AP3 BIOTECNOLOGIA E ENZIMOLOGIA - 2024

Prévia do material em texto

● ROTEIRO DE ATIVIDADE PRESENCIAL (AP) 
 
Disciplina: Biotecnologia e Enzimologia 
Professor(a): Suelen Pereira Ruiz Herrig 
Roteiro de atividade presencial: AP1 ( ); AP2 ( ); AP3 ( X ) 
Acadêmica: Ellen Cristina Viganó 
RA: 09035361 
 
1. Orientações de autoestudo para Atividade Presencial 
Prezado aluno, segue abaixo o material didático a ser estudado para orientá-lo no 
desenvolvimento da Atividade Presencial (AP). 
 
2. Orientações para Atividade Presencial (Etapa 1 e Etapa 2) 
2.1. Vídeo (s) de Orientação da Atividade Presencial: 
 
3. Contextualização e preparação para a atividade presencial: 
 
 A esterilização é uma etapa importante nos processos fermentativos, uma vez que os 
microrganismos utilizados na fermentação são sensíveis à contaminação por microrganismos 
indesejados. A esterilização envolve a eliminação de todos os microrganismos presentes no 
meio de cultura, equipamentos e instalações. Isso é geralmente alcançado por meio de calor 
(autoclavagem), filtração, radiação ou agentes químicos esterilizantes. 
 O controle é essencial para otimizar os processos fermentativos. Isso inclui o 
monitoramento de variáveis como pH, temperatura, agitação, aeração, concentração de 
nutrientes e densidade celular. O controle preciso desses parâmetros ajuda a maximizar a 
produção de produtos desejados, minimizar subprodutos indesejados e garantir a segurança 
do processo. 
 Após a fermentação, é necessário recuperar e purificar os produtos desejados. Isso 
geralmente envolve várias etapas, como filtração, centrifugação, cromatografia e precipitação, 
a fim de separar e purificar os produtos de interesse a partir do meio de cultura e outros 
componentes. 
 
Enzimas 
 
 A enzimologia é o estudo das enzimas, proteínas que atuam como catalisadoras de 
reações químicas em sistemas biológicos. As enzimas desempenham um papel fundamental 
em processos biológicos e industriais, acelerando reações químicas e permitindo que ocorram 
em condições suaves de temperatura e pressão. 
 A produção de enzimas envolve o cultivo de microrganismos produtores de enzimas em 
larga escala. Os microrganismos podem ser fermentados em biorreatores e as enzimas são 
geralmente secretadas no meio de cultura. Após a produção, as enzimas são recuperadas e 
purificadas para uso em diversas aplicações. 
 A imobilização de enzimas é uma técnica que fixa as enzimas em suportes sólidos ou 
matrizes, permitindo sua reutilização em processos industriais. Isso aumenta a estabilidade e 
eficiência das enzimas, reduzindo os custos de produção. 
 O estudo da cinética enzimática envolve a compreensão de como as enzimas catalisam 
reações químicas, incluindo a determinação de parâmetros como a velocidade máxima 
(Vmax) e a afinidade pelo substrato (Km). Além disso, a temperatura, pH e concentração de 
substrato afetam a atividade enzimática. 
As enzimas têm uma ampla gama de aplicações na indústria, agricultura, medicina e pesquisa. 
Elas são usadas na produção de alimentos, detergentes, biocombustíveis, diagnóstico médico, 
terapia génica e muito mais. Seu uso se baseia na especificidade, eficiência e versatilidade das 
enzimas em reações bioquímicas. 
 
4. Objetivo da atividade: 
Reforçar a importância da compreensão do controle e recuperação de produtos em 
processos fermentativos, compreender a importância do estudo das enzimas, bem como 
aplicar os conhecimentos obtidos nas aulas conceituais. 
 
5. Descrição da Atividade 
5.1. Etapa 1: 
Atividade prática: Enzima lactase 
 
Materiais 
300 mL Leite integral pasteurizado (por bancada) 
Comprimidos de lactase (enzima) 
Tiras de teste de glicose 
4 erlenmeyers de 100 mL 
 
4 Tubos de ensaio 
4 Pipetas de 5 mL 
4 pipetas de 1 mL 
1 Termômetro 
1 Banho-maria (se não tiver banho-maria, pode improvisar com panela e água 
morna) 
Balança de precisão 
Cronômetro 
Água destilada 
pHmetro ou tiras de pH 
Almofariz e pistilo 
1 Proveta de 100 mL 
 
 Procedimento 
Preparação das Soluções de Lactase 
Dissolver comprimidos de lactase em água destilada ou usar uma solução de lactase 
comercial. 
Preparar diferentes concentrações de lactase, por exemplo, 1%, 2%, e 5%. 
 
Experimento: Hidrólise da lactose pelo lactase 
1. Dividir o leite em quatro amostras de 50 mL cada em frascos erlenmeyer: 
▪ Amostra 1: Controle (sem tratamento) 
▪ Amostra 2: Tratada com 100 mg de lactase (adicionar 100 mg de enzima, que 
equivale a um comprimido). 
▪ Amostra 3: Tratada com 200 mg de lactase (adicionar 100 mg de enzima, que 
equivale a dois comprimidos). 
▪ Amostra 4: Tratada com 500 mg de lactase (adicionar 100 mg de enzima, que 
equivale a cinco comprimidos). 
2. Adicionar as soluções de lactase correspondentes às amostras 2, 3 e 4. Para a amostra 2 
adicionar 0,5 mL, para amostra 3 adicionar 1 mL, e para amostra 4 adicionar 4 mL. 
3. Incubar todas as amostras em banho-maria a 37 °C por 30 minutos. 
4. Retirar alíquotas de 5 mL de cada amostra a cada 10 minutos (0, 10, 20 e 30 minutos) e 
medir a concentração de glicose usando um glucometro ou tiras de teste de glicose. 
 
5. Registrar os resultados obtidos. 
Exercícios 
1) Preencha a tabela abaixo com as concentrações de glicose medidas para cada tempo e 
amostra: 
 
Tempo (min) Controle 1% lactase 2% lactase 5% lactase 
0 0 mg/ml 0 mg/ml 0 mg/ml 0 mg/ml 
10 0 mg/ml 10 mg/ml 20 mg/ml 50 mg/ml 
20 0 mg/ml 20 mg/ml 40 mg/ml 80 mg/ml 
30 0 mg/ml 30 mg/ml 60 mg/ml 100 mg/ml 
 
2) Compare as concentrações de glicose das diferentes amostras ao longo do tempo. E 
explique como a concentração de lactase afeta a hidrólise da lactose no leite. 
 
 
De acordo com os conteúdos estudados nas unidades de aulas, responda as questões 
abaixo: 
 
3) Qual é a temperatura e o tempo típicos de esterilização por vapor úmido 
(autoclavagem) geralmente recomendados para a esterilização eficaz de meios de cultura 
e equipamentos em processos fermentativos biotecnológicos? 
a) 37°C por 30 minutos 
b) 100°C por 5 minutos 
c) 121°C por 15 minutos 
d) 50°C por 60 minutos 
e) 80°C por 45 minutos 
 
4)Qual é a importância da agitação e aeração em um biorreator durante um processo 
fermentativo? 
a) A agitação e aeração não têm importância em processos fermentativos. 
b) A agitação e aeração promovem a morte dos microrganismos. 
c) A agitação e aeração controlam a temperatura dentro do biorreator. 
 
d) A agitação promove a dispersão dos microrganismos e a aeração fornece oxigênio, 
essenciais para o crescimento e metabolismo dos microrganismos. 
e) A agitação e aeração reduzem a pressão no biorreator. 
 
5)O controle e o monitoramento dos parâmetros em processos fermentativos são 
fundamentais para garantir o sucesso da produção de biomassa, produtos metabólicos 
ou outras substâncias de interesse. A respeito da principal finalidade do controle e 
monitoramento em processos fermentativos na biotecnologia, analise as afirmativas 
abaixo: 
I. Maximizar a concentração de microrganismos no fermentador, pois não tem relação 
com o produto final. 
II. Minimizar o consumo de nutrientes durante o processo, para aumento a obtenção de 
produto final. 
III. Manter a temperatura variando ao longo da fermentação. 
IV. Garantir condições ideais para o crescimento e metabolismo dos microrganismos. 
V. Reduzir o tempo de fermentação para aumentar a produtividade, mesmo que ocorra 
interferência no produto final. 
 
São corretas as afirmativas: 
a) I apenas 
b) I, II, III 
c) I, IV 
d) IV apenas 
e) I, III, IV 
 
6) Nas etapas finais dos processos fermentativos, realiza-se os procedimentos de 
recuperação e purificação dos produtos finais. Qual é a principal finalidade da etapa de 
precipitação durante a recuperação e purificação de produtos biotecnológicos? 
a) Aumentar a concentração de microrganismos no meio de cultura, visando um aumento de 
biomassa. 
b) Promover a formaçãode cristais no produto final, para facilitar o acondicionamento do 
produto. 
c) Separar proteínas com base na afinidade, para que o produto tenha alto grau e purificação. 
d) Remover impurezas sólidas do meio de cultura, e assim evitar contaminantes inadequados. 
 
e) Separar o produto desejado do restante da solução. 
 
7) Associe o número E.C. à categoria correta de classificação de enzimas de acordo com 
a Comissão de Enzimas (E.C.) da União Internacional de Bioquímica e Biologia 
Molecular (IUBMB): 
(1) Oxidorredutases 
(2) Transferases 
(3) Hidrolases 
(4) Liases 
(5) Isomerases 
(6) Ligases 
 
(A) Enzimas que catalisam a formação de ligações covalentes entre moléculas. 
(B) Enzimas que catalisam reações de oxidação-redução. 
(C) Enzimas que atuam na transferência de grupos funcionais entre moléculas. 
(D) Enzimas que catalisam reações de hidrólise. 
(E) Enzimas que promovem rearranjos intramoleculares de átomos. 
(F) Enzimas que não se encaixam em nenhuma das categorias anteriores. 
 
Assinale a alternativa correta: 
a) 1B, 2C, 3D, 4E, 5F, 6A 
b) 1C, 2B, 3F, 4E, 5D, 6A 
c) 1D, 2C, 3B, 4F, 5A, 6E 
d) 1A, 2D, 3F, 4C, 5B, 6E 
e) 1B, 2D, 3C, 4F, 5A, 6E 
 
 
 
5.2. Etapa 2: 
A etapa 2 se refere ao estudo por meio de um questionário do conteúdo estudados nas 
aulas. 
 
1) Durante um experimento de cinética enzimática, você observa que, à medida que a 
temperatura aumenta, a velocidade da reação também aumenta até atingir um ponto em 
 
que a velocidade começa a diminuir rapidamente. Além disso, você nota que a enzima 
parece perder sua atividade após atingir essa temperatura crítica. Qual é o termo usado 
para descrever esse ponto crítico de temperatura? 
a) Ponto de saturação da enzima. 
b) Ponto de pH ótimo. 
c) Ponto de máxima atividade enzimática. 
d) Ponto de desnaturação da enzima. 
e) Ponto de equilíbrio da reação. 
 
2) Em relação cinética enzimática, selecione a alternativa que corresponde com o que a 
constante de Michaelis-Menten (Km) representa na cinética enzimática. 
a) A velocidade máxima da reação enzimática. 
b) A concentração de substrato na qual a velocidade da reação é metade da Vmax. 
c) A afinidade da enzima pelo produto da reação. 
d) A taxa de degradação da enzima. 
e) A velocidade da reação na ausência de substrato. 
 
3) Qual método de purificação é frequentemente usado para separar proteínas com base 
em suas diferenças na carga elétrica, permitindo a separação de proteínas carregadas de 
maneira diferente? 
a) Filtração por membrana. 
b) Cromatografia de afinidade. 
c) Cromatografia de troca iônica. 
d) Precipitação com solventes. 
e) Filtração por tamanho. 
 
4) Qual das seguintes técnicas de imobilização de enzimas é mais adequada quando se 
deseja uma ligação estável e permanente, mesmo em condições adversas? 
a) Adsorção. 
b) Ligação covalente. 
c) Encapsulação. 
d) Entrelaçamento. 
e) Fixação física. 
 
 
5) Selecione a alternativa que corresponde com a função das enzimas do malte, como a 
alfa-amilase e a beta-amilase, no processo de produção de cerveja, especificamente 
durante a mosturação: 
a) As enzimas do malte são responsáveis pela filtragem do mosto cervejeiro. 
b) Elas são responsáveis pela adição de lúpulo à cerveja. 
c) As enzimas do malte convertem o amido do malte em açúcares fermentáveis durante 
a mosturação. 
d) Elas são responsáveis pela clarificação da cerveja antes do envase. 
e) Aumentar a produção de ácidos orgânicos para melhorar a característica sensorial do 
produto. 
 
6) Qual é a fonte primária da enzima bromelina e em que tipo de produtos ela é 
frequentemente utilizada? 
a) A fonte primária da bromelina é a uva e é usada em produtos de panificação. 
b) A fonte primária da bromelina é o abacaxi e é usada em produtos de panificação. 
c) A fonte primária da bromelina é o trigo e é usada em produtos de panificação. 
d) A fonte primária da bromelina é o milho e é usada em produtos lácteos. 
e) A fonte primária da bromelina é o queijo e é usada em produtos cárneos. 
 
7) Qual é a fonte primária da enzima pancreatina e em que processo biológico ela 
desempenha um papel fundamental? 
a) A fonte primária da pancreatina é o abacaxi e ela desempenha um papel fundamental na 
fermentação de cerveja. 
b) A fonte primária da pancreatina é o milho e ela desempenha um papel fundamental na 
produção de pães. 
c) A fonte primária da pancreatina é o pâncreas animal e ela desempenha um papel 
fundamental na digestão de alimentos no trato digestivo. 
d) A fonte primária da pancreatina é o arroz e ela desempenha um papel fundamental na 
fabricação de açúcar. 
e) A fonte primária da pancreatina é o cogumelo e ela desempenha um papel fundamental na 
produção de queijo. 
 
 
8) Suponha que você está investigando a atividade da enzima amilase, que catalisa a 
hidrólise do amido em glicose. Você possui várias soluções de amido com diferentes 
concentrações (0,1%, 0,5%, 1%, 2%, e 5%). 
 
O procedimento experimental realizado por você foi da seguinte forma: 
Procedimento Experimental: 
Preparou 5 tubos de ensaio, cada um contendo 10 mL de solução de amido nas seguintes 
concentrações: 0.1%, 0.5%, 1%, 2%, e 5%. 
Adicionou a mesma quantidade de solução de amilase a cada tubo. 
Incubou os tubos a 37°C por 10 minutos. 
 
Após a incubação, mediu a quantidade de glicose formada 
Após o procedimento, obteve o seguinte resultado: 
 
Concentração de amido (%) Glicose (mg/mL) 
0,1 10 
0,5 25 
1 50 
2 80 
5 80 
 
Perguntas para Discussão: 
a) Qual é a relação entre a concentração de amido e a quantidade de glicose 
formada? 
R: A relação entre a concentração de amido e a quantidade de glicose formada mostra 
que, até uma concentração de 2% de amido, a quantidade de glicose aumenta 
proporcionalmente com o aumento da concentração de amido. No entanto, ao atingir 
2% de amido, a quantidade de glicose formada chega a um platô de 80 mg/mLde 
glicose. 
b) Em que concentração de amido a atividade da amilase foi máxima? 
R: A atividade da amilase foi máxima na concentração de amido de 2%, pois foi o 
último ponto onde a quantidade de glicose formada aumentou proporcionalmente. 
c) Explique por que a velocidade da reação pode não aumentar indefinidamente 
com a concentração do substrato. 
 
R: A velocidade da reação não aumenta indefinidamente com a concentração do 
substrato devido à saturação da enzima. À medida que a concentração de substrato 
aumenta, os sítios ativos da enzima ficam completamente ocupados, atingindo a 
velocidade máxima (Vmax). 
 
9)Suponha que você está analisando a atividade da enzima amilase, que catalisa a 
hidrólise do amido em glicose. Você possui soluções de amido e vai testar a atividade da 
amilase em diferentes valores de pH. 
O procedimento experimental foi realizado conforme descrito: 
Procedimento Experimental: 
Preparou 5 tubos de ensaio, cada um contendo 10 mL de solução de amido a 1%. 
Ajustou o pH de cada tubo para diferentes valores usando soluções tampão apropriadas: 
pH 4, pH 6, pH 7, pH 8 e pH 10. 
Adicionou a mesma quantidade de solução de amilase a cada tubo. 
Incubou os tubos a 37°C por 10 minutos. 
Após a incubação, mediu a quantidade de glicose formada. 
Os resultados estão apresentados na tabela abaixo: 
 
pH Glicose (mg/mL) 
4,0 10 
6,0 40 
7,0 60 
8,0 45 
10,0 15 
 
Perguntas para Discussão: 
a) Com base nos resultados apresentados na tabela, elabore um gráfico de dispersão 
com linhas para ilustrar o efeito do pH na enzima e explique qual é a relação 
entre o pH e a quantidade de glicose formada? 
R: Observamos que a quantidade de glicose formada varia com o pH, atingindo um 
pico em pH 7, onde a concentração de glicose chega a 60 mg/mL. Isso indica que o 
pH ótimo da amilase, onde sua atividade é máxima, é em torno de pH 7. Em pH mais 
ácido (4,0) ou mais alcalino (10,0), a quantidade de glicose formada é 
significativamente menor, indicando menoratividade da enzima. 
 
 
b) Em que pH a atividade da amilase foi máxima? 
R: A atividade da amilase foi máxima em pH 7. 
 
c) Explique por que a atividade enzimática pode ser afetada em pH muito ácidos ou 
muito alcalinos. 
R: Atividade enzimática em PH especifico o teor do PH com valores extremos podem 
danificar sua eficiência. 
 
10) A enzima renina (também denominada de quimosina), utilizada na fabricação de 
queijo, é responsável para a coagulação do leite. Sobre a origem, produção e 
aplicação dessa enzima na indústria de laticínios, qual das afirmações a seguir é 
correta? 
a) A renina é produzida exclusivamente no estômago de ruminantes e atualmente não pode 
ser produzida por métodos biotecnológicos. 
b) A renina, tradicionalmente obtida do estômago de ruminantes, hoje é 
frequentemente produzida por técnicas de biotecnologia utilizando microrganismos 
geneticamente modificados. 
c) A renina é uma enzima obtida de fontes vegetais e não tem origem animal, sendo usada 
para a coagulação do leite. 
d) A renina é sintetizada quimicamente em laboratório e não tem origem natural. 
e) A renina é produzida a partir do pâncreas de porcos e é utilizada exclusivamente para a 
produção de queijos de alta qualidade. 
 
 
Cascavel 2024