ACC - QUÍMICA - Fermentação

O que temos em comum ao fazer pão, queijo ou cerveja?

Para se fazer todos esses produtos dependemos de microrganismos e o processo é chamado de fermentação que é uma respiração anaeróbica. Ela ocorre sem a presença de oxigênio.

O açúcar glicose é uma das substâncias mais empregadas pelos microrganismos como ponto de partida na fermentação.

A molécula de glicose (6 átomos de carbono) é quebrada em duas moléculas de ácido pirúvico (3 átomos de carbono), com liberação de hidrogênio e energia, por meio de várias reações químicas

Diferentes organismos podem provocar a fermentação de diferentes substâncias. O gosto rançoso da manteiga, por exemplo, se deve a formação de ácido butírico causado pelas bactérias que fermentam gorduras. Já as leveduras (fungos) fermentam a glicose e as bactérias que azedam o leite fermentam a lactose (açúcar do leite).

 

Levedura

A  fermentação alcoólica é realizada pelas leveduras e produzem como produto final o etanol  e dióxido de carbono. Essas leveduras são utilizadas nas usinas  de açúcar e nas industrias de bebidas.

A fermentação lática é realizada pelos lactobacilos (bactérias presentes no leite), em que os produtos finais são o ácido lático e dióxido de carbono. Para isso, eles utilizam como ponto inicial, a lactose, o açúcar do leite, que é desdobrado, por ação de enzimas das células bacterianas, em glicose e galactose. Estes dois açúcares simples entram nas células onde são fermentados, originando ácido lático e CO_2..

Lactobacillus

A fermentação lática é utilizada na indústria de fabricação de iogurte, coalhadas e queijos.

Quando do esforço muscular exagerado é comum o acúmulo de ácido lático no músculo, isto porque a quantidade de oxigênio que estas células recebem para a respiração aeróbica é insuficiente para a liberação da energia necessária para a atividade muscular intensa. Nestas condições, ao mesmo tempo em  que as células musculares continuam respirando, elas começam a fermentar uma parte da glicose, na tentativa de liberar energia extra. O ácido lático acumula-se no interior da fibra muscular produzindo dores, cansaço e cãibras. Depois, uma parte desse ácido pirúvico é conduzida pela corrente sanguínea ao figado onde é convertido em ácido pirúvico.

Acetobactéria

As acetobactérias fazem a fermentação acética, em que o produto final é o ácido acético. Elas provocam o azedamento do vinho e dos sucos de frutas, sendo responsáveis pela produção de vinagres.

Assista o vídeo:

Atividade Curricular - Alunos de Ciências, Biologia e Química.

Leia com atenção o post acima, observe as figuras, assista ao vídeo; copie e responda as questões abaixo e entregue ao seu professor.

1- Qual a diferença entre respiração aeróbica e respiração anaeróbica?
2- Por que a manteiga fica rançosa quando muito tempo fora da geladeira?
3- Qual o microrganismo que realiza a fermentação alcoólica? Qual sua importância?
4- Para que é usada a fermentação lática?
5- Por que o esforço físico exagerado provoca cãibras?
6- Onde são utilizadas as acetobactérias?

Epigenética

Quando nos vemos ao espelho podemos perguntar " como é que, tendo todas as células do corpo o mesmo DNA, os nossos órgão têm aparências e funções tão diferentes?"

Com o progresso recente em epigenética, começamos agora a entender essa indagação. Sabemos hoje que as células usam o seu material genético de várias maneiras: os genes são ligados e desligados, resultando no nível surpreendente de diferenciação tecidular no nosso corpo.

Hélice de DNA

A epigenética descreve os processo celulares que determinam se um certo gene é transcrito e traduzido na proteína correspondente.. A mensagem pode ser transmitida por pequenas modificações químicas, reversíveis, na cromatina. Por exemplo, a adição de grupos acetil (acetilação) às proteínas ligadas ao DNA (as histonas) aumenta a transcrição. Por outro lado, a adição de grupos metil (metilação) a certas regiões reguladoras do próprio DNA reduz a transcrição. Estas modificações, em conjunto com outros mecanismos de regulação, são particularmente importantes durante o desenvolvimento embrionário - quando o momento exato de ativação da transcrição é crucial para assegurar uma diferenciação celular correta - mas continua a ter efeito na vida adulta.

As modificações epigenéticas podem ocorrer como resposta a estímulos ambientais, sendo a dieta alimentar um dos mais importantes. Os mecanismos através dos quais a dieta afeta a epigenética não estão completamente esclarecidos, mas conhecem-se bem alguns exemplos.

Durante o inverno de 1945/46, a Holanda sofreu uma fome terrível como resultado da ocupação alemã, e o aporte energético da população caiu para menos de 1000 calorias por dia. As mulheres continuaram a conceber e a ter filhos nesses tempos difíceis, e essas crianças são hoje adultos com cerca de setenta anos. Estudos recentes revelaram que estes indivíduos - expostos a restrições calóricas no útero materno - têm taxa mais elevada de doenças crônicas, como diabetes, doenças cardiovasculares e obesidade, que os seus irmãos. Os primeiros meses de gravidez parecem ter efeito mais importante no risco de doenças.

Epigenética - alterações da cromatina envolvem principalmente acetilação das histonas - que aumenta a transcrição - e o DNA de metilação, no qual grupos metílicos estão unidos covalentemente à citosina, tornando a estrutura da cromatina menos acessível. Essas mudanças dão reversíveis, permitindo que a atividade do gene seja adaptada para a mudança ambiental.

Como é que algo que aconteceu muito antes do nascimento pode influenciar a vida 60 anos mais tarde ? A resposta parece residir nas adaptações epigenéticas do feto como resposta às carências nutricionais a que esteve sujeito.

Não se sabe ainda quais são exatamente as alterações epigenéticas, mas descobriu-se que indivíduos expostos à fome   no útero têm um menor grau de metilação de um gene implicado no metabolismo da insulina ( o gene do fator de crescimento semelhante à insulina tipo II) do que seus irmãos não expostos. Isto tem algumas implicações surpreendentes: apesar de teoricamente as alterações epigenéticas serem reversíveis, modificações úteis que tiveram lugar durante o desenvolvimento embrionário podem persistir na idade adulta, apesar de já não terem utilidade e poderem mesmo ser prejudiciais. Algumas dessas modificações podem persistir por gerações, afetando os netos das mulheres expostas.

Duas larvas de abelha rainha a flutuar em geleia real na sua célula real. As larvas de rainha são alimentadas exclusivamente de geleia real, o que desencadeia o desenvolvimento do fenótipo rainha, permitindo a reprodução.

Os efeitos da dieta alimentar durante os primeiros estágios de vida na epigenética são também, claramente visíveis entre as abelhas. O que diferencia abelhas operárias, estéreis, da rainha, fértil, não é a genética, mas sim a dieta no estado larvar. As larvas destinadas a rainha são alimentadas exclusivamente de geleia real, uma substância segregada pelas abelhas operárias, que ativa o programa genético responsável pela fertilidade da rainha.

Outro exemplo surpreendente da influência da nutrição na epigenética durante o desenvolvimento foi encontrado em ratos. Indivíduos com um gene agouti ativo  têm pelo amarelo e propensão para a obesidade. No entanto, este gene pode ser desligado por metilação de DNA. Se uma ratinha agouti grávida receber suplemento dietético doador de grupos metil - como ácido fólico ou colina - os genes agouti do bebê ficam metilados e consequentemente inativos. Estes filhotes ainda possuem o gene agouti, mas não manifestam o fenótipo agouti: têm pelo castanho e não têm tendência acrescida para obesidade.

O modelo ratinho agouti. O fenótipo depende da dieta da mãe durante a gravidez. A: Normalmente o gene agouti está associado a pelo amarelo e tendência para obesidade.B: Ratinhos cuja mãe recebeu suplemento dietéticos doadores de metila têm o gene agouti metilado e portanto inativo o que resulta em fenótipo de pelo castanho e liso.

A ingestão insuficiente de ácido fólico está também implicada em certas anomalias de desenvolvimento em humanos, como espinha bífida e outros defeitos no desenvolvimento do tubo neural. Para evitar esses defeitos é muito usual prescrever suplementos de ácido fólico às mulheres grávidas ou que pretendem engravidar.

E sobre o efeito da dieta na epigenética em indivíduos adultos? Muitos componentes dos alimentos têm a capacidade de causar modificações epigenéticas em seres humanos. Por exemplo, brócolis e outros vegetais crucíferos contêm isotiocianatos, que podem aumentar a acetilação de histonas. A soja, por outro lado, é uma fonte de isoflavonagenisteína, que, segundo se crê, diminui a metilação do DNA em certos genes. O polifenol epigalocatequina-3-galato, presente no chá verde, têm várias funções biológicas, incluindo a inibição de metilação de DNA. A curcumina, presente no açafrão-da-índia (Curcuma longa), pode ter múltiplos efeitos na ativação de genes, visto que inibe a metilação de DNA e modula a acetilação de histonas.

A maioria dos dados coletados sobre estes compostos foram obtidos por experiências in vitro. Testaram-se em linhas celulares os compostos purificados e mediram-se os seus efeitos em alvos epigenéticos. Está ainda por provar que a ingestão de alimentos ricos em substâncias tem os mesmos efeitos que os observados em modelos celulares. 

No entanto, estudos epidemiológicos sugerem que populações que consomem elevadas quantidades de alguns destes alimentos parecem menos propensas a certas doenças. Mas muitos destes compostos têm outras funções biológicas além dos efeitos epigenéticos. Um alimento pode conter múltiplas moléculas biologicamente ativas, tornando difícil estabelecer uma correlação direta entre atividade epigênica e efeito global no organismo. Finalmente, todos os alimentos sofrem transformações no trato digestivo, pelo que não se sabe que porcentagem de composto ativo atinge realmente o alvo molecular.

Como resultados dos efeitos aumentados, as modificações epigênicas estão envolvidas no desenvolvimento de muitas doenças, incluindo alguns cânceres e doenças neurológicas. As células tornam-se malignas, ou cancerosas, quando modificações epigenéticas desativam genes supressores de tumores, genes que evitam a proliferação celular excessiva. Sendo estas modificações epigenéticas reversíveis, há grande interesse em encontrar moléculas - especialmente fontes alimentares - que possam reverter estas alterações prejudiciais e evitar a desenvolvimento de tumores.

Todos sabem que uma dieta rica em frutas e vegetais é saudável, mas há cada vez mais evidências de que pode ser muito mais do que isso e ter implicações muito significativas na saúde a longo prazo e na esperança de vida.

Observações:

Epigenética - qualquer atividade reguladora de genes que não envolve mudanças na sequência do DNA (código genético) e que pode persistir por uma ou mais gerações. Da mesma maneira que as células herdam genes, elas herdam também um grande número de informações que determinam quando estes genes devem ser ativados e em que tecido. Importante: permite que as células tenham características diferentes, mesmo possuindo o mesmo DNA.

O termo "epigenética", primeiro criado em 1942, se refere ás características hereditárias das células que não envolvem mudanças na sequência de bases nitrogenadas do DNA.

Os dois mecanismos epigenéticos predominantes são: metilação do DNA e modificação na proteína ligada ao DNA denominada de histona.

Consequência da metilação: a metilação afeta a estrutura da molécula de DNA, e consequentemente o desenvolvimento da célula. As sequências que são metiladas não são transcritas, enquanto as sequências sem metilação estão sendo transcritas ativamente.

Metilação: acréscimo de um radical metil na base nitrogenada citosina, formando a metil-citosina

A metilação consiste na adição de grupamento metila à base citosina (C) do DNA, dependendo de suas posições na molécula, tanto o DNA procariótico quando o eucariótico podem ser metilados; a metilação é catalizada por enzimas, sendo fundamental na regulação do "silenciar dos genes", regulação das funções das proteínas, metabolismo de RNA além de estar presente no metabolismo da bactéria.

O ácido fólico é uma vitamina do complexo B, presente em todas as farinhas de trigo e milho, além dos produtos derivados do milho. A vitamina previne a má formação do tubo neural (estrutura precursora do cérebro e da medula espinhal).

Fontes:www.scienceinschool.org/2014/issue28/epigenetics
          www. geneticavirtual.webnode.com.br.

Responda as questões abaixo :
1) Qual o significado de Epigenética ?
2) Por que é muito usual prescrever suplementos de ácido fólico ás mulheres grávidas ou que pretendem engravidar?
3) O que diferencia as abelhas operárias, estéreis, da rainha?
4) Qual o estímulo mais importante que pode levar a ocorrer as modificações epigenéticas ?