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Biologia 12
ABIOLOGIAE OSDESAFIOSDAATUALIDADE
II–Alimentação,AmbienteeSustentabilidade
Unidade 4 – Produção de alimentos e sustentabilidade
Fermentação
e atividade
enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 2
Cultivo de
plantas e
criação de
animas
Conservação,
melhoramento
e produção de
alimentos
Controlo de
pragas
Microbiologia e indústria alimentar
3
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano
Breve história
 7000 a. C. – surge a primeira referência ao fabrico
da cerveja (Babilónia Antiga)
 3500 a. C. – já era conhecida a arte de fabricar
vinho (Assírios)
 3000 a. C. – já era produzida manteiga e eram
conhecidas as técnicas de salga de carnes e de
peixe (Sumérios – primeiros criadores de gado)
 3000 a. C. – já era produzida manteiga, leite e
queijos (Egípcios)
 1200 a. C. – o sal era utilizado na conservação de
alimentos (Judeus)
 1000 a. C. – utilização da neve para conservação
de carnes e produtos marinhos, assim como,
surgem as técnicas de defumação de carnes e
melhoram as técnicas de produção queijos e
vinhos (Romanos)
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 4
Breve história
 Século XIX – Louis Pasteur (1822-1895)
pôs em evidencia a atividade de
microrganismos na alteração de alimentos.
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 5
Microrganismos
Ambiente
Doenças
Decomposição
e
Conservação
Biotecnologia
Engenharia
genética
Fermentação e atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 6
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 7
Ocorre no citoplasma das células
Compreende duas etapas
 Glicólise - conjunto de reação
que degradam a glicose até à
formação de 2 moléculas de
ácido pirúvico
 Redução do ácido pirúvico –
conjunto de reações que
conduzem à formação dos
produtos da fermentação
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 8
Glicólise
Consideram-se duas fases:
 FASE DE ATIVAÇÃO - a glicose é
duplamente fosforilada, convertendo-se em
frutose-difosfato que, em seguida se
desdobra em duas moléculas de aldeído-
fosfoglicérico (PGAL), com 3C
 FASE DE RENDIMENTO
Ocorre a oxidação de PGAL por remoção de
dois átomos de hidrogénio (2H+ + 2e-).
Redução da coenzima NAD
NAD+ + 2e- → NAD- + 2H+ → NADH + H+
Ocorre a síntese de 4 moléculas de ATP, a partir da fosforilação de 4
moléculas de ADP e 4 fosfatos perdidos pelo substrato.
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 9
Glicólise
 Na primeira fase
gastaram-se 2 ATP
 Na segunda formaram-
se 4ATP
 Saldo positivo de 2
ATP
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 10
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
 O piruvato sofre uma
descarboxilação e
transforma-se em aldeído
acético / acetaldeído.
 Em seguida sofre uma
redução, recebendo o
hidrogénio transportado
pelo NADH e transforma-
se em álcool
etílico/etanol.
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 11
FERMENTAÇÃO LÁTICA
 O piruvato sofre
uma redução,
recebendo o
hidrogénio
transportado pelo
NADH e
transforma-se em
ácido lático.
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 12
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 13
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 14
 No organismo humano, ao nível das células musculares, também pode ocorrer
fermentação lática, acumulando-se ácido lático que origina dores intensas, sendo
rapidamente metabolizado no fígado, sob risco de se tornar altamente tóxico para o
organismo.
 Tal ocorre quando da prática de exercício físico intenso, em que as células
necessitam de elevadas quantidades de energia recorrendo por isso à respiração
e, na ausência de oxigénio, à fermentação.
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 15
As leveduras do género Saccharomyces cerevisae são
utilizadas na produção de vinho, cerveja e pão.
Fabrico de bebidas alcoólicas
 O açúcar da uva é utilizado pelas leveduras, presentes
na casca da uva, para obtenção de energia, por
fermentação.
 O CO2 é libertado
 O álcool é retido
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 16
 O açúcar da farinha é utilizado pelas
leveduras, para obtenção de energia,
por fermentação
 O Co2 libertado contribui para levedar a
massa, tornando-a leve
 O álcool evapora
Fabrico do pão
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 17
Fabrico de produtos lácteos
O ácido láctico altera o pH do meio, sendo,
responsável pela coagulação das proteínas.
 Queijo
 Iogurte
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 18
Fermentação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 19
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 20
Energia de ativação de uma reação
Em todas as células de um organismo vivo ocorre um número
infindável de reações químicas. Estas reações implicam a quebra, e
posteriormente, a formação de ligações.
• Para iniciar uma reação química é necessário fornecer energia ao
sistema – energia de ativação.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 21
• A maior parte das reações que
ocorrem nos seres necessitam de
uma elevada energia de ativação.
Esta ao ser elevada faz com que a
velocidade da reação seja muito
lenta.
► Na presença da enzima a velocidade da
reação é muito superior à velocidade da
reação não catalisada.
► Atuam apenas sobre a cinética das
reações, aumentando as velocidades
tornando possíveis reações que seriam
muito lentas na ausência do catalisador.
Não alteram a termodinâmica.
• Para que estas reações ocorram a velocidades compatíveis com a
vida do ser é necessário a presença de catalisadores específicos -
enzimas.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 22
Ciclo Catalítico
As enzimas catalisam as reações químicas, aumentando a
velocidade de conversão dos substratos em produtos, sem se
consumirem nesta reação.
1 - O substrato liga-se ao centro ativo da enzima;
2- A ligação ao substrato induz a alteração da forma da enzima;
3 - Os aminoácidos do centro ativo transformam o substrato;
4 - A enzima liberta os produtos da reação e fica livre para ligar
outra molécula de substrato e reiniciar o ciclo catalítico.
http://youtu.be/Pvgpk75us18?list=PLC7zMteRKSOJO48-gKsqYxM6z0YH-
ZBLG
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 23
Via Metabólica
O substrato inicial é
transformado pela enzima 1.
O produto da enzima 1 é o
substrato da enzima 2 e
assim sucessivamente, o
substrato de uma enzima é o
produto da enzima anterior.
Se, numa via metabólica,
uma enzima não funcionar,
vai acumular-se o produto da
enzima anterior e nunca se
chega ao produto final.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 24
Propriedades das enzimas
• Aumentam a velocidade
das reacções através da
diminuição da energia de
ativação;
• Não são destruídas nas
reações;
• Não alteram o equilíbrio
químico das reações;
• São específicas para o
substrato onde atuam;
• A sua atividade é
influenciada por fatores
ambientais.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 25
Estrutura das enzimas
• As enzimas são moléculas proteicas, de estrutura tridimensional
(estrutura terciária), sendo constituídas por uma ou mais cadeias
polipeptídicas dobradas – forma globular.
• O centro ativo tem uma configuração complementar à do
substrato. O centro ativo apenas reconhece os substratos específicos.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 26
Interação enzima - substrato
1 - Diminuição da concentração de substrato (consumidos);
2 - Produção de produtos a partir dos reagentes (substrato);
3 - Formação do complexo enzima-substrato que deixa de existir no
final;
4 – Inicialmente, a concentração de enzima livre diminui,
retomando os valores iniciais no final.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 27
Interação enzima - substrato
• A especificidade da enzima está relacionada com a
complementaridade entre enzima e substrato.
→ Especificidade absoluta: a enzima atua apenas sobre um
determinado substrato.
Ex: Amilase salivar (actua apenas sobre o amido).
→ Especificidade relativa: a enzima atua sobre um conjunto de
substratos química e estruturalmente semelhantes.
Ex: Lipases (atuam sobre diferentes lípidos) ; Proteases (atuam sobre diferentes
proteínas).
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 28
Modelo de Fischer / chave - fechadura (1894)
• O centro ativo da enzima é uma estrutura rígida, onde apenas
pode encaixar um substrato com uma forma complementar a esse
centro.
• Pressupõe que o centro ativo e o substrato possuem formas
complementares, sendo que o substrato se ajusta como uma chave
se ajusta numa fechadura, havendo um encaixe perfeito.
http://youtu.be/_IKyeGZjZiI?list=PLC7zMteRKSOJO48-gKsqYxM6z0YH-ZBLG
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 29
Modelo de Koshland / encaixe induzido (1959)
• A interação enzima-substrato é mais dinâmica, ou seja, o
substrato interage com a enzima induzindo a que ocorram
transformações estruturais no centro ativo tornando-o
complementar ao substrato aquando da ligação entre ambos.
• O substrato determina a forma do centro ativo da enzima e
posteriormente, a sua forma final.
• Pesquisas recentes sugerem que também a enzima leva a que
ocorram transformações no substrato, havendo uma verdadeira
interacção enzima-substrato.
http://youtu.be/S7aiqJW2xoc?list=PLC7zMteRKSOJO48-gKsqYxM6z0YH-ZBLG
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 30
Holoenzimas (apoenzimas + cofatores)
• Algumas enzimas para além de serem constituídas pela molécula
proteica (apoenzima), são também constituídas por substâncias não
proteicas (cofatores).
• Estes dois componentes isolados não possuem poder catalítico.
Apenas quando estes dois estão em conjunto a enzima (holoenzima)
se torna ativa.
► Exemplos de cofatores:
• Iões metálicos (Mg 2+ ; Fe 2+; Cu 2+)
• Compostos orgânicos não proteicos como as vitaminas.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 31
Inibição da atividade enzimática
• As substâncias que provocam a diminuição da atividade enzimática
designam-se por inibidores enzimáticos.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 32
Inibição da atividade enzimática – Reversível competitiva
• Uma molécula estruturalmente semelhante com o substrato liga-
se ao centro ativo da enzima impedindo a ligação do substrato
• Compete com o substrato, diminuindo a atividade enzimática.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 33
Inibição da atividade enzimática – Reversível não competitiva
• O inibidor liga-se a sítios específicos de algumas enzimas (centro
alostérico) induzindo alterações ou distorções do centro ativo. Altera-
os impedindo a ligação do substrato.
• Diminui a atividade enzimática.
• Não há competição entre o inibidor e o substrato.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 34
Inibição da atividade enzimática – Inibição do produto final
► O produto de uma reação
(ou de uma via metabólica)
pode inibir a ação de uma
enzima, interrompendo a
continuação das reações, até
que o excesso desse
produto seja gasto pela célula
e ative novamente a atividade
enzimática.
► Processa-se segundo um
mecanismo de feedback
negativo.
► Este controlo evita a
produção excessiva de certas
moléculas e permite à célula
poupar energia.
► O produto final liga-se à
enzima 1 inibindo-a.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 35
Indução da atividade enzimática
• Conseguida a partir da ligação de indutores à enzima
• A ligação do indutor provoca alterações no centro ativo,
induzindo a atividade enzimática.
http://youtu.be/PILzvT3spCQ?list=PLC7zMteRKSOJO48-gKsqYxM6z0YH-ZBLG
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 36
Fatores ambientais que afetam a atividade enzimática
• A atividade enzimática é também influenciada por fatores
ambientais do meio.
► Fatores ambientais :
Temperatura,
pH,
concentração de substrato.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 37
Fatores ambientais : Temperatura
• A velocidade da reação aumenta com o aumento da temperatura,
dado que a energia de ativação também aumenta o que conduz a
uma elevada atividade enzimática.
• No caso do homem, a temperatura óptima situa-se próxima dos
37ºC. Temperaturas superiores causam a desnaturação da enzima,
ficando esta inativa (destruída).
• Baixas temperaturas tornam as enzimas inativas.
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 38
Fatores ambientais : pH
• O pH influencia a carga dos aminoácidos, afetando o centro ativo
da enzima, influenciando a atividade enzimática.
W – Pepsina
X – Amílase
salivar
Z - Tripsina
• Assim, há enzimas cuja atividade ótima se obtém em meio ácido
(Ex: Pepsina) outras em meio neutro (Ex: Amílase salivar) e outras
em meio básico (Ex: Tripsina).
Atividade enzimática
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 39
Fatores ambientais : Concentração de substrato
• A velocidade de reação é tanto maior quanto maior for o teor em
enzimas, enquanto houver substrato disponível.
• A velocidade da reação é proporcional à concentração de substrato
até um determinado valor máximo, a velocidade torna-se constante.
• A velocidade máxima é conseguida quando todas as moléculas da
enzima estiverem ocupadas na catálise.
• Com os centros ativos ocupados, atinge-se o ponto de saturação,
por mais que a concentração de substrato aumente a velocidade é
constante.
https://www.youtube.com/watch?v=E2UNc5zBejc
Classificação e nomenclatura das enzimas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 40
 A designação das foi estabelecida em 1883 por Duclaux. Esta
utiliza o nome do substrato sobre o qual as enzimas atuam,
acrescentando o sufixo – ase.
Exemplo:
Maltose – Maltase
Proteínas – Protease
No entanto, não é especifica o tipo de transformação que ocorre
durante a catálise.
 Em 1961, a União Internacional de Bioquímica, estabeleceu uma
classificação de enzimas. Estas são divididas em seis categorias
principais, de acordo com o tipo de reação que catalizam.
Classificação e nomenclatura das enzimas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 41
Oxidorredutases – catalisam reações redox
AH2 + B A + BH2
Transferases – catalisam reações em que existe transferência de
um grupo químico de um composto para outro.
AB + C A + BC
Hidrolases – catalisam reações de hidrólise.
A + H2O B + C
Liases – catalisam reações em que ocorre a remoção de um grupo
de uma molécula sem envolver hidrólise.
A B + C
Isomerases – catalisam a transformação de um isómero noutro.
Glicose fosfato Frutose fosfato
Ligases – catalisam reações em que ocorre síntese de moléculas,
utilizando a energia obtida por hidrólise de uma molécula de ATP.
A + B + ATP AB + ADP + Pi
Ponto de situação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 42
Os microrganismos com maior importância na indústria
alimentar pertencem ao grupo dos fungos e ao grupo das
bactérias.
Entre os vários processos fermentativos salientam-se a
fermentação alcoólica, a fermentação acética e a fermentação
lática.
A vinificação, a panificação e a produção de laticínios
envolvem processos de fermentação desencadeados por
microrganismos.
Na sua maioria, as enzimas são proteínas globulares,
apresentando, em regra, maiores dimensões que o substrato
sobre o qual atuam.
As enzimas apresentam elevado grau de especificidade,
tanto para o tipo de reação que catalisam como para o
substrato sobre o qual atua.
Muitas enzimas só atuam quando ligadas a moléculas não
proteicas chamadas cofatores.
Ponto de situação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 43
Quanto ao modo de atuação das enzimas, considera-se o
modelo de Fisher, ou modelo de chave-fechadura, e o
modelo de Koshland, ou modelo do encaixe induzido.
A atividade enzimática pode ser condicionada por
inibidores em situações de inibição reversível ou não
reversível. A inibição reversível pode ser competitiva ou
não competitiva.
As enzimas agem em condições compatíveis com a vida,
existindo vários fatores do meio, como a temperatura, o
pH, a concentração do substrato e a presença de
inibidores, que interferem na sua atividade.
Conservação, melhoramento e produção de
novos alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 44
Os processos industriais de produção de alimentos incluem:
o processamento de matérias-primas para produzir alimentos
estáveis;
a utilização de microrganismos ou de produtos da sua atividade;
a distribuição de alimentos com as características de um produto
seguro.
Desde a Antiguidade que o Homem dispõe de técnicas de
conservação de alimentos:
sal;
açúcar;
tratamento térmico;
desidratação (seca);
acidificação (produção de picles);
tratamento com fumo.
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 45
Alimento seguro – considera-se o alimento que não prejudica a
saúde do consumidor
DETERIORAÇÃO DOS ALIMENTOS
Está associada a:
Crescimento e atividade de microrganismos;
Insetos;
Ação de enzimas autolíticas do próprio alimento;
Reações químicas espontâneas não catalisadas por enzimas;
Alterações físicas causadas pela temperatura, pressão e humidade,
entre outras.
Deterioração por microrganismos
● A deterioração por microrganismos é muito frequente e
particularmente grave em termos de saúde pública.
● Os microrganismos que contaminam os alimentos são
bactérias, fungos e leveduras.
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 46
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 47
Os métodos de conservação de alimentos visam:
► Evitar ou retardar o desenvolvimento de microrganismos
indesejáveis;
► Evitar ou retardar a alteração dos alimentos devido a fenómenos
de autólise.
FORMAS TRADICIONAIS DE CONSERVAR OS ALIMENTOS
salga Solução de
açúcar
Conserva em
ácidos
Desidratação
e fumagem
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 48
Os diferentes métodos de conservação podem atuar de
maneira diferente
► Alguns, permitem destruir parcial ou totalmente os microrganismos
responsáveis pela alteração dos produtos alimentares.
► Outros apenas retardam o crescimento dos microrganismos responsáveis
pela alteração.
► Existem, ainda, métodos que eliminam parcial ou totalmente os
microrganismos que se encontram na superfície ou no interior dos alimentos.
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 49
►ESTERELIZAÇÃO:
● O alimento é preparado e introduzido num recipiente que é
fechado e submetido a uma temperatura superior a 100ºC.
● Destrói os microrganismos e as enzimas.
● Alguns esporos podem sobreviver.
● Algumas características dos alimentos podem ficar alteradas.
● Aplicado a enlatados – vegetais, cogumelos, frutos, peixe, etc.
►PASTEURIZAÇÃO
● Utiliza temperaturas inferiores a 100ºC.
● A combinação temperatura /tempo aplicada depende das
características dos alimentos.
● Aplicado a leite, iogurtes, natas, queijos frescos, sumos de fruta.
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 50
►PASTEURIZAÇÃO
Biotecnologia na conservação de alimentos
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2020/2021 Biologia 12.º Ano 51
►PASTEURIZAÇÃO
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 52
►REFRIGERAÇÃO
● A refrigeração comercial utiliza uma temperatura entre 5 e 7,2ºC.
● Reduz o crescimento da maior parte dos agentes patogénicos, mas
os microrganismos mais resistentes ao frio continuam a
desenvolver-se.
● Aplicado a fiambre, carne, peixe, queijos frescos.
►CONGELAÇÃO
● Conservação dos alimentos a uma temperatura igual ou inferior a -
18ºC. A congelação rápida evita a formação de grandes cristais de
gelo.
● Inibe o crescimento de todos os microrganismos, mas continuam a
ocorrer muito lentamente reações de autólise no alimento.
● Aplicado a carne, peixe, marisco, ervilhas e outros vegetais,
alimentos pré-cozinhados.
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 53
► Comparação de MÉTODOS TÉRMICOS na conservação de Alimentos
Biotecnologia na conservação de alimentos
54
►IRRADIAÇÃO
● Consiste na sujeição dos produtos alimentares a uma fonte de
radiação, geralmente ultravioleta ou ionizante.
● A aplicação da radiação permite destruir os microrganismos,
retardar a germinação e a maturação de alguns frutos e legumes,
destruir insetos e parasitas.
● A irradiação de espaços e utensílios de manipulação de alimentos
permite reduzir os índices de contaminação.
● Pode produzir odores e sabores desagradáveis e teme-se que
conduza à formação de produtos cancerígenos.
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano
Biotecnologia na conservação de alimentos
► LIOFILIZAÇÃO
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 55
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 56
► ATMOSFERA MODIFICADA
● Remoção total do ar na embalagem (no vácuo) ou substituição da
atmosfera da embalagem por uma mistura gasosa que favorece a
conservação.
● Nessa mistura é aumentada a concentração de CO2 e é diminuída
a concentração de O2, em relação ao ar atmosférico.
● Aplicado a carne, charcutaria (vácuo), frutos e vegetais (atmosfera
modificada).
► ADITIVOS ALIMENTARES
São compostos químicos adicionados aos alimentos, que permitem:
● melhorar as suas propriedades como a aparência, o sabor, a cor, a
textura e o conteúdo nutritivo ;
● melhorar a sua conservação, evitando a desidratação, a oxidação ou
o ataque de microrganismos.
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 57
Atualmente, é usual a introdução de aditivos na maioria dos
alimentos
Os aditivos visam melhorar a textura, a consistência, estabilizar
os alimentos, conservá-los por mais tempo ou realçar o seu sabor.
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 58
► ADITIVOS ALIMENTARES
● Podem mascarar a carência de certos nutrientes ou a presença de
outros sem qualidade.
● Alguns podem ser tóxicos.
● Os aditivos são referidos nos rótulos dos alimentos por um código
composto pela letra E seguida de um número com três
algarismos.
● Aplicado a refrigerantes, bolos, gelados, charcutaria, molhos,
aperitivos.
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 59
► FILTRAÇÃO ESTERELIZANTE
● Consiste na passagem do líquido através de um
filtro muito fino, de forma a reter os microrganismos.
● Este método tem a vantagem de permitir a
eliminação de microrganismos, conservando as
características nutritivas, sem necessidade de aplicar
aditivos alimentares.
● A filtração pode ser utilizada no tratamento da
água, sumos, vinagre, cerveja, vinho, óleos vegetais,
etc.
Biotecnologia na conservação de alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 60
► Vantagens da conservação
Biotecnologia no melhoramento e produção de novos
alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 61
Biotecnologia no melhoramento e produção de novos
alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 62
Biotecnologia no melhoramento e produção de novos
alimentos
63
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano
Utilização de enzimas
Biotecnologia no melhoramento e produção de novos
alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 64
Enzimas imobilizadas
Biotecnologia no melhoramento e produção de novos
alimentos
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2020/2021 Biologia 12.º Ano 65
As enzimas imobilizadas são utilizadas em :
● Produção de antibióticos;
● Redução dos níveis de lactose no leite;
● Conversão da glicose em frutose;
● Produção de biossensores.
Biotecnologia no melhoramento e produção de novos
alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 66
TRANSFORMAÇÃO BIOTECNOLÓGICA DE ALIMENTOS
► Transformação por catálise microbiana
► Transformação por catálise enzimática
► Transformação por manipulação genética
► Alimentos obtidos por catálise microbiana
Bactérias - Lactococcus termophilus e Lactobacillus bulgaricus 1 :1 – iogurte
Streptococus ou Lactobacillus - queijo
Biotecnologia no melhoramento e produção de novos
alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 67
► Alimentos obtidos por catálise microbiana
Biotecnologia no melhoramento e produção de novos
alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 68
► Alimentos obtidos por catálise enzimática
Pectinases
► Sumos de
fruta
► Vinho
▪ aumentar o
rendimento
da produção
▪ clarificação
Papaína
e
ficina
► Carne
mais tenra
Lactase
► galactose e
glicose
O soro
processado
pode ser usado
como bebida, e
na panificação
Biotecnologia no melhoramento e produção de novos
alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 69
► Alimentos obtidos por manipulação genética
Biotecnologia no melhoramento e produção de novos
alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 70
► Alimentos obtidos por manipulação genética
“Arroz dourado” - arroz com elevados níveis de pró-vitamina A e
ferro.
Biotecnologia no melhoramento e produção de novos
alimentos
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 71
► Alimentos obtidos por manipulação genética
Alteração na maturação do fruto
Ponto de situação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 72
 O desenvolvimento microbiano nos alimentos é influenciado pelas
características do próprio alimento e pelas condições ambientais em
que se encontra.
 A deterioração pode ocorrer como resultado da atividade de
enzimas autolíticas ou da atividade de micróbios contaminantes.
 As técnicas de conservação de alimentos mais utilizados têm como
base processos de frio, de calor ou processos químicos.
 Os microrganismos têm lugar privilegiado nas novas biotecnologias
utilizadas na indústria alimentar, intervindo em vários processos que
conduzem ao melhoramento e à produção de novos alimentos.
 Na maioria dos processos de biotecnologia microbiana, os fatores
ambientais em que decorre a fermentação são criteriosamente
controlados.
 As transformações biotecnológicas dos alimentos podem efetuar-se
por: catálise microbiana; catálise enzimática e manipulação
genética.
 A utilização de alimentos obtidos por transformações
biotecnológicas pode ser uma das soluções para minimizar
problemas alimentares a nível mundial.
Exploração das potencialidades da
Biosfera
73
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 74
Biosfera - é um subsistema terrestre que inclui todos os
organismos existentes e as suas inter-relações, bom como
os ambientes em que se desenvolvem.
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 75
Biodiversidade – é entendida como a multiplicidade de
seres vivos de diferentes espécies que se agrupam em
populações pertencente a diversas espécies que interagem
numa variedade de comunidades e de ecossistemas,
diferenciando-se a nível genético.
Redução da
biodiversidade
Introdução de
espécies
exóticas
Destruição de
habitats
Caça e pesca
intensiva
Comercialização
de seres com
valor comercial
Poluição
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 76
Desflorestação – ou seja, a destruição intensiva dos
habitats florestais, tem vindo a experimentar uma tal
amplitude que põe em risco a sua imensa biodiversidade.
Entre as principais causas antrópicas de desflorestação podem
referir-se:
 conversão em vastas áreas destinadas à agricultura e pecuária;
 fragmentação devida à construção de vias de comunicação e
expansão de centros urbanos;
 sobrexploração de madeiras;
 incêndios;
 poluição atmosférica;
 introdução de espécies invasoras que, muitas vezes, competem
com as espécies autóctones, podendo conduzir à sua eliminação.
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 77
Agricultura
Até meados do século XX praticava-se uma agricultura tradicional de
tipo familiar em regime de policultura.
A partir de meados do século XX passou-se a praticar uma agricultura
industrializada com monocultura intensiva.
Quando se pratica a agricultura, criam-se ecossistemas artificiais, os
ecossistemas agrários ou agrossistemas.
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 78
Agricultura biológica
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 79
Degradação dos solos
 Todos dependem do solo, meio essencial ao
crescimento das plantas.
 Os solos são formados por uma mistura
complexa de: componentes orgânicos,
minerais, água e ar.
 O solo constitui uma camada relativamente
fina muito frágil à superfície dos continentes.
A desertificação consiste na perda da parte superior do
solo.
 Como consequência terrenos agrícolas antes produtivos
ficam sem possibilidade de serem cultivados.
 Esta é consequência das alterações climáticas e das ações
antrópicas.
Cultivo de plantas e criação de animais
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 80
Iniciou-se quando o ser humano utilizou, pela primeira vez, o
cruzamento de espécies.
Então surgiu a:
 Reprodução seletiva em plantas:
clonagem de plantas;
regeneração de plantas a partir de protoplastos;
engenharia genética no melhoramento de plantas.
 Reprodução seletiva de animais:
cruzamento seletivo;
engenharia genética na criação de animais.
Reprodução seletiva de plantas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 81
 Seleção de espécies fazendo cruzamentos entre plantas com
características que se desejam estejam reunidas na mesma
planta. O que permitiu o aparecimento de variedades novas e
mais rentáveis.
 Selecionar novas variedades de plantas por isolamento
progressivo conduz à obtenção de novas plantas, cujo programa
genético associa caracteres que existiam separados nos
progenitores.
Reprodução seletiva de plantas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 82
 Seleção de espécies fazendo cruzamentos entre plantas com
características que se desejam estejam reunidas na mesma
planta. O que permitiu o aparecimento de variedades novas e
mais rentáveis.
 Selecionar novas variedades de plantas por isolamento
progressivo conduz à obtenção de novas plantas, cujo programa
genético associa caracteres que existiam separados nos
progenitores.
Reprodução seletiva de plantas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 83
 Clonagem de plantas
O termo clonar diz respeito a processos de reprodução que
originam descendência geneticamente idêntica.
O conjunto de
indivíduos
geneticamente
idênticos obtidos
por multiplicação
vegetativa num
processo de
clonagem constitui
um clone.
Reprodução seletiva de plantas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 84
 Clonagem por micropropagação:
 remoção dos explantes;
 colocação do explante num meio de cultura;
 desenvolvimento do explante num meio de cultura controlado e
formação de uma calo;
 transferência de fragmentos do calo para meios de cultura
sucessivos a fim de obter plantas jovens.
Reprodução seletiva de plantas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 85
 Totipotência – quando cada célula viva e nucleada tem a
capacidade de se diferenciar em qualquer tipo de célula e formar
diferentes tecidos, é crucial nos processos de clonagem.
Clonagem de plantas
Vantagens Desvantagens
 Utilização de um só indivíduo,
que é selecionado pelas suas
características.
 As características
selecionadas encontram-se em
todo o clone.
 As plantas apresentam maior
vigor.
 Produção numerosa, rápida,
homogénea e económica.
Técnica altamente
especializada.
 Pode conduzir a uma redução
considerável da diversidade das
espécies cultivadas.
 A homogeneidade das
culturas pode torná-las mais
sensíveis a doenças e à
alteração do meio.
Reprodução seletiva de plantas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 86
 Regeneração de plantas a partir de protoplastos
 As células vegetais encontram-se ligadas às células ajacentes
por uma matriz de pectinas.
 A matriz e a parede celular podem ser degradadas por
processos mecânicos ou enzimáticos.
 A destruição da matriz e da parede conduz ao isolamento de
células vegetais que se designam por protoplastos.
Reprodução seletiva de plantas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 87
Engenharia genética no melhoramento de plantas
Reprodução seletiva de plantas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 88
Engenharia genética no melhoramento de plantas
Transgenes – genes isolados com interesse e transferidos para o
genoma de outro organismo.
Transgénese – transformação genética que conduz à obtenção de
Organismos Geneticamente Modificados (OGM).
As plantas apresentam características que facilitam o melhoramento
genético:
 possuem um ciclo de vida curto, o que permite uma seleção
rápida de novas características;
 podem ser autofecundadas, permitindo a fixação de uma nova
característica introduzida;
 produzem numerosa descendência, o que permite o aparecimento
de mutações, aumentando a diversidade.
Reprodução seletiva de animais
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 89
 Semelhante à das plantas.
 Cruzamentos entre animais com certas características para obter
organismos com as características desejadas.
Globalmente, entre as razões que levam os criadores a selecionar
animais, destacam-se:
 produção de melhor carne, leite e ovos;
 obtenção de maior descendência;
 obtenção de animais mais resistentes a doenças e a parasitas.
Reprodução seletiva de animais
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 90
Reprodução seletiva de animais
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 91
Engenharia genética na criação de animais
 A transgénese animal foi realizada com sucesso, pela primeira vez
em 1982.
 Animais geneticamente modificados são utilizados como modelos
para o estudo de doenças humanas.
 Mais do que nas plantas, nos animais levantam-se questões
éticas, tais como:
 interesses económicos do processo;
 possibilidade destes fugirem do “laboratório” e começarem a
cruzarem-se com as espécies naturais;
 bem-estar dos animais.
Controlo de pragas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 92
Pragas – são organismos que reduzem a qualidade, a
possibilidade de utilização e o valor dos recursos úteis.
Em Portugal o exemplo mais conhecido foi a ação da filoxera sobre as
vinhas, no século XIX.
Controlo de pragas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 93
Que meios podem ser utilizados para proteger as culturas das
pragas?
Podem ser utilizados diferentes processos:
 Luta química – que implica a utilização de pesticidas, produtos
químicos que combatem espécies nocivas ou que funcionam como
reguladores de crescimento.
 Luta biológica – é um processo natural que desde sempre
existiu na natureza.
 Luta integrada – associa técnicas de métodos de proteção
biológica e química.
 Controlo genético – recorre-se à engenharia genética para
selecionar as característias que interessam.
Controlo de pragas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano
94
Luta química
Conforme o seu espetro de ação os pesticidas pode ser classifcados em:
Pesticidas Características e modo de atuação
Inseticidas
Eliminam insetos e podem atuar de diferentes modos:
 contacto, penetrando através da cutícula;
 ingestão, sendo absorvidos com os alimentos;
 asfixa;
 inseticidas sistémicos, são transportados pela seiva
das plantas e são absorvidos simultaneamente com a seiva
pelos insetos consumidores.
Herbicidas
 Herbicidas totais, que eliminam todas as plantas, mas o
seu uso na agricultura é limitado.
 Herbicidas seletivos que atuam apenas sobre
determinadas espécies e podem:
 inibir a germinação das sementes, impedindo o
desenvolvimento das plântulas;
 bloquear a fotossíntese.
Fungicidas
Combatem fungos, como o míldio e o oídio, entre outros,
que parasitam plantas:
 inibindo a germinação de esporos;
 destruindo os fungos que vivem sobre as plantas,
impedindo a sua reprodução.
Controlo de pragas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano
95
Luta química
O tempo durante o qual, após a aplicação, o pesticida mantém a sua
toxicidade designa-se por persistência.
A aplicação de pesticidas com um determinado fim pode afetar outras
populações dos ecossistemas, tendo dois tipos de efeitos indesejáveis:
 Bioacumulação – ocorre devido à acumulação das moléculas dos
pesticidas em tecidos e órgãos ou na água levando a sua propagação.
 Bioampliação – à medida que vai percorrendo a cadeia alimentar a
concentração de pesticidas vai sendo cada vez maior.
Investigação sobre a luta química
Os cientistas continuam a investigas no sentido de encontrar
pesticidas que:
 sejam extremamente seletivos, matando apenas a praga-alvo;
 sejam inócuos para as outras espécies;
 sejam facilmente degradáveis em compostos inofensivos, após o
objetivo da sua aplicação ter sido atingido;
 não causem resistência genética nos ornganismos-alvo;
 deem benefícios, em termos de custos, quando aplicados.
Controlo de pragas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 96
Luta Biológica
É composta por diferentes estratégias:
Organismos auxiliares – consiste na utilização de seres vivos na
luta contra as pragas.
Luta biológica
Vantagens Desvantagens
 É específica para a praga ou
doença a combater.
 Pode perpetuar-se a sua ação,
desde que as populações de
predadores ou de parasitas
estejam estabelecidas.
 Minimiza a resistência
genética.
 Não levanta problemas de
toxicidade para outros
organismos.
 Pode levar anos de investigação para se
compreender como uma determinada
praga interatua com os vários inimigos,
para escolher o melhor agente.
 Muitas vezes a ação é lente e é mais
difícil de aplicar do que os pesticidas
convencionais.
 Os auxiliares devem ser protegidos dos
pesticidas aplicados nas áreas
circundantes.
 Podem multiplicar-se em alguns casos,
atuando noutras espécies, tornando-se
eles próprios uma praga.
Controlo de pragas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 97
Luta Biológica
É composta por diferentes estratégias:
Feromonas – são substâncias químicas produzidas por certos
animais que têm um efeito comunicacional à distância.
Controlo de pragas por feromonas
Vantagens Desvantagens
 São dirigidas somente para indivíduos de
uma espécie.
 São eficazes em pequenas quantidades.
 A possibilidade de causarem resistência
genética é mínima.
 Não são perigosas para outras espécies.
 São caras.
 É demorado o processo de
investigação para identificar,
isolar e produzir um produto
específico para cada praga ou
predador.
Esterilização de machos – esterilização é realizada utilizando:
 métodos físicos – recorrendo a radiação ionizante;
 métodos químicos – substâncias químicas que quando ingeridas
pelos machos os torna estéreis.
Controlo de pragas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 98
Luta Integrada
Programa de gestão integrada de pragas
Vantagens Desvantagens
 Reduz o uso de pesticidas e os
custos no controlo de pragas.
 Aumenta os lucros das
colheitas.
 Reduz o desenvolvimento de
resistência genética.
 Reduz a utilização de
fertilizantes e de água para rega.
 Previne a poluição, reduzindo
os riscos para a saúde humana e
para a vida em geral.
 Requer um conhecimento rigoroso de
cada situação de praga.
 É um processo mais lento do que a
aplicação dos pesticidas convencionais.
 O método desenvolvido para uma
colheita numa determinada área pode
não ser aplicável em áreas diferentes,
com diferentes condições de
desenvolvimento.
 Embora a longo prazo os custos sejam
mais baixos do que os custos com a
aplicação de pesticidas convencionais, os
custos iniciais podem ser mais altos.
Controlo de pragas
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 99
Controlo genético
Tem levado a resultados encorajadores em diferentes aspetos:
 redução de custos no controlo de pragas;
 redução da quantidade de pesticidas e de fertilizantes.
Ponto de situação
Cláudia Barros Moreira
2020/2021 Biologia 12.º Ano 100
 Com a reprodução seletiva, o ser humano pretende obter uma
maior produtividade tanto na cultura de plantas como na criação de
animais.
 Admite-se que a transgénese detém um enorme potencial
enquanto solução para os problemas de alimentação no mundo.
 O desenvolvimento de certas técnicas que procuram rentabilidade
máxima conduz a sucessos de produção consideráveis, mas pode
ter consequências nefastas para a saúde humana e para o próprio
meio.
 Os avanços da biotecnologia em diversas áreas da alimentação
humana são acompanhados de implicações sociais, económicas e
éticas.

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  • 2. Fermentação e atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 2 Cultivo de plantas e criação de animas Conservação, melhoramento e produção de alimentos Controlo de pragas
  • 3. Microbiologia e indústria alimentar 3 Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano
  • 4. Breve história  7000 a. C. – surge a primeira referência ao fabrico da cerveja (Babilónia Antiga)  3500 a. C. – já era conhecida a arte de fabricar vinho (Assírios)  3000 a. C. – já era produzida manteiga e eram conhecidas as técnicas de salga de carnes e de peixe (Sumérios – primeiros criadores de gado)  3000 a. C. – já era produzida manteiga, leite e queijos (Egípcios)  1200 a. C. – o sal era utilizado na conservação de alimentos (Judeus)  1000 a. C. – utilização da neve para conservação de carnes e produtos marinhos, assim como, surgem as técnicas de defumação de carnes e melhoram as técnicas de produção queijos e vinhos (Romanos) Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 4
  • 5. Breve história  Século XIX – Louis Pasteur (1822-1895) pôs em evidencia a atividade de microrganismos na alteração de alimentos. Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 5 Microrganismos Ambiente Doenças Decomposição e Conservação Biotecnologia Engenharia genética
  • 6. Fermentação e atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 6
  • 7. Fermentação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 7 Ocorre no citoplasma das células Compreende duas etapas  Glicólise - conjunto de reação que degradam a glicose até à formação de 2 moléculas de ácido pirúvico  Redução do ácido pirúvico – conjunto de reações que conduzem à formação dos produtos da fermentação
  • 8. Fermentação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 8 Glicólise Consideram-se duas fases:  FASE DE ATIVAÇÃO - a glicose é duplamente fosforilada, convertendo-se em frutose-difosfato que, em seguida se desdobra em duas moléculas de aldeído- fosfoglicérico (PGAL), com 3C  FASE DE RENDIMENTO Ocorre a oxidação de PGAL por remoção de dois átomos de hidrogénio (2H+ + 2e-). Redução da coenzima NAD NAD+ + 2e- → NAD- + 2H+ → NADH + H+ Ocorre a síntese de 4 moléculas de ATP, a partir da fosforilação de 4 moléculas de ADP e 4 fosfatos perdidos pelo substrato.
  • 9. Fermentação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 9 Glicólise  Na primeira fase gastaram-se 2 ATP  Na segunda formaram- se 4ATP  Saldo positivo de 2 ATP
  • 10. Fermentação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 10 FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA  O piruvato sofre uma descarboxilação e transforma-se em aldeído acético / acetaldeído.  Em seguida sofre uma redução, recebendo o hidrogénio transportado pelo NADH e transforma- se em álcool etílico/etanol.
  • 11. Fermentação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 11 FERMENTAÇÃO LÁTICA  O piruvato sofre uma redução, recebendo o hidrogénio transportado pelo NADH e transforma-se em ácido lático.
  • 14. Fermentação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 14  No organismo humano, ao nível das células musculares, também pode ocorrer fermentação lática, acumulando-se ácido lático que origina dores intensas, sendo rapidamente metabolizado no fígado, sob risco de se tornar altamente tóxico para o organismo.  Tal ocorre quando da prática de exercício físico intenso, em que as células necessitam de elevadas quantidades de energia recorrendo por isso à respiração e, na ausência de oxigénio, à fermentação.
  • 15. Fermentação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 15 As leveduras do género Saccharomyces cerevisae são utilizadas na produção de vinho, cerveja e pão. Fabrico de bebidas alcoólicas  O açúcar da uva é utilizado pelas leveduras, presentes na casca da uva, para obtenção de energia, por fermentação.  O CO2 é libertado  O álcool é retido
  • 16. Fermentação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 16  O açúcar da farinha é utilizado pelas leveduras, para obtenção de energia, por fermentação  O Co2 libertado contribui para levedar a massa, tornando-a leve  O álcool evapora Fabrico do pão
  • 17. Fermentação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 17 Fabrico de produtos lácteos O ácido láctico altera o pH do meio, sendo, responsável pela coagulação das proteínas.  Queijo  Iogurte
  • 20. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 20 Energia de ativação de uma reação Em todas as células de um organismo vivo ocorre um número infindável de reações químicas. Estas reações implicam a quebra, e posteriormente, a formação de ligações. • Para iniciar uma reação química é necessário fornecer energia ao sistema – energia de ativação.
  • 21. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 21 • A maior parte das reações que ocorrem nos seres necessitam de uma elevada energia de ativação. Esta ao ser elevada faz com que a velocidade da reação seja muito lenta. ► Na presença da enzima a velocidade da reação é muito superior à velocidade da reação não catalisada. ► Atuam apenas sobre a cinética das reações, aumentando as velocidades tornando possíveis reações que seriam muito lentas na ausência do catalisador. Não alteram a termodinâmica. • Para que estas reações ocorram a velocidades compatíveis com a vida do ser é necessário a presença de catalisadores específicos - enzimas.
  • 22. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 22 Ciclo Catalítico As enzimas catalisam as reações químicas, aumentando a velocidade de conversão dos substratos em produtos, sem se consumirem nesta reação. 1 - O substrato liga-se ao centro ativo da enzima; 2- A ligação ao substrato induz a alteração da forma da enzima; 3 - Os aminoácidos do centro ativo transformam o substrato; 4 - A enzima liberta os produtos da reação e fica livre para ligar outra molécula de substrato e reiniciar o ciclo catalítico. http://youtu.be/Pvgpk75us18?list=PLC7zMteRKSOJO48-gKsqYxM6z0YH- ZBLG
  • 23. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 23 Via Metabólica O substrato inicial é transformado pela enzima 1. O produto da enzima 1 é o substrato da enzima 2 e assim sucessivamente, o substrato de uma enzima é o produto da enzima anterior. Se, numa via metabólica, uma enzima não funcionar, vai acumular-se o produto da enzima anterior e nunca se chega ao produto final.
  • 24. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 24 Propriedades das enzimas • Aumentam a velocidade das reacções através da diminuição da energia de ativação; • Não são destruídas nas reações; • Não alteram o equilíbrio químico das reações; • São específicas para o substrato onde atuam; • A sua atividade é influenciada por fatores ambientais.
  • 25. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 25 Estrutura das enzimas • As enzimas são moléculas proteicas, de estrutura tridimensional (estrutura terciária), sendo constituídas por uma ou mais cadeias polipeptídicas dobradas – forma globular. • O centro ativo tem uma configuração complementar à do substrato. O centro ativo apenas reconhece os substratos específicos.
  • 26. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 26 Interação enzima - substrato 1 - Diminuição da concentração de substrato (consumidos); 2 - Produção de produtos a partir dos reagentes (substrato); 3 - Formação do complexo enzima-substrato que deixa de existir no final; 4 – Inicialmente, a concentração de enzima livre diminui, retomando os valores iniciais no final.
  • 27. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 27 Interação enzima - substrato • A especificidade da enzima está relacionada com a complementaridade entre enzima e substrato. → Especificidade absoluta: a enzima atua apenas sobre um determinado substrato. Ex: Amilase salivar (actua apenas sobre o amido). → Especificidade relativa: a enzima atua sobre um conjunto de substratos química e estruturalmente semelhantes. Ex: Lipases (atuam sobre diferentes lípidos) ; Proteases (atuam sobre diferentes proteínas).
  • 28. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 28 Modelo de Fischer / chave - fechadura (1894) • O centro ativo da enzima é uma estrutura rígida, onde apenas pode encaixar um substrato com uma forma complementar a esse centro. • Pressupõe que o centro ativo e o substrato possuem formas complementares, sendo que o substrato se ajusta como uma chave se ajusta numa fechadura, havendo um encaixe perfeito. http://youtu.be/_IKyeGZjZiI?list=PLC7zMteRKSOJO48-gKsqYxM6z0YH-ZBLG
  • 29. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 29 Modelo de Koshland / encaixe induzido (1959) • A interação enzima-substrato é mais dinâmica, ou seja, o substrato interage com a enzima induzindo a que ocorram transformações estruturais no centro ativo tornando-o complementar ao substrato aquando da ligação entre ambos. • O substrato determina a forma do centro ativo da enzima e posteriormente, a sua forma final. • Pesquisas recentes sugerem que também a enzima leva a que ocorram transformações no substrato, havendo uma verdadeira interacção enzima-substrato. http://youtu.be/S7aiqJW2xoc?list=PLC7zMteRKSOJO48-gKsqYxM6z0YH-ZBLG
  • 30. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 30 Holoenzimas (apoenzimas + cofatores) • Algumas enzimas para além de serem constituídas pela molécula proteica (apoenzima), são também constituídas por substâncias não proteicas (cofatores). • Estes dois componentes isolados não possuem poder catalítico. Apenas quando estes dois estão em conjunto a enzima (holoenzima) se torna ativa. ► Exemplos de cofatores: • Iões metálicos (Mg 2+ ; Fe 2+; Cu 2+) • Compostos orgânicos não proteicos como as vitaminas.
  • 31. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 31 Inibição da atividade enzimática • As substâncias que provocam a diminuição da atividade enzimática designam-se por inibidores enzimáticos.
  • 32. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 32 Inibição da atividade enzimática – Reversível competitiva • Uma molécula estruturalmente semelhante com o substrato liga- se ao centro ativo da enzima impedindo a ligação do substrato • Compete com o substrato, diminuindo a atividade enzimática.
  • 33. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 33 Inibição da atividade enzimática – Reversível não competitiva • O inibidor liga-se a sítios específicos de algumas enzimas (centro alostérico) induzindo alterações ou distorções do centro ativo. Altera- os impedindo a ligação do substrato. • Diminui a atividade enzimática. • Não há competição entre o inibidor e o substrato.
  • 34. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 34 Inibição da atividade enzimática – Inibição do produto final ► O produto de uma reação (ou de uma via metabólica) pode inibir a ação de uma enzima, interrompendo a continuação das reações, até que o excesso desse produto seja gasto pela célula e ative novamente a atividade enzimática. ► Processa-se segundo um mecanismo de feedback negativo. ► Este controlo evita a produção excessiva de certas moléculas e permite à célula poupar energia. ► O produto final liga-se à enzima 1 inibindo-a.
  • 35. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 35 Indução da atividade enzimática • Conseguida a partir da ligação de indutores à enzima • A ligação do indutor provoca alterações no centro ativo, induzindo a atividade enzimática. http://youtu.be/PILzvT3spCQ?list=PLC7zMteRKSOJO48-gKsqYxM6z0YH-ZBLG
  • 36. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 36 Fatores ambientais que afetam a atividade enzimática • A atividade enzimática é também influenciada por fatores ambientais do meio. ► Fatores ambientais : Temperatura, pH, concentração de substrato.
  • 37. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 37 Fatores ambientais : Temperatura • A velocidade da reação aumenta com o aumento da temperatura, dado que a energia de ativação também aumenta o que conduz a uma elevada atividade enzimática. • No caso do homem, a temperatura óptima situa-se próxima dos 37ºC. Temperaturas superiores causam a desnaturação da enzima, ficando esta inativa (destruída). • Baixas temperaturas tornam as enzimas inativas.
  • 38. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 38 Fatores ambientais : pH • O pH influencia a carga dos aminoácidos, afetando o centro ativo da enzima, influenciando a atividade enzimática. W – Pepsina X – Amílase salivar Z - Tripsina • Assim, há enzimas cuja atividade ótima se obtém em meio ácido (Ex: Pepsina) outras em meio neutro (Ex: Amílase salivar) e outras em meio básico (Ex: Tripsina).
  • 39. Atividade enzimática Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 39 Fatores ambientais : Concentração de substrato • A velocidade de reação é tanto maior quanto maior for o teor em enzimas, enquanto houver substrato disponível. • A velocidade da reação é proporcional à concentração de substrato até um determinado valor máximo, a velocidade torna-se constante. • A velocidade máxima é conseguida quando todas as moléculas da enzima estiverem ocupadas na catálise. • Com os centros ativos ocupados, atinge-se o ponto de saturação, por mais que a concentração de substrato aumente a velocidade é constante. https://www.youtube.com/watch?v=E2UNc5zBejc
  • 40. Classificação e nomenclatura das enzimas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 40  A designação das foi estabelecida em 1883 por Duclaux. Esta utiliza o nome do substrato sobre o qual as enzimas atuam, acrescentando o sufixo – ase. Exemplo: Maltose – Maltase Proteínas – Protease No entanto, não é especifica o tipo de transformação que ocorre durante a catálise.  Em 1961, a União Internacional de Bioquímica, estabeleceu uma classificação de enzimas. Estas são divididas em seis categorias principais, de acordo com o tipo de reação que catalizam.
  • 41. Classificação e nomenclatura das enzimas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 41 Oxidorredutases – catalisam reações redox AH2 + B A + BH2 Transferases – catalisam reações em que existe transferência de um grupo químico de um composto para outro. AB + C A + BC Hidrolases – catalisam reações de hidrólise. A + H2O B + C Liases – catalisam reações em que ocorre a remoção de um grupo de uma molécula sem envolver hidrólise. A B + C Isomerases – catalisam a transformação de um isómero noutro. Glicose fosfato Frutose fosfato Ligases – catalisam reações em que ocorre síntese de moléculas, utilizando a energia obtida por hidrólise de uma molécula de ATP. A + B + ATP AB + ADP + Pi
  • 42. Ponto de situação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 42 Os microrganismos com maior importância na indústria alimentar pertencem ao grupo dos fungos e ao grupo das bactérias. Entre os vários processos fermentativos salientam-se a fermentação alcoólica, a fermentação acética e a fermentação lática. A vinificação, a panificação e a produção de laticínios envolvem processos de fermentação desencadeados por microrganismos. Na sua maioria, as enzimas são proteínas globulares, apresentando, em regra, maiores dimensões que o substrato sobre o qual atuam. As enzimas apresentam elevado grau de especificidade, tanto para o tipo de reação que catalisam como para o substrato sobre o qual atua. Muitas enzimas só atuam quando ligadas a moléculas não proteicas chamadas cofatores.
  • 43. Ponto de situação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 43 Quanto ao modo de atuação das enzimas, considera-se o modelo de Fisher, ou modelo de chave-fechadura, e o modelo de Koshland, ou modelo do encaixe induzido. A atividade enzimática pode ser condicionada por inibidores em situações de inibição reversível ou não reversível. A inibição reversível pode ser competitiva ou não competitiva. As enzimas agem em condições compatíveis com a vida, existindo vários fatores do meio, como a temperatura, o pH, a concentração do substrato e a presença de inibidores, que interferem na sua atividade.
  • 44. Conservação, melhoramento e produção de novos alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 44 Os processos industriais de produção de alimentos incluem: o processamento de matérias-primas para produzir alimentos estáveis; a utilização de microrganismos ou de produtos da sua atividade; a distribuição de alimentos com as características de um produto seguro. Desde a Antiguidade que o Homem dispõe de técnicas de conservação de alimentos: sal; açúcar; tratamento térmico; desidratação (seca); acidificação (produção de picles); tratamento com fumo.
  • 45. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 45 Alimento seguro – considera-se o alimento que não prejudica a saúde do consumidor DETERIORAÇÃO DOS ALIMENTOS Está associada a: Crescimento e atividade de microrganismos; Insetos; Ação de enzimas autolíticas do próprio alimento; Reações químicas espontâneas não catalisadas por enzimas; Alterações físicas causadas pela temperatura, pressão e humidade, entre outras. Deterioração por microrganismos ● A deterioração por microrganismos é muito frequente e particularmente grave em termos de saúde pública. ● Os microrganismos que contaminam os alimentos são bactérias, fungos e leveduras.
  • 46. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 46
  • 47. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 47 Os métodos de conservação de alimentos visam: ► Evitar ou retardar o desenvolvimento de microrganismos indesejáveis; ► Evitar ou retardar a alteração dos alimentos devido a fenómenos de autólise. FORMAS TRADICIONAIS DE CONSERVAR OS ALIMENTOS salga Solução de açúcar Conserva em ácidos Desidratação e fumagem
  • 48. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 48 Os diferentes métodos de conservação podem atuar de maneira diferente ► Alguns, permitem destruir parcial ou totalmente os microrganismos responsáveis pela alteração dos produtos alimentares. ► Outros apenas retardam o crescimento dos microrganismos responsáveis pela alteração. ► Existem, ainda, métodos que eliminam parcial ou totalmente os microrganismos que se encontram na superfície ou no interior dos alimentos.
  • 49. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 49 ►ESTERELIZAÇÃO: ● O alimento é preparado e introduzido num recipiente que é fechado e submetido a uma temperatura superior a 100ºC. ● Destrói os microrganismos e as enzimas. ● Alguns esporos podem sobreviver. ● Algumas características dos alimentos podem ficar alteradas. ● Aplicado a enlatados – vegetais, cogumelos, frutos, peixe, etc. ►PASTEURIZAÇÃO ● Utiliza temperaturas inferiores a 100ºC. ● A combinação temperatura /tempo aplicada depende das características dos alimentos. ● Aplicado a leite, iogurtes, natas, queijos frescos, sumos de fruta.
  • 50. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 50 ►PASTEURIZAÇÃO
  • 51. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 51 ►PASTEURIZAÇÃO
  • 52. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 52 ►REFRIGERAÇÃO ● A refrigeração comercial utiliza uma temperatura entre 5 e 7,2ºC. ● Reduz o crescimento da maior parte dos agentes patogénicos, mas os microrganismos mais resistentes ao frio continuam a desenvolver-se. ● Aplicado a fiambre, carne, peixe, queijos frescos. ►CONGELAÇÃO ● Conservação dos alimentos a uma temperatura igual ou inferior a - 18ºC. A congelação rápida evita a formação de grandes cristais de gelo. ● Inibe o crescimento de todos os microrganismos, mas continuam a ocorrer muito lentamente reações de autólise no alimento. ● Aplicado a carne, peixe, marisco, ervilhas e outros vegetais, alimentos pré-cozinhados.
  • 53. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 53 ► Comparação de MÉTODOS TÉRMICOS na conservação de Alimentos
  • 54. Biotecnologia na conservação de alimentos 54 ►IRRADIAÇÃO ● Consiste na sujeição dos produtos alimentares a uma fonte de radiação, geralmente ultravioleta ou ionizante. ● A aplicação da radiação permite destruir os microrganismos, retardar a germinação e a maturação de alguns frutos e legumes, destruir insetos e parasitas. ● A irradiação de espaços e utensílios de manipulação de alimentos permite reduzir os índices de contaminação. ● Pode produzir odores e sabores desagradáveis e teme-se que conduza à formação de produtos cancerígenos. Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano
  • 55. Biotecnologia na conservação de alimentos ► LIOFILIZAÇÃO Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 55
  • 56. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 56 ► ATMOSFERA MODIFICADA ● Remoção total do ar na embalagem (no vácuo) ou substituição da atmosfera da embalagem por uma mistura gasosa que favorece a conservação. ● Nessa mistura é aumentada a concentração de CO2 e é diminuída a concentração de O2, em relação ao ar atmosférico. ● Aplicado a carne, charcutaria (vácuo), frutos e vegetais (atmosfera modificada). ► ADITIVOS ALIMENTARES São compostos químicos adicionados aos alimentos, que permitem: ● melhorar as suas propriedades como a aparência, o sabor, a cor, a textura e o conteúdo nutritivo ; ● melhorar a sua conservação, evitando a desidratação, a oxidação ou o ataque de microrganismos.
  • 57. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 57 Atualmente, é usual a introdução de aditivos na maioria dos alimentos Os aditivos visam melhorar a textura, a consistência, estabilizar os alimentos, conservá-los por mais tempo ou realçar o seu sabor.
  • 58. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 58 ► ADITIVOS ALIMENTARES ● Podem mascarar a carência de certos nutrientes ou a presença de outros sem qualidade. ● Alguns podem ser tóxicos. ● Os aditivos são referidos nos rótulos dos alimentos por um código composto pela letra E seguida de um número com três algarismos. ● Aplicado a refrigerantes, bolos, gelados, charcutaria, molhos, aperitivos.
  • 59. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 59 ► FILTRAÇÃO ESTERELIZANTE ● Consiste na passagem do líquido através de um filtro muito fino, de forma a reter os microrganismos. ● Este método tem a vantagem de permitir a eliminação de microrganismos, conservando as características nutritivas, sem necessidade de aplicar aditivos alimentares. ● A filtração pode ser utilizada no tratamento da água, sumos, vinagre, cerveja, vinho, óleos vegetais, etc.
  • 60. Biotecnologia na conservação de alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 60 ► Vantagens da conservação
  • 61. Biotecnologia no melhoramento e produção de novos alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 61
  • 62. Biotecnologia no melhoramento e produção de novos alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 62
  • 63. Biotecnologia no melhoramento e produção de novos alimentos 63 Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano Utilização de enzimas
  • 64. Biotecnologia no melhoramento e produção de novos alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 64 Enzimas imobilizadas
  • 65. Biotecnologia no melhoramento e produção de novos alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 65 As enzimas imobilizadas são utilizadas em : ● Produção de antibióticos; ● Redução dos níveis de lactose no leite; ● Conversão da glicose em frutose; ● Produção de biossensores.
  • 66. Biotecnologia no melhoramento e produção de novos alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 66 TRANSFORMAÇÃO BIOTECNOLÓGICA DE ALIMENTOS ► Transformação por catálise microbiana ► Transformação por catálise enzimática ► Transformação por manipulação genética ► Alimentos obtidos por catálise microbiana Bactérias - Lactococcus termophilus e Lactobacillus bulgaricus 1 :1 – iogurte Streptococus ou Lactobacillus - queijo
  • 67. Biotecnologia no melhoramento e produção de novos alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 67 ► Alimentos obtidos por catálise microbiana
  • 68. Biotecnologia no melhoramento e produção de novos alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 68 ► Alimentos obtidos por catálise enzimática Pectinases ► Sumos de fruta ► Vinho ▪ aumentar o rendimento da produção ▪ clarificação Papaína e ficina ► Carne mais tenra Lactase ► galactose e glicose O soro processado pode ser usado como bebida, e na panificação
  • 69. Biotecnologia no melhoramento e produção de novos alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 69 ► Alimentos obtidos por manipulação genética
  • 70. Biotecnologia no melhoramento e produção de novos alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 70 ► Alimentos obtidos por manipulação genética “Arroz dourado” - arroz com elevados níveis de pró-vitamina A e ferro.
  • 71. Biotecnologia no melhoramento e produção de novos alimentos Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 71 ► Alimentos obtidos por manipulação genética Alteração na maturação do fruto
  • 72. Ponto de situação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 72  O desenvolvimento microbiano nos alimentos é influenciado pelas características do próprio alimento e pelas condições ambientais em que se encontra.  A deterioração pode ocorrer como resultado da atividade de enzimas autolíticas ou da atividade de micróbios contaminantes.  As técnicas de conservação de alimentos mais utilizados têm como base processos de frio, de calor ou processos químicos.  Os microrganismos têm lugar privilegiado nas novas biotecnologias utilizadas na indústria alimentar, intervindo em vários processos que conduzem ao melhoramento e à produção de novos alimentos.  Na maioria dos processos de biotecnologia microbiana, os fatores ambientais em que decorre a fermentação são criteriosamente controlados.  As transformações biotecnológicas dos alimentos podem efetuar-se por: catálise microbiana; catálise enzimática e manipulação genética.  A utilização de alimentos obtidos por transformações biotecnológicas pode ser uma das soluções para minimizar problemas alimentares a nível mundial.
  • 73. Exploração das potencialidades da Biosfera 73 Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano
  • 74. Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 74 Biosfera - é um subsistema terrestre que inclui todos os organismos existentes e as suas inter-relações, bom como os ambientes em que se desenvolvem.
  • 75. Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 75 Biodiversidade – é entendida como a multiplicidade de seres vivos de diferentes espécies que se agrupam em populações pertencente a diversas espécies que interagem numa variedade de comunidades e de ecossistemas, diferenciando-se a nível genético. Redução da biodiversidade Introdução de espécies exóticas Destruição de habitats Caça e pesca intensiva Comercialização de seres com valor comercial Poluição
  • 76. Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 76 Desflorestação – ou seja, a destruição intensiva dos habitats florestais, tem vindo a experimentar uma tal amplitude que põe em risco a sua imensa biodiversidade. Entre as principais causas antrópicas de desflorestação podem referir-se:  conversão em vastas áreas destinadas à agricultura e pecuária;  fragmentação devida à construção de vias de comunicação e expansão de centros urbanos;  sobrexploração de madeiras;  incêndios;  poluição atmosférica;  introdução de espécies invasoras que, muitas vezes, competem com as espécies autóctones, podendo conduzir à sua eliminação.
  • 77. Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 77 Agricultura Até meados do século XX praticava-se uma agricultura tradicional de tipo familiar em regime de policultura. A partir de meados do século XX passou-se a praticar uma agricultura industrializada com monocultura intensiva. Quando se pratica a agricultura, criam-se ecossistemas artificiais, os ecossistemas agrários ou agrossistemas.
  • 78. Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 78 Agricultura biológica
  • 79. Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 79 Degradação dos solos  Todos dependem do solo, meio essencial ao crescimento das plantas.  Os solos são formados por uma mistura complexa de: componentes orgânicos, minerais, água e ar.  O solo constitui uma camada relativamente fina muito frágil à superfície dos continentes. A desertificação consiste na perda da parte superior do solo.  Como consequência terrenos agrícolas antes produtivos ficam sem possibilidade de serem cultivados.  Esta é consequência das alterações climáticas e das ações antrópicas.
  • 80. Cultivo de plantas e criação de animais Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 80 Iniciou-se quando o ser humano utilizou, pela primeira vez, o cruzamento de espécies. Então surgiu a:  Reprodução seletiva em plantas: clonagem de plantas; regeneração de plantas a partir de protoplastos; engenharia genética no melhoramento de plantas.  Reprodução seletiva de animais: cruzamento seletivo; engenharia genética na criação de animais.
  • 81. Reprodução seletiva de plantas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 81  Seleção de espécies fazendo cruzamentos entre plantas com características que se desejam estejam reunidas na mesma planta. O que permitiu o aparecimento de variedades novas e mais rentáveis.  Selecionar novas variedades de plantas por isolamento progressivo conduz à obtenção de novas plantas, cujo programa genético associa caracteres que existiam separados nos progenitores.
  • 82. Reprodução seletiva de plantas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 82  Seleção de espécies fazendo cruzamentos entre plantas com características que se desejam estejam reunidas na mesma planta. O que permitiu o aparecimento de variedades novas e mais rentáveis.  Selecionar novas variedades de plantas por isolamento progressivo conduz à obtenção de novas plantas, cujo programa genético associa caracteres que existiam separados nos progenitores.
  • 83. Reprodução seletiva de plantas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 83  Clonagem de plantas O termo clonar diz respeito a processos de reprodução que originam descendência geneticamente idêntica. O conjunto de indivíduos geneticamente idênticos obtidos por multiplicação vegetativa num processo de clonagem constitui um clone.
  • 84. Reprodução seletiva de plantas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 84  Clonagem por micropropagação:  remoção dos explantes;  colocação do explante num meio de cultura;  desenvolvimento do explante num meio de cultura controlado e formação de uma calo;  transferência de fragmentos do calo para meios de cultura sucessivos a fim de obter plantas jovens.
  • 85. Reprodução seletiva de plantas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 85  Totipotência – quando cada célula viva e nucleada tem a capacidade de se diferenciar em qualquer tipo de célula e formar diferentes tecidos, é crucial nos processos de clonagem. Clonagem de plantas Vantagens Desvantagens  Utilização de um só indivíduo, que é selecionado pelas suas características.  As características selecionadas encontram-se em todo o clone.  As plantas apresentam maior vigor.  Produção numerosa, rápida, homogénea e económica. Técnica altamente especializada.  Pode conduzir a uma redução considerável da diversidade das espécies cultivadas.  A homogeneidade das culturas pode torná-las mais sensíveis a doenças e à alteração do meio.
  • 86. Reprodução seletiva de plantas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 86  Regeneração de plantas a partir de protoplastos  As células vegetais encontram-se ligadas às células ajacentes por uma matriz de pectinas.  A matriz e a parede celular podem ser degradadas por processos mecânicos ou enzimáticos.  A destruição da matriz e da parede conduz ao isolamento de células vegetais que se designam por protoplastos.
  • 87. Reprodução seletiva de plantas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 87 Engenharia genética no melhoramento de plantas
  • 88. Reprodução seletiva de plantas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 88 Engenharia genética no melhoramento de plantas Transgenes – genes isolados com interesse e transferidos para o genoma de outro organismo. Transgénese – transformação genética que conduz à obtenção de Organismos Geneticamente Modificados (OGM). As plantas apresentam características que facilitam o melhoramento genético:  possuem um ciclo de vida curto, o que permite uma seleção rápida de novas características;  podem ser autofecundadas, permitindo a fixação de uma nova característica introduzida;  produzem numerosa descendência, o que permite o aparecimento de mutações, aumentando a diversidade.
  • 89. Reprodução seletiva de animais Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 89  Semelhante à das plantas.  Cruzamentos entre animais com certas características para obter organismos com as características desejadas. Globalmente, entre as razões que levam os criadores a selecionar animais, destacam-se:  produção de melhor carne, leite e ovos;  obtenção de maior descendência;  obtenção de animais mais resistentes a doenças e a parasitas.
  • 90. Reprodução seletiva de animais Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 90
  • 91. Reprodução seletiva de animais Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 91 Engenharia genética na criação de animais  A transgénese animal foi realizada com sucesso, pela primeira vez em 1982.  Animais geneticamente modificados são utilizados como modelos para o estudo de doenças humanas.  Mais do que nas plantas, nos animais levantam-se questões éticas, tais como:  interesses económicos do processo;  possibilidade destes fugirem do “laboratório” e começarem a cruzarem-se com as espécies naturais;  bem-estar dos animais.
  • 92. Controlo de pragas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 92 Pragas – são organismos que reduzem a qualidade, a possibilidade de utilização e o valor dos recursos úteis. Em Portugal o exemplo mais conhecido foi a ação da filoxera sobre as vinhas, no século XIX.
  • 93. Controlo de pragas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 93 Que meios podem ser utilizados para proteger as culturas das pragas? Podem ser utilizados diferentes processos:  Luta química – que implica a utilização de pesticidas, produtos químicos que combatem espécies nocivas ou que funcionam como reguladores de crescimento.  Luta biológica – é um processo natural que desde sempre existiu na natureza.  Luta integrada – associa técnicas de métodos de proteção biológica e química.  Controlo genético – recorre-se à engenharia genética para selecionar as característias que interessam.
  • 94. Controlo de pragas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 94 Luta química Conforme o seu espetro de ação os pesticidas pode ser classifcados em: Pesticidas Características e modo de atuação Inseticidas Eliminam insetos e podem atuar de diferentes modos:  contacto, penetrando através da cutícula;  ingestão, sendo absorvidos com os alimentos;  asfixa;  inseticidas sistémicos, são transportados pela seiva das plantas e são absorvidos simultaneamente com a seiva pelos insetos consumidores. Herbicidas  Herbicidas totais, que eliminam todas as plantas, mas o seu uso na agricultura é limitado.  Herbicidas seletivos que atuam apenas sobre determinadas espécies e podem:  inibir a germinação das sementes, impedindo o desenvolvimento das plântulas;  bloquear a fotossíntese. Fungicidas Combatem fungos, como o míldio e o oídio, entre outros, que parasitam plantas:  inibindo a germinação de esporos;  destruindo os fungos que vivem sobre as plantas, impedindo a sua reprodução.
  • 95. Controlo de pragas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 95 Luta química O tempo durante o qual, após a aplicação, o pesticida mantém a sua toxicidade designa-se por persistência. A aplicação de pesticidas com um determinado fim pode afetar outras populações dos ecossistemas, tendo dois tipos de efeitos indesejáveis:  Bioacumulação – ocorre devido à acumulação das moléculas dos pesticidas em tecidos e órgãos ou na água levando a sua propagação.  Bioampliação – à medida que vai percorrendo a cadeia alimentar a concentração de pesticidas vai sendo cada vez maior. Investigação sobre a luta química Os cientistas continuam a investigas no sentido de encontrar pesticidas que:  sejam extremamente seletivos, matando apenas a praga-alvo;  sejam inócuos para as outras espécies;  sejam facilmente degradáveis em compostos inofensivos, após o objetivo da sua aplicação ter sido atingido;  não causem resistência genética nos ornganismos-alvo;  deem benefícios, em termos de custos, quando aplicados.
  • 96. Controlo de pragas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 96 Luta Biológica É composta por diferentes estratégias: Organismos auxiliares – consiste na utilização de seres vivos na luta contra as pragas. Luta biológica Vantagens Desvantagens  É específica para a praga ou doença a combater.  Pode perpetuar-se a sua ação, desde que as populações de predadores ou de parasitas estejam estabelecidas.  Minimiza a resistência genética.  Não levanta problemas de toxicidade para outros organismos.  Pode levar anos de investigação para se compreender como uma determinada praga interatua com os vários inimigos, para escolher o melhor agente.  Muitas vezes a ação é lente e é mais difícil de aplicar do que os pesticidas convencionais.  Os auxiliares devem ser protegidos dos pesticidas aplicados nas áreas circundantes.  Podem multiplicar-se em alguns casos, atuando noutras espécies, tornando-se eles próprios uma praga.
  • 97. Controlo de pragas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 97 Luta Biológica É composta por diferentes estratégias: Feromonas – são substâncias químicas produzidas por certos animais que têm um efeito comunicacional à distância. Controlo de pragas por feromonas Vantagens Desvantagens  São dirigidas somente para indivíduos de uma espécie.  São eficazes em pequenas quantidades.  A possibilidade de causarem resistência genética é mínima.  Não são perigosas para outras espécies.  São caras.  É demorado o processo de investigação para identificar, isolar e produzir um produto específico para cada praga ou predador. Esterilização de machos – esterilização é realizada utilizando:  métodos físicos – recorrendo a radiação ionizante;  métodos químicos – substâncias químicas que quando ingeridas pelos machos os torna estéreis.
  • 98. Controlo de pragas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 98 Luta Integrada Programa de gestão integrada de pragas Vantagens Desvantagens  Reduz o uso de pesticidas e os custos no controlo de pragas.  Aumenta os lucros das colheitas.  Reduz o desenvolvimento de resistência genética.  Reduz a utilização de fertilizantes e de água para rega.  Previne a poluição, reduzindo os riscos para a saúde humana e para a vida em geral.  Requer um conhecimento rigoroso de cada situação de praga.  É um processo mais lento do que a aplicação dos pesticidas convencionais.  O método desenvolvido para uma colheita numa determinada área pode não ser aplicável em áreas diferentes, com diferentes condições de desenvolvimento.  Embora a longo prazo os custos sejam mais baixos do que os custos com a aplicação de pesticidas convencionais, os custos iniciais podem ser mais altos.
  • 99. Controlo de pragas Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 99 Controlo genético Tem levado a resultados encorajadores em diferentes aspetos:  redução de custos no controlo de pragas;  redução da quantidade de pesticidas e de fertilizantes.
  • 100. Ponto de situação Cláudia Barros Moreira 2020/2021 Biologia 12.º Ano 100  Com a reprodução seletiva, o ser humano pretende obter uma maior produtividade tanto na cultura de plantas como na criação de animais.  Admite-se que a transgénese detém um enorme potencial enquanto solução para os problemas de alimentação no mundo.  O desenvolvimento de certas técnicas que procuram rentabilidade máxima conduz a sucessos de produção consideráveis, mas pode ter consequências nefastas para a saúde humana e para o próprio meio.  Os avanços da biotecnologia em diversas áreas da alimentação humana são acompanhados de implicações sociais, económicas e éticas.