EB2 - Aula 2 1 - Estequiometria crescimento - parte 1

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ENGENHARIA BIOQUÍMICA 2 (EB2)
Disciplina 107077 – Turma B – 2019/1
Horário: Quarta-feira (14 – 18 h) AT 10 sala 239
Profa. Dra. Fernanda Perpétua Casciatori
Departamento de Engenharia Química (DEQ)
Universidade Federal de São Carlos (UFSCar)
Estequiometria do Crescimento Celular e 
da Formação de Produtos
Cultivos celulares: células são produto de reação.
Como formular equações de reação para crescimento e síntese de produto?
Aplicações da estequiometria metabólica em bioprocessos: 
• Comparar rendimentos de produto teórico e real;
• Checar a consistência de dados experimentais de fermentação;
• Formular meios de cultivo.
Estequiometria do Crescimento Celular e 
da Formação de Produtos
Cultivos celulares: células são produto de reação.
Como formular equações de reação para crescimento e síntese de produto?
Aplicações da estequiometria metabólica em bioprocessos: 
• Comparar rendimentos de produto teórico e real;
• Checar a consistência de dados experimentais de fermentação;
• Formular meios de cultivo.
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 Crescimento celular
 Alta complexidade;
 Milhares de reações intracelulares envolvidas.
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 Crescimento celular
 Alta complexidade;
 Milhares de reações intracelulares envolvidas.
 Lei de conservação da matéria!
 CHON e outros elementos consumidos: incorporados às células ou a produtos.
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 Crescimento celular
 Alta complexidade;
 Milhares de reações intracelulares envolvidas.
 Lei de conservação da matéria!
 CHON e outros elementos consumidos: incorporados às células ou a produtos.
 Equação do crescimento celular aeróbico: 
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 Crescimento celular
 Alta complexidade;
 Milhares de reações intracelulares envolvidas.
 Lei de conservação da matéria!
 CHON e outros elementos consumidos: incorporados às células ou a produtos.
 Equação do crescimento celular aeróbico: 
Substrato
Glicose: w = 6; x = 12; y = 6; z = 0.
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 Crescimento celular
 Alta complexidade;
 Milhares de reações intracelulares envolvidas.
 Lei de conservação da matéria!
 CHON e outros elementos consumidos: incorporados às células ou a produtos.
 Equação do crescimento celular aeróbico: 
Fórmula química para a 
fonte de nitrogênio
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 Crescimento celular
 Alta complexidade;
 Milhares de reações intracelulares envolvidas.
 Lei de conservação da matéria!
 CHON e outros elementos consumidos: incorporados às células ou a produtos.
 Equação do crescimento celular aeróbico: 
‘Fórmula’ química para a 
biomassa seca
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 Crescimento celular
 Alta complexidade;
 Milhares de reações intracelulares envolvidas.
 Lei de conservação da matéria!
 CHON e outros elementos consumidos: incorporados às células ou a produtos.
 Equação do crescimento celular aeróbico: 
1 mol de substrato
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
Conversão de substrato, oxigênio e nitrogênio para o crescimento celular. 
BiomassaSubstrato
Fonte de nitrogênio
Célula
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 Visão macroscópica do metabolismo
 Ignora estrutura detalhada do sistema
 Considera somente componentes que têm troca líquida com o ambiente
 Importante ferramenta para análise termodinâmica
 Não inclui ATP e NADH
 Vitaminas e minerais
 Consumidos em pequenas quantidades
 Contribuição considerada desprezível
BiomassaSubstrato
Fonte de nitrogênio
Célula
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 Biomassa
 90 a 95 % composta por C, H, O e N.
 Conteúdo de nitrogênio
 Bactéria: 11 a 14 %
 Fungos: 6 a 9 %
 Condições de cultivo
 Tipo de substrato
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 Biomassa
 90 a 95 % composta por C, H, O e N.
 Conteúdo de nitrogênio
 Bactéria: 11 a 14 %
 Fungos: 6 a 9 %
 Condições de cultivo
 Tipo de substrato
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio:
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio: 24,6 g/mol
 + 5 a 10 % de cinzas residuais
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio: 24,6 g/mol
 + 5 a 10 % de cinzas residuais
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio: 24,6 g/mol
 + 5 a 10 % de cinzas residuais
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio: 24,6 g/mol
 + 5 a 10 % de cinzas residuais
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio: 24,6 g/mol
 + 5 a 10 % de cinzas residuais
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio: 24,6 g/mol
 + 5 a 10 % de cinzas residuais
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio: 24,6 g/mol
 + 5 a 10 % de cinzas residuais
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio: 24,6 g/mol
 + 5 a 10 % de cinzas residuais
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio: 24,6 g/mol
 + 5 a 10 % de cinzas residuais
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio: 24,6 g/mol
 + 5 a 10 % de cinzas residuais
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio: 24,6 g/mol
 + 5 a 10 % de cinzas residuais
Estequiometria do Crescimento e Balanços Elementares
 CH1,8O0,5N0,2
 ‘Peso molecular’ médio: 24,6 g/mol
 + 5 a 10 % de cinzas residuais
Exemplo 1:
Coeficientes estequiométricos para o crescimento celular
A produção de proteína unicelular a partir de hexadecano é descrita pela seguinte equação de reação:
onde CH1,66O0,27N0,20 representa a biomassa. Se RQ = 0,43, determine os coeficientes estequiométricos.