adora, a própria morte.
Terra adorada,
Entre outras mil,
És tu, Brasil,
Ó Pátria amada!
Dos filhos deste solo és mãe gentil,
Pátria amada, Brasil!
Mudem-se em flor as pedras dos caminhos!
Chuvas de prata rolem das estrelas...
E despertando, deslumbrada, ao vê-las
Ressoa a voz dos ninhos...
Há de florar nas rosas e nos cravos
Rubros o sangue ardente dos escravos.
Seja teu verbo a voz do coração,
Verbo de paz e amor do Sul ao Norte!
Ruja teu peito em luta contra a morte,
Acordando a amplidão.
Peito que deu alívio a quem sofria
E foi o sol iluminando o dia!
Tua jangada afoita enfune o pano!
Vento feliz conduza a vela ousada!
Que importa que no seu barco seja um nada
Na vastidão do oceano,
Se à proa vão heróis e marinheiros
E vão no peito corações guerreiros?
Se, nós te amamos, em aventuras e mágoas!
Porque esse chão que embebe a água dos rios
Há de florar em meses, nos estios
E bosques, pelas águas!
Selvas e rios, serras e florestas
Brotem no solo em rumorosas festas!
Abra-se ao vento o teu pendão natal
Sobre as revoltas águas dos teus mares!
E desfraldado diga aos céus e aos mares
A vitória imortal!
Que foi de sangue, em guerras leais e francas,
E foi na paz da cor das hóstias brancas!