Milho BT

Milho transgênico contra toxinas



O que são micotoxinas?  Micotoxinas são compostos tóxicos produzidos por diversos fungos que infectam grãos, ou alimentos produzidos a partir desses como farinhas, pães e rações para animais. As micotoxinas são consideradas carcinogênicas (podem causar alguns tipos de câncer), além disso, o consumo de alimentos contaminados com micotoxinas causa danos de distintos graus de severidade em órgãos internos, ao sistema nervoso e circulatório de animais que as consomem, podendo causar até a morte. Atualmente a preocupação com micotoxinas é tão grande que diversos países enviam representantes oficiais para acompanhar o embarque de grãos em países produtores e assim evitarem o ingresso de grãos contaminados no seu destino. As micotoxinas também fazem parte do arsenal de armas biológicas que potencialmente podem ser usadas em casos de bioterrorismo. Atualmente, o controle das micotoxicoses é feito através da detecção das micotoxinas e o descarte do alimento. Entretanto, a diversidade de compostos químicos que compõe as micotoxinas torna o processo complexo. Exemplo de micotoxinas importantes são as fumonisinas no milho, as aflatoxinas no milho e no amendoim, os tricotecenos no trigo e as ocratoxinas no café.
Como a produção de milho transgênico, que seja protegido contra insetos, pode ser eficaz na prevenção de micotoxinas?Os insetos, ao se alimentarem do milho, causam ferimentos aos grãos tanto na lavoura como no período que o milho fica armazenado após a colheita. Esses ferimentos são a “porta de entrada” para que os fungos invadam o grão. Caso as condições de umidade e temperatura sejam altas, ocorre um favorecimento ao crescimento do fungo no interior do grão. Esses focos de infecção produzem um grande número de estruturas do fungo, denominadas esporos, que após serem liberadas irão infectar mais grãos. Durante seu crescimento o fungo produz micotoxinas para facilitar a destruição do tecido vegetal. Portanto, impedir que a infecção fúngica se inicie a partir de ferimento causado por insetos é um método muito eficiente para controlar o acúmulo de micotoxinas. Atualmente, o uso de inseticidas é um método muito empregado para o controle dos insetos que atacam as plantas e os grãos. Porém, o uso desses produtos deveria ser minimizado ou evitado em função dos problemas ao meio ambiente e à saúde que decorrem de seu uso continuado.

O que exatamente o milho transgênico Bt produz que o milho comum não produz?O milho Bt produz uma proteína que é tóxica somente para determinados insetos. Existem variedades de milho Bt que produzem diferentes proteínas tóxicas. Algumas possuem ação contra lagartas que consomem as folhas da planta de milho. Outras são ativas contra larvas de besouros que atacam o caule da planta de milho.  Essas pragas são responsáveis por perdas enormes para a produção do milho e praticamente obrigam os agricultores a usarem inseticidas, caso contrário eles perderiam toda sua produção. O milho Bt é uma alternativa importante pois ele diminui, ou até elimina, a necessidade de uso de inseticidas. Isto significa menor gasto de recursos para os produtores e alimento de melhor qualidade para o consumidor, sem contar que o meio ambiente fica preservado da contaminação com inseticidas.
Essa proteína tóxica não é nocivo aos homens e aos animais?Não, pois a proteína tóxica é inócua a todos organismos que não são alvos incluindo grupos de insetos que não se alimentam do milho, fungos, bactérias, animais e seres humanos, entre outros. Diversos estudos têm se dedicado a estudar os possíveis efeitos da toxina em organismos não alvo e os resultados das pesquisas indicam sua segurança. Isto se deve a grande especificidade da toxina, que exige condições muito restritas para sua atividade, que somente são encontradas no aparelho digestivo de determinados insetos como, por exemplo, a presença de receptores celulares. É importante também ressaltar que essas toxinas são originadas de uma bactéria denominada de Bacillus thuringiensis que é encontrada em quase todos os solos. Inseticidas naturais contendo essa bactéria são usados com segurança na agricultura há muito tempo. A diferença do uso de uma planta Bt e de um inseticida Bt é que na primeira o produto somente fica disponível para o inseto que consome a planta e no segundo, que usa a bactéria viva, outros insetos que não consomem o milho podem ser afetados. Portanto, o uso de milho Bt é até mais seguro que o inseticida natural. 

É possível a produção de um milho que seja “agressivo” ao fungo produtor das micotoxinas?No caso do milho Bt a toxina é somente ativa contra o inseto e não contra o fungo. Porém, existem pesquisas em desenvolvimento que possibilitarão o uso de plantas resistentes aos fungos produtores de micotoxinas. Ou seja, mesmo que o dano pelo inseto ocorra, as plantas não acumularão micotoxinas. Essas variedades ainda não são disponíveis comercialmente, mas no futuro poderão ser alternativas importantes para o controle de micotoxinas. A existência de alternativas é sempre desejável, pois os microrganismos facilmente costumam desenvolver estratégias que impedem o funcionamento dos métodos de controle.
Na produção do milho Bt, que genes são introduzidos no vegetal?São introduzidos genes da bactéria Bacillus thuringiensis que já haviam sido identificados como responsáveis pela capacidade dessa bactéria em controlar insetos. Bacillus thuringiensis possui diversas “famílias” de genes que produzem toxinas. Uma dessas famílias de genes é denominada de Cry, que está presente em um grande número de variedades de milho transgênico cultivadas no mundo. Esse gene codifica uma proteína na planta que mata os insetos que consomem as folhas do milho.
As características nutricionais do milho se alteram por causa disso?As características nutricionais do milho convencional e do milho Bt são equivalentes, pois a única alteração que ocorre é a introdução do gene Bt. As variações nutricionais que ocorrem entre plantas de milho de uma mesma variedade são muito mais freqüentes em função da mudança de clima e do tipo de solo do que pela presença ou não de um determinado gene, como o Bt. Portanto, a opinião de algumas pessoas que os transgênicos alteram a qualidade nutricional não corresponde à realidade. Já foram realizados exaustivos estudos sobre a segurança alimentar em termos de toxicidade e alergenicidade da proteína Bt. Os grãos do milho Bt também foram submetidos a uma rigorosa avaliação de seu uso como alimento, além disso, esse milho vem sendo consumido há 10 anos em diversos países do mundo sem registro de problemas. Somente após estudos rigorosos uma variedade de milho Bt é liberada para plantio e uso na alimentação. Considera-se que nenhuma outra inovação tenha sido tão avaliada como o caso das plantas transgênicas. Felizmente, esse rigor na análise de segurança de produtos transgênicos tem levado a uma melhor compreensão sobre o a segurança alimentar. Possivelmente, no futuro, seremos igualmente exigentes quanto à presença de substâncias que realmente causam mal à saúde, como as micotoxinas.

Exploração das Potencialidades da Biosfera - Produção de Alimentos

• O crescimento da população humana tem sido acompanhado por um aumento da exploração dos recursos da biosfera e pela introdução de desiquilíbrios.

Da Agricultura tradicional à Intensiva

• As plantas, os animais e os produtos que deles derivam constituem, na sua quase totalidade, os recursos alimentares do Homem que são obtidos essencialmente, pela agricultura, pecuária e pesca.

• A partir da segunda metade do século XX, a necessidade crescente de alimentos e o desenvolvimento científico e tecnológico das sociedades traduziram-se num aumento da produção de bens alimentares, para o qual contribuiram os seguintes factores:

• desenvolvimento de equipamento agrícola;
• utilização de fertilizantes químicos e pesticidas na agricultura;
• desenvolvimento de técnicas mais eficientes de irrigação;
• intensificação e modernização da pecuária e da aquacultura;
• melhoria das embarcações e das técnicas de pesca;
• aplicação da biotecnologia no melhoramento de espécies de organismos utilizadas na alimentação humana e no aumento da sua produtividade.

• O desenvolvimento de novos equipamentos e produtos de uso agrícola foi acompanhado da alteração de um modelo de agricultura tradicional, de tipo familiar, para a agricultura intensiva, assente na monocultura, nos países industrializados.
  
  

  

• Agricultura Tradicional: cultivo de pequenas áreas em regime de policultura, com utilização de técnicas que preservam a rentabilidade do solo, tais como:

• rotação de culturas;
• pousio;
• aplicação de adubos orgânicos;
• associação de espécies com diferentes necessidades em elementos minerais;
• rega manual, muitas vezes com recurso a desvio de água dos rios ou a poços;
• trabalho essencialmente manual ou com a ajuda de animais.

Consequências:

• produção de alimentos em pequena quantidade, que apenas satisfaz as necessidades familiares ou de uma pequena comunidade;
• mantém a fertilidade do solo;
• não causa poluição do solo ou da água;
• preserva os recursos hídricos.

• Agricultura Intensiva: cultivo de grandes áreas, em regime de monocultura, com apenas uma espécie.

As tecnologias aplicadas incluem:

• utilização de adubos sintéticos;
• utilização de pesticidas;
• rega automática;
• trabalho executado por máquinas.

Consequências:

• produção de alimentos em grande quantidade, destinados a serem comercializados;
• a obtenção de novas áreas agrícolas é muitas vezes feita à custa da desflorestação;
• os elementos minerais do solo esgotam-se rapidamente, conduzindo à degradação do solo e à desertificação;
• a falta de biodiversidade torna mais comum o aparecimento de doenças e de pragas;
• o excesso de adubos e pesticidas polui o solo e a água;
• os volumes de água utilizados na irrigação contribuem para o esgotamento dos recursos hídricos;
• consumo de grandes quantidades de energia fóssil.

Outras estratégias para aumentar a produção de alimentos

• Reprodução Selectiva: é utilizada desde há vários séculos e baseia-se na selecção artificial para obter variedades de plantas ou animais com características vantajosas.

• Em cada geração, são promovidos os cruzamentos entre indivíduos que apresentam as características desejadas, que, assim, aumentam a sua representatividade na geração seguinte.
• A reprodução selectiva permite:

• obter produtos de melhor qualidade, como frutos, sementes, carne, leite, ovos ou peles;
• melhorar as capacidades de reprodução, o que permite obter uma descendência mais numerosa;
• obter variedades de plantas e animais mais resistentes a doenças e parasitas.

• Nos animais, a reprodução selectiva foi facilitada com o desenvolvimento das técnicas de inseminação artificial. O sémen de um macho com características vantajosas pode ser usado para inseminar uma grande quantidade de fêmeas.
• Desvantagens associadas à reprodução selectiva:

• é um processo lento;
• apenas permite combinar características de indivíduos da mesma espécie ou de espécies relacionadas;
• as variedades resultantes perdem eficácia num período de tempo curto devido a pragas e doenças.
  
  

  

• Propagação Vegetativa: permite a obtenção de clones de plantas com características desejáveis, por reprodução assexuada. As plantas possuem uma grande capacidade de regeneração devido à totipotência de algumas das suas células. A propagação por estaca, a mergulhia e a enxertia são algumas das técnicas de propagação vegetativa.

• Cultura de Tecidos e Micropropagação Vegetal:

• A micropropagação é uma extensão dos métodos tradicionais de propagação vegetativa.
• A clonagem de plantas com características desejáveis é obtida pela cultura in vitro de tecidos vegetais, sob determinadas condições de assepsia, num meio com nutrientes e hormonas e com controlo de factores abióticos, como a luz, temperatura, oxigénio e CO2.
• Processo:

1. Escolha do explante – a escolha do explante condiciona o grau de sucesso na micropropagação, pelo que a sua fonte deverá ser cuidadosamente escolhida. Os explantes devem ser provenientes de plantas jovens adultas, de preferência de zonas de crescimento activo, nomeadamente dos meristemas.
2. Desinfecção do explante: a desinfacção é feita em etapas, com recurso a álcool etílico comercial em concentração de 50 a 70%, hipoclorito de sódio (lixívia) ou cálcio, seguido de lavagens com água destilada.
3. Incubação em meio de crescimento: o explante é incubado em meio de crescimento, contendo uma mistura de sais minerais, fonte de energia (sacarose), vitaminas e fito-hormonas (tais como auxinas e citocininas). As células crescem e multiplicam-se indefinidamente, desde que o meio seja periodicamente renovado. O conjunto de células indiferenciadas denomina-se tecido caloso.
4. Transferência do tecido caloso para meio contendo determinadas concentrações hormonais – organogénese.
5. As plântulas regeneradas in vitro são aclimatizadas e transferidas para o solo.

• Explante: fragmento de tecido vegetal obtido a partir de uma planta e que será propagado para a obtenção de outra.
• Tecido Caloso: tecido muito heterogéneo formado por uma massa de células, predominantemente parenquimatosas, em proliferação. O tecido caloso pode ser dividido e subcultivado por sucessivas gerações.
• As células do tecido caloso podem ser induzidas a regenerar plantas completas através de:
  • Embriogénese somática – consiste na produção de estruturas semelhantes a embriões a partir de células somáticas. Os embriões somáticos são estruturas bipolares independentes que sofrem um desenvolvimento em plântulas semelhante ao dos embriões zigóticos.
  • Organogénese – consiste na formação de estruturas caulinares ou radiculares a partir do tecido caloso. Também pode verificar-se organogénese directamente a partir do explante.
• As plantas que se originam a partir desta técnica são geneticamente idênticas às plantas que lhes deram origem.
• A micropropagação permite:

• a protecção das culturas contra as doenças/produção de plantas livres de vírus por cultura de meristemas;
• a obtenção de taxas de multiplicação e crescimento superiores ao normal;
• o controlo de factores ambientais adversos;
• a realizaçao de pesquisas de melhoramento genético;
• a obtenção de grandes quantidades de compostos a custos reduzidos – é a partir do seu metabolismo que as plantas produzem substâncias químicas com propriedades farmacológicas. Cerca de 25% dos medicamentos prescritos possuem produtos extraídos de de plantas, sendo os procedimentos para a sua extracção extremamente dispendiosos. As técnicas de cultura poderão representar uma forma de facilitar a obtenção/extracção desses produtos, com maior grau de pureza;
• a redução do espaço para o seu crescimento;
• a propagação de espécies de difícil reprodução;
• a obtenção de plantas homozigóticas para todos os genes por cultura de anteras, seguida de indução da duplicação cromossómica.

• Cultura de Protoplastos:

• Protoplastos: células vegetais cujas paredes celulares foram removidas por processos mecânicos ou enzimáticos, deixando a célula apenas protegida pela membrana plasmática.
• Aplicações dos protoplastos:

• podem ser cultivados in vitro e regenerar plantas completas;
• são utilizados na transformação genética de plantas, uma vez que a ausência de parede celular torna mais fácil a introdução de DNA estranho;
• são utilizados na obtenção de plantas híbridas, por fusão em cultura.

• Há variedades de plantas que poderão ser produzidas no futuro através da manipulação de plantas haplóides, criadas com recurso à micropropagação e a partir de grãos de pólen isolados. Depois, a partir da fusão de protoplastos (pertencentes ou não à mesma espécie), produzem-se células híbridas. Os protoplastos (depois de reconstituída a parede celular) podem crescer num meio de cultura, originar tecido caloso e daí criar uma nova planta transgénica, com as características das duas plantas iniciais.
• A regeneração a partir da fusão de protoplastos encontra algumas dificuldades no que diz respeito à produção de plantas monocotiledóneas, como o milho, o trigo e o arroz. Contudo em dicotiledóneas já apresenta grandes progressos.
  

  
  
  
  

• Controlo hormonal do crescimento e desenvolvimento das plantas:

• As hormonas vegetais desempenham diferentes funções dependendo do local onde actuam, do estádio de desenvolvimento do órgão e da sua concentração. São precisamente estes factores que são controlados na cultura de células e tecidos vegetais in vitro.
• Funções das hormonas vegetais:

Hormonas	Função desempenhada na planta
Auxinas	Promove o desenvolvimento de raízes e caules, através do alongamento de células recém-formadas nos meristemas.
Giberelinas	Estimulam o crescimento de caules e folhas. Juntamente com as auxinas, estimulam o desenvolvimento de frutos.
Citocininas	Estimulam a divisão celular.
Ácido abscísico	Inibe o crescimento das plantas.
Etileno	Induz o amadurecimento dos frutos.

• Contudo, quando combinadas entre si, as hormonas podem ter influências diversas das apresentadas.

• Criação e Clonagem de Animais:

• Nas últimas décadas, o número elevado e crescente de animais em explorações levou a pecuária a uma intensificação preocupante, conduzindo a uma exagerada produção de efluentes, cujo armazenamento, tratamento e destino levantam problemas ambientais e sócio-económicos.
• A criação de animais destinados à alimentação humana em espaços restritos e densamente ocupados, como aviários e suiniculturas, permite produzir grandes quantidades de carne em pouco tempo, mas recorre, geralmente, à utilização de substâncias com efeitos adversos sobre a saúde humana, tais como:

• Antibióticos: previnem doenças e inibem o crescimento de bactérias da flora intestinal, o que permite canalizar os nutrientes exclusivamente para o crescimento do animal. Aumentam os riscos de reacções alérgicas e de desenvolvimento de resistências em seres humanos.
• Hormonas: permitem aumentar a produção de massa muscular, conferindo ao animl maior peso. No entanto, os compostos fornecidos aos animais podem não ser destruídos durante a preparação de alimentos e, eventualmente, originar dioxinas, que são potencialmente tóxicas e cancerígenas. Estas substâncias podem entrar na cadeia alimentar humana e causar efeitos nefastos nos sistemas imunológico e neurológico, principalmente nas crianças.
• Farinhas de origem animal: permitem aumentar a quantidade de proteínas na alimentação do animal, mas podem introduzir desiquilíbrios, como o que levou ao aparecimento da variante humana da encefalopatia espongiforme bovina (BSE)

• A clonagem de animais, como ovelhas ou coelhos, pode ser conseguida através de fecundação in vitro seguida da divisão e transferência de embriões. As primeiras células que resultam da divisão do zigoto são totipotentes e podem ser separadas e cultivadas em meio de cultura apropriado, dando origem, cada uma delas, a um embrião que é implantado no útero de uma fêmea. Esta técnica permite a selecção de gâmetas de animais com características vantajosas que, assim, vão originar numerosos descendentes num curto espaço de tempo.
• A generalização da clonagem animal será acompanhada de uma perda de variabilidade genética, que se traduz numa menor capacidade de adaptação da espécie às alterações do ambiente.

• Organismos Geneticamente Modificados (OGM):

• A tecnologia do DNA recombinante torna possível a manipulação do genoma de plantas e animais utilizados na alimentação humana, com determinados objectivos:

• melhoramento das propriedades nutritivas;
• aumento da produção de carne, leite, sementes, frutos e outros géneros;
• tolerância a condições ambientais adversas;
• resistência a herbicidas;
• alteração da maturação de frutos.

• Aplicações da Biotecnologia na criação de animais:

• biorreactores: criação de cabras, porcas e ovelhas transgénicas que produzem, no leite, proteínas humanas de importância biomédica, como anticoagulantes, por exemplo, que serão posteriormente extraídas;
• utilização de organismos para estudos moleculares que contribuam para testar agentes terapêuticos de prevenção e combate a doenças;
• melhoria nas taxas de crescimento e produção de fibras têxteis (lã). Os casos de maior sucesso no aumento de massa corporal ocorreram com peixes e na produção de têxteis, sem haver alteração nas propriedades das fibras;
• obtenção de animais com defesas selectivas para determinadas doenças (por exemplo, resistência ao vírus Influenza).

• Há uma natural dificuldade em implementar os processos biotecnológicos nos animais, comparativamente às plantas, uma vez que estes não apresentam células totipotentes após o desenvolvimento embrionário.
• As plantas transgénicas são fáceis de obter porque possuem um ciclo de vida curto, produzem uma descendência numerosa e têm uma grande capacidade de regeneração.
• Na transformação genética de plantas é frequente a utilização como vector do plasmídio de Agrobacterium tumefaciens. Esta espécie de bactéria vive no solo e infecta as plantas, causando tumores. A capacidade infecciosa reside num gene do plasmídio Ti. O plasmídio Ti pode ser manipulado de modo a substituir o oncogéne por um gene com interesse que é transferido para a planta.
• Em plantas que não são infectadas por Agrobacterium tumefaciens, a introdução de DNA exógeno em protoplastos ou o bombardeamento de partículas também tem bons resultados.
• Um exemplo comum de OGM é o milho Bt, capaz de produzir naturalmente o insecticida. Este milho foi produzido obtendo o gene de uma bactéria do solo, a Bacillus thuringiensis (Bt), que produz uma toxina mortal para as larvas.
• Impactos/riscos dos OGM vegetais:

• Há a confirmação de transferência de substâncias alérgicas, havendo ainda muitos OGM à venda contendo proteínas cujo potencial alérgico não foi testado.
• Foram feitos estudos em ratos alimentados com batatas geneticamente modificadas, observando-se que o sistema imunitário do animal ficou debilitado.
• Na agricultura, o uso de OGM resistentes a herbicidas pode incentivar ao uso de doses elevadas destes produtos, agravando o problema da poluição de aquíferos, e causando problemas de saúde, como diversas formas de cancro.
• Não é possível separar culturas transgénicas das convencionais. O pólen pode percorrer mais de 180 km num só dia. Assim, pode haver transferência dos transgenes para as espécies nativas, originando poluição genética.
• Os OGM são uma novidade para a natureza, e a possível inexistência de predadores naturais pode facilitar a sua expansão e competitividade com espécies nativas, pondo em causa a biodiversidade.
• Devido ao ganho de resistência aos herbicidas dos OGM, e ao consequente exagero do seu uso, determinadas plantas podem tornar-se «superpragas», ganhando resistências. Tal já aconteceu na Grã-Bretanha.
• Estudos provam que as folhas das plantas Bt podem alterar a composição biológica do solo, o que poderá provocar um desiquilíbrio biológico, com repercursões nos ciclos biogeoquímicos (água, azoto, etc.).
• As toxinas produzidas pelo milho Bt podem afectar outros insectos que não são pragas importantes, mas que são muito sensíveis à toxina produzida.
• Possibilidade de disseminação do transgene pelo pólen e de a toxina se encontrar no néctar ou no pólen da planta e assim ser incluída na produção de mel pelas abelhas, sendo potencialmente alérgica para os humanos, obrigando a que esse milho apenas fosse usado nas rações alimentares dos animais.
• Desenvolvimento do gene Terminator (actualmente proíbido), que desactivava a capacidade de uma semente germinar quando plantada no ano seguinte.
• Os genes que conferem resistência aos antibióticos são utilizados como marcadores para seleccionar os transgénicos. Mas alguns podem escapar dos OGM e passar para as bactérias.

Papel da Biotecnologia no combate à fome

• A cultura de tecidos e a micropropagação vegetal são as técnicas de maior sucesso na produção de géneros alimentares, em mercados da Ásia, América Latina e África, pois são pouco dispendiosas e adequadas às potencialidades económicas dos países em questão.
• Exemplos de projectos biotecnológicos em curso nos países do Terceiro Mundo que visam aumentar a produtividade agrícola e, desta forma, combater a fome e subnutrição:

• produção de arroz transgénico resistente ao vírus RYMV endémico do continente africano, capaz de dizimar arrozais na sua totalidade;
• produção de arroz com consideráveis quantidades de ferro e vitamina A (o arroz constitui muitas vezes o único alimento disponível);
• criação de variedades de plantas resistentes a secas para impulsionar a produtividade das zonas semiáridas do continente;
• criação de variedades de trigo e milho resistentes ao alumínio, prontas para crescer em solos tropicais com elevados teores deste metal.

• A Biotecnologia não constitui, por si só, uma solução para a fome no mundo. A prossecução desse objectivo só pode ser concretizada através de medidas políticas e sócio-económicas de âmbito local e global.

Conservação, Melhoramento e Produção de Novos Alimentos

Conservação, Melhoramento e Produção de Novos Alimentos

• Factores que conduzem à deterioração dos alimentos:

• contaminação por microorganismos e insectos;
• autolise – processo celular no qual as enzimas provocam a lise das próprias células;
• reacções químicas espontaneas, que não são catalizadas por enzimas;
• alterações físicas causadas pela temperatura, pressão e humidade, entre outras.

• Nem todos os alimentos sofrem deterioração e se tornam impróprios para consumo com a mesma facilidade.

• Alimentos não perecíveis ou estáveis – não sofrem deterioração, por longos períodos de tempo, se forem manuseados e armazenados correctamente. (ex: açucar, farinha e feijão seco)
• Alimentos pouco perecíveis – conservam-se em boas condições, durante um período longo de tempo, se correctamente manuseados e armazenados. (ex: batatas e algumas variedades de maças)
• Alimentos perecíveis – degradam-se rapidamente se não forem sujeitos a métodos de conservação. (ex: carne, peixe, aves, ovos, leite e a maior parte dos frutos e vegetais).

• Factores que condicionam o tipo e a extensão da contaminação dos alimentos por microorganismos:

• Propriedades físicas e químicas dos alimentos, como a humidade disponível, o tipo e a quantidade de nutrientes, o pH e a eventual presença de substâncias inibidoras.

Nem todos os microorganismos utilizam as mesmas substâncias no seu metabolismo, pelo que a composição dos alimentos está associada ao tipo de microorganismos que se podem desenvolver. A água no alimento constitui um dos factores que mais influencia a actividade microbiana, uma vez que todos os microorganismos requerem humidade para o seu crescimento.

• Condições de armazenamento – O crescimento dos microorganismos é influenciado pelas condições ambientais, como a temperatura, a humidade e a disponibilidade de oxigénio, e estas condições determinam as espécies de microorganismos que podem desenvolver-se. Geralmente, a deterioração de um alimento é iniciada por uma espécie de microorganismos e seguem-se outras espécies, numa sucessão bem definida.
• Manipulação do alimento – Os meios de transporte, os utensílios utilizados e os próprios manipuladores podem contaminar o alimento e aumentar a sua carga em microorganismos.

• A competição entre diferentes tipos de bactérias, leveduras e fungos geralmente determina o tipo de organismo que predomina e o tipo de alterações que o alimento vai sofrer. Se as condições forem favoráveis para todos, as bactérias têm um crescimento mais rápido do que as leveduras e estas têm um crescimento mais rápido do que os fungos. É frequente um organismo criar condições para o desenvolvimento de outro, o que se designa por metabiose.

• Principais alterações provocadas pelos microorganismos nos alimentos:

• As proteínas são hidrolisadas em péptidos ou aminoácidos, os quais são posteriormente desaminados e descarboxilados, originando produtos como amónia, ácido acético e metano. A decomposição anaeróbia das proteínas, péptidos ou aminoácidos origina a produção de substâncias com mau odor e designa-se putrefacção.
• Os polissacarídeos e oligossacarídeos são hidrolisados em monossacarídeos. Estes são convertidos em CO2 e água em condições aeróbias e em condições anaeróbias podem sofrer fermentação alcoólica, láctica, propiónica ou butírica. Também se podem formar outros produtos, como ácidos gordos e outros ácidos orgânicos, aldeídos e cetonas.
• Os lípidos podem ser hidrolisados por lipases microbianas a ácidos gordos e glicerol ou podem ser oxidados. A oxidação dos lípidos origina o ranço.

Processos de conservação de alimentos

• Os processos de conservação de alimentos permitem:

• aumentar o período de tempo durante o qual os alimentos podem ser consumidos com segurança;
• em certos casos, melhorar as propriedades organolépticas dos alimentos, isto é, propriedades agradáveis aos órgãos dos sentidos;
• ultrapassar a sazonalidade do consumo de certos alimentos, tornando a dieta mais variada e equilibrada;
• aumentar a higiene alimentar;
• facilitar a tarefa de preparação dos alimentos.

• Principais factores de conservação de alimentos e técnicas utilizadas:

• Assepsia: previne o acesso dos microorganismos aos alimentos. A manutenção da assepsia durante a manipulação e a embalagem dos alimentos aumenta a eficácia de outros factores de conservação.

• Remoção dos microorganismos:

• Lavagem - remoção de microorganismos e partículas da superfície do alimento com água. O aumento da humidade pode favorecer o crescimento microbiano e acelerar a deterioração.
• Filtração esterilizante - alimentos líquidos passam num filtro esterilizado que retém os microorganismos.

• Calor: mata os microorganismos porque causa a desnaturação das proteínas e das enzimas necessárias ao metabolismo. A combinação temperatura/tempo utilizada na conservação dos alimentos tem em vista a destruição dos microorganismos indesejáveis, causando a menor alteração possível nas características e no valor nutritivo do alimento.

Os esporos dos microorganismos são mais resistentes ao calor do que as células vegetativas e requerem um tratamento mais intenso.

O tratamento pelo calor húmido é mais eficaz do que o tratamento pelo calor seco, o que possibilita a utilização de temperaturas mais baixas por períodos de tempo mais curtos.

• Pasteurização:

• Utiliza temperaturas inferiores a 100°C.
• Não destrói os esporos, nem algumas células mais resistentes.
• A combinação temperatura/tempo depende das características dos alimentos.
• É um método adequado nas seguintes situações:

• quando tratamentos térmicos mais violentos afectam a qualidade do produto;
• para eliminar agentes patogénicos, ou outros, pouco resistentes ao calor;
• quando é utilizado conjuntamente com outro método.

• Tratamento UHT: aquecimento a uma temperatura superior a 130°C durante 1 a 2 segundos. Destrói os microorganismos.
• Esterilização: O alimento é preparado e introduzido num recipiente que é fechado e submetido a uma temperatura superior a 100°C. Destrói os microorganismos e as enzimas. Especialmente para enlatados.
  
  
  
  
  

• Frio: As baixas temperaturas retardam as reacções químicas e a acção das enzimas do alimento e inibem ou reduzem o crescimento e a actividade dos microorganismos, mas não os matam. Quanto mais baixa for a temperatura, mais intensas são estas acções.

• Refrigeração: Os alimentos são conservados a uma temperatura superior a 0°C. A refrigeração comercial utiliza uma temperatura entre 5 e 7,2°C. Reduz o crescimento da maior parte dos agentes patogénicos, mas os organismos psicrófilos continuam a desenvolver-se.
• Congelação: Conservação dos alimentos a uma temperatura igual ou inferior a -18°C. A técnica de congelação rápida demora cerca de 30 min e utiliza, geralmente, azoto líquido; a congelação lenta demora entre 3 a 72 horas.
  A congelação inibe o crescimento de todos os microorganismos, mas continuam a ocorrer reacções de autólise no alimento. A eficácia da congelação é influenciada por factores como a técnica utilizada (congelação rápida ou lenta), a temperatura, a circulação do ar, o tipo de alimento e a forma e tamanho do alimento. Na congelação lenta formam-se cristais de gelo de grandes dimensões que podem danificar as células do alimento.

• Redução da água: A água é essencial ao metabolismo microbiano. A redução da água inibe o crescimento dos microorganismos e a actividade enzimática no alimento. Os esporos são mais resistentes à secura.

• Secagem ao Sol: O alimento é exposto ao sol e verifica-se a evaporação lenta da água. Apenas é possível em climas com sol e atmosfera seca.
• Evaporação: A água de alimentos líquidos é parcialmente removida por fervura. O método explora a diferença de volatilidade entre a água e os solutos do alimento. Permite a obtenção de produtos de grande conveniência para o consumidor, por redução de volume, mas causa alterações do sabor e da cor dos alimentos (por exemplo, o açucar carameliza e adquire uma cor acastanhada).
• Desidratação: O alimento é sujeito ao calor em condições controladas de temperatura, humidade e circulação de ar, o que remove a maior parte da água por evaporação.
• Liofilização: Desidratação de alimentos congelados por sublimação da água. Permite conservar a textura e o aroma dos alimentos. A água é extraída lentamente mantendo-se a forma, aspecto e restantes propriedades do alimento, mesmo que estes já estejam cozinhados.

• Efeitos osmóticos: Quando os alimentos são colocados em meio hipertónico (por adição de sal ou de açucar, por exemplo) verifica-se a diminução do potencial hídrico e a plasmólise das células microbianas.

• Salga: O alimento é coberto de sal ou colocado numa solução salina. O sal, para além de provocar a plasmólise das células, sofre ionização e origina o ião cloro que reduz a solubilidade do oxigénio e interfere com a acção das enzimas proteolíticas.
• Adição de açucar: O alimento é cozido numa solução concentrada de açucar. Actua de forma análoga ao sal, mas necessita de maiores concentrações.

• Modificação da atmosfera: Permite criar condições anaeróbias que impedem o crescimento de muitas espécies de microorganismos e as reacções de oxidação. Permite controlar a exposição dos alimentos a compostos voláteis, como o etileno.

• Embalagem no vácuo: Remoção total do ar na embalagem.
• Conservação ou embalagem em atmosfera modificada: Embalamento a baixa pressão. O ar atmosférico é substituído por uma mistura gasosa que favorece a conservação. Nessa mistura é aumentada a concentração de CO2 e diminuida a concentração de O2, em relação ao ar atmosférico.

• Irradiação: Certas radiações, como os raios UV e as radiações ionizantes, têm acção germicida e retardam a germinação e a maturação de sementes e frutos, respectivamente.

Os raios UV, devido ao seu comprimento de onda, são absorvidos pelas bases do DNA.

A resistência dos microorganismos às radiações depende da fase de crescimento e do estado fisiológico da célula.

• Lâmpadas UV: A irradiação dos alimentos mata os microorganismos superficiais, sem modificar as propriedades destes, que não se tornam radioactivos. A irradiação de espaços e utensílios de manipulação de alimentos permite reduzir os índices de contaminação.

• Acidez: O crescimento e a actividade de muitos microorganismos patogénicos é inibido ou reduzido em meio ácido, por desnaturação das enzimas.

• Fermentação: A fermentação láctica e a fermentação acética são acompanhadas por uma diminuição do pH.
• Conserva em vinagre: O alimento é mergulhado numa solução de vinagre. O sabor é alterado.

• Outros factores:

• Fumagem: O alimento é exposto ao fumo que resulta da queima de madeira e que contém uma variedade de produtos voláteis, com efeito bacteriostático ou bactericida. O mais importante desses compostos é o formaldeído. O alimento sofre também desidratação e acção do calor.
• Aditivos alimentares:
  • Um aditivo é uma substância, com ou sem valor nutritivo, que por si só não é género alimentício nem ingrediente característico de um género alimentício, mas que é intencionalmente adicionada aos alimentos, em qualquer fase do seu processamento, com finalidade tecnológica ou organoléptica.
  • Alguns aditivos são substâncias químicas que inibem o crescimento e a actividade de microorganismos por interferirem com estruturas ou processos dos próprios microorganismos, como, por exemplo, a estabilidade das membranas celulares, a actividade enzimática ou mecanismos genéticos. Outros aditivos previnem a autólise dos alimentos, como, por exemplo, os antioxidantes.
  • Para que uma substância possa ser utilizada como aditivo alimentar deve desempenhar uma ou várias das seguintes funções:

• conservar as qualidades nutritivas dos alimentos;
• aumentar a conservação ou estabilidade dos alimentos sob o ponto de vista higiénico;
• auxiliar ou melhorar o fabrico, a transformação, a preparação, a embalagem, o transporte ou o armazenamento dos alimentos;
• fornecer ingredientes ou constituintes necessários aos produtos alimentares destinados a fins especiais (dietéticos, por exemplo).

• Os aditivos alimentares só devem ser utilizados em alimentos se forem satisfeitas as seguintes condições:

• quando existe justificação tecnológica para o seu emprego e os objectivos a alcançar não podem ser obtidos por outros meios;
• quando a sua utilização, nas doses propostas, não represente qualquer perigo para a saúde do consumidor, à luz dos conhecimentos actuais;
• quando não induz o consumidor em erro e não é utilizado para disfarçar a incorporação de matérias-primas defeituosas ou práticas indesejáveis, nomeadamente de carácter higiénico.

• A aprovação de um aditivo alimentar obriga a uma avaliação toxicológica adequada e à definição da DDA (Dose diária admissível). A noção de perigosidade encontra-se ligada às quantidades que são ingeridas, bem como às combinações de diferentes compostos.
• Função dos aditivos:
  • Aditivos com acção conservante: a sua principal função é aumentar o tempo de duração do alimento, mantendo o sabor e esterilidade do mesmo.

Conservantes – prolongam a duração dos alimentos, por inibição ou redução da actividade dos microorganismos ou das reacções de autólise do próprio alimento.

Antioxidantes – retardam a oxidação. Previnem a formação de ranço nos alimentos que contêm lípidos e o escurecimento da fruta.

• Aditivos com função sensorial: modificam ou realçam as características organolépticas do alimento.
   

Corantes – dão cor ao alimento.

Intensificadores de sabor – realçam o sabor do alimento.

Espessantes – melhoram a consistência de alguns alimentos.

Aromatizantes – conferem aroma ao alimento.

• Aditivos que facilitam certas operações industriais de processamento e fabrico.

Estabilizadores e emulsionantes – permitem a manutenção do estado físico dos alimentos e facilitam a mistura de ingredientes.

Melhoramento e Produção de Novos Alimentos

Para além do desenvolvimento e aperfeiçoamento de novas técnicas de conservação de alimentos, a Biotecnologia aplicada à indústria alimentar permite melhorar e produzir novos alimentos através, nomeadamente, das seguintes acções:

• Optimização das condições em que ocorrem as fermentações:

A selecção de estirpes de organismos fermentativos e a manipulação de condições como temperatura, pH e composição atmosférica, tornam possível a obtenção de produtos fermentados de melhor qualidade, em maior quantidade e variedade. Por exemplo, os produtos lácteos probióticos e simbióticos, cujo consumo tem vindo a aumentar, são resultado da selecção e da utilização de diferentes fermentos lácteos que originam produtos com características particulares.

• Utilização de microorganismos para a produção de substâncias usadas na modificação de alimentos ou como aditivos alimentares:

A cultura de microorganismos em fermentadores, em condições controladas, permite produzir grandes quantidades de substâncias utilizadas como aditivos alimentares. Por exemplo, os aminoácidos ácido glutâmico e ácido aspártico são utilizados como adoçantes e o ácido cítrico (um ácido orgânico) e um regulador de acidez.

As enzimas microbianas são usadas no processamento e na transformação de alimentos. As lípases acentuam o sabor de certos queijos, a lactase é usada na produção de alimentos sem lactose destinados a indivíduos intolerantes a esta substância e as proteases são usadas para reduzir a turvação da cerveja.

A imobilização de enzimas numa matriz (de celulose ou ágar, por exemplo), sobre a qual é feito circular o substrato, facilita o isolamento dos produtos, reduz a contaminação, e permite a reutilização das enzimas e um melhor controlo das condições em que ocorre a catálise.

• Produção de alimentos transgénicos:

Os alimentos trangénicos possuem genes estranhos que lhes conferem novas características. Arroz com maior valor nutritivo, tomate que não amolece durante o amadurecimento e milho resistente à pirale, a sua principal praga, são alguns dos alimentos geneticamente modificados que, ao mesmo tempo que poderiam contribuir para melhorar a situação de fome no mundo, são alvo de polémica sobre eventuais efeitos no equilíbrio dos ecossistemas e na saúde humana.

Microrganismos e Indústria Alimentar

Microorganismos e Indústria Alimentar; Fermentação; Actividade Enzimática

• A interacção entre microorganismos e alimentos tem como consequências:

• a produção de certos alimentos com características específicas, como resultado de processos de fermentação;
• a deterioração dos alimentos, que se tornam impróprios para consumo humano, como resultado da utilização dos nutrientes para o crescimento dos próprios microorganismos.

• A indústria alimentar tem em conta a relação entre microorganismos e alimentos através das seguintes intervenções:

• utilização de microorganismos na produção de certos alimentos, por fermentação;
• utilização de microorganismos como fonte de enzimas para o processamento de alimentos;
• desenvolvimento e aperfeiçoamento de métodos de conservação de alimentos que retardam a sua deterioração devido à actividade de microorganismos ou outros factores;
• desenvolvimento de técnicas de melhoramento de alimentos ou de produção de novos alimentos.

Fermentação

• Fermentação – processo anaeróbio em que ocorre a produção de ATP, a partir de compostos orgânicos, numa série de reacções redox, que não envolvem uma cadeia transportadora de electrões. A fermentação envolve menores ganhos energéticos já que apenas se formam 2 moléculas de ATP por molécula de glicose, enquanto que na respiraçãoaeróbia se formam 36 ATP.
• Etapas da fermentação:

• Glicólise: a glicose é oxidada e formam-se duas moléculas de ácido pirúvico. O agente oxidante é o NAD que é transformado em NADH. O saldo energético é de duas moléculas de ATP.
• Redução do ácido pirúvico: o ácido pirúvico, ou moléculas orgânicas que se formam a partir dele, são aceptoras dos electrões do NADH, o que permite regenerar o NAD . O NAD pode, assim, voltar a ser utilizado na oxidação da glicose com formação de 2 ATP. Os produtos finais da fermentação dependem da molécula orgânica que é produzida a partir do ácido pirúvico.

• Existem vários tipos de fermentação, o que depende da molécula orgânica que é aceptora do hidrogénio na fase de redução do ácido pirúvico.

Tipo de Fermentação/Principais Características	Utilização na Produção de Alimentos
Fermentação alcoólica: - É realizada por leveduras; - O ácido pirúvico é convertido em etanol e CO2 em duas etapas: 1ª - O ácido pirúvico é descarboxilado e forma-se acetaldeído; 2ª - O acetaldeído é reduzido pelo NADH a etanol.	Pão: - A fermentação é realizada pela levedura Saccharomyces cerevisiae e a temperatura favorável é de 27ºC. - O amido da farinha é hidrolisado em açucares simples e posteriormente transformado em CO2 e etanol. O CO2 é o produto desejado, uma vez que faz crescer a massa, dando ao pão uma textura porosa. - A fermentação inicia-se com a adição das leveduras (fermento de padeiro) e termina quando o calor do forno as mata. O calor provoca a expansão do gás, a evaporação do álcool e dá estrutura ao pão.
	Vinho: - A fermentação do açucar de uvas é realizada por leveduras, principalmente do tipo Saccharomyces cerevisiae, que existem na casca das uvas. - As uvas são colhidas, esmagadas e tratadas com compostos de enxofre, que inibem o crescimento de microorganismos competidores das leveduras. As uvas esmagadas formam o most, que inicialmente é mexido para provocar a aerificação e o crescimento das leveduras; posteriormente, é deixado em repouso, o que cria condições anaeróbias favoráveis à fermentação. - O CO2 liberta-se para a atmosfera no decurso da fermentação (o vinho ferve) e a concentração de etanol, que é o produto desejado, vai aumentando. O etanol torna-se toxico para as leveduras quando atinge uma concentração de cerca de 12% e a fermentação termina.
	Cerveja: - É fabricada com malte (grãos de cevada germinados e secos), outros materiais ricos em amido (como arroz, milho ou sorgo), lúpulo, água e leveduras das espécies Saccharomyces cerevisiae ou Saccharomyces carlsbergensis. - Antes de iniciar a fermentação provoca-se a sacarificação (produção de açucares simples a partir do amido) na mistura de cereais. Durante a fermentação, as leveduras convertem os açucares em etanol e CO2 e pequenas quantidades de glicerol e ácido acético. O CO2 é libertado e o álcool atinge uma concentração de cerca de 3,8% do volume. - Após a fermentação, a cerveja é armazenada durante alguns meses, durante os quais ocorre a precipitação de leveduras, proteínas e outras substâncias indesejáveis. Por fim, a cerveja é carbonatada, clarificada, filtrada e engarrafada.
Fermentação Láctica: O ácido pirúvico é directamente reduzido a ácido láctico pelo NADH. A fermentação homoláctica produz grandes quantidades de ácido láctico. A fermentação heteroláctica leva à produção de outras substâncias, para além do ácido láctico, como CO2, etanol e ácido acético.	Queijo: Vários tipos de queijo são produzidos por fermentação levada a cabo por diferentes espécies de bactérias pertencentes aos géneros Propionibacterium, Lactobacillus, Streptococcus e Leuconostoc, em culturas puras ou mistas. As bactérias produzem ácido láctico e outras substâncias que contribuem para o aroma. O aumento da acidez provoca a coagulação das proteínas do leite.
	Iogurte: Produzido por uma cultura mista de Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus termophilus.
	Outros produtos lácticos fermentados: - Leites fermentados como Kefir e Kumiss. - Alimentos probióticos fermentados por bifidobactérias e Lactobacillus casei imunitass.
Fermentação acética: É assim designada devido às características do produto obtido, no entanto, não é uma fermentação, mas uma oxidação.	Vinagre: -É obtido a partir de materiais contendo açucar ou amido, como sumo de fruta, vinho ou cereais. - A sua produção compreende duas etapas: 1ª – Fermentação do açucar que é convertido em etanol – processo anaeróbio realizado por leveduras. 2ª – Oxidação do etanol a ácido acético. Reacção aeróbia realizada por bactérias acéticas dos géneros Acetobacter e Glucanobacter.

Actividade Enzimática

• Metabolismo Celular – conjunto de reacções químicas que ocorrem numa célula. É através do metabolismo que é feita a gestão de recursos materiais e energéticos da célula. O metabolismo celular inclui reacções de:

• Catabolismo – moléculas complexas são convertidas em moléculas mais simples, com libertação de energia.
• Anabolismo – síntese de moléculas complexas a partir de moléculas simples, com gasto de energia.

As reacções de catabolismo e anabolismo relacionam-se de tal forma que a energia libertada pelas primeiras é utilizada nas segundas.

• Para que ocorra uma reacção química, tem de se verificar a ruptura de ligações químicas nas moléculas dos reagentes e a formação de novas ligações químicas que dão origem aos produtos de reacção. A energia necessária para uma reacção química se iniciar é a energia de activação (Ea).

A absorção de energia torna as moléculas dos reagentes instáveis, aumenta a sua energia cinética e a probabilidade de colidirem e aumenta a agitação dos átomos, enfraquecendo as ligações entre eles; atinge-se um estado de transição a partir do qual a reacção química é iniciada.

• Nas células, ocorrem reacções químicas que envolvem moléculas muito estáveis e cuja Ea é elevada. No entanto, não pode ser o calor a fornecer a Ea, uma vez que causaria a desnaturação das proteínas e a morte celular, e as reacções têm de ser rápidas.

• Uma reacção não catalisada depende do choque aleatório entre os reagentes. Como uma enzima possui uma estrutura muito específica pode ligar-se ao substrato e diminuir a aleatoriedade.
• As células possuem catalizadores – agentes químicos capazes de acelerar as reacções químicas sem serem consumidos durante esse processo.

Estrutura e propriedades das enzimas

• As enzimas são catalizadores biológicos que apresentam as seguintes características:

• aumentam a velocidade das reacções químicas, pois diminuem a energia de activação necessária para que as reacções se iniciem;
• não são consumidas nas reacções químicas que catalizam;
• são moléculas proteícas, com conformação tridimensional. Algumas necessitam de elementos não proteícos para a sua acção catalítica;
• são específicas, devido à sua natureza proteíca.

• Na ausência de enzimas, as reacções ocorreriam, mas com velocidades inferiores, o que não suportaria as propriedades da vida como a conhecemos.

• Natureza química das enzimas:

• porção proteíca maioritária (propriedades idênticas às proteínas) – pode ser total ou então constituir a apoenzima.
• Cofactores:

• iões metálicos (metaloenzima)
• moléculas orgânicas (coenzima)

• apoenzima + coenzima = holoenzima

• A molécula sobre a qual a enzima actua é o substrato.
• As enzimas são proteínas com uma conformação tridimensional e possuem uma região através da qual se estabelece a ligação ao substrato – centro activo.
• A ligação do substrato ao centro activo da enzima forma o complexo enzima-substrato. As ligações que se estabelecem no complexo são fracas, mas suficientes para desencadear a conversão do substrato em produtos. Os produtos deixam o centro activo e a enzima fica livre para catalizar a transformação de outro substrato.

• Centro activo:

• É uma pequena porção da enzima;
• Tem estrutura tridimensional. A alteração da estrutura própria do local activo produz inactivação enzimática, em consequência da desnaturação proteíca;
• Os substratos ligam-se ao local activo por ligações químicas.
• Os locais activos são fendas ou frestas, onde se cria um microambiente próprio para o mecanismo de catálise.
• São altamente específicos. O substrato deve ter uma estrutura complementar para se ajustar ao local activo.

• Muitas enzimas provocam a quebra de ligações nos substratos, enquanto outras promovem a formação de ligações, pois conseguem aproximar correctamente os substratos de modo a que estes reajam e formem uma ligação.

• Numa reacção química catalisada por uma enzima, e como resultado da sua actividade, verifica-se ao longo do tempo:

• a diminuição da concentração do substrato;
• a diminuição, seguida de estabilização, da concentração de enzima livre;
• o aumento, seguido de estabilização, do complexo enzima-substrato;
• o aumento da concentração de produto.

• A estabilização das concentrações de enzima livre e de complexo enzima-substrato reside no facto da velocidade de formação do complexo enzima-substrato igualar a velocidade de dissociação.

• A complementaridade entre o substrato e o centro activo da enzima está na origem da especificidade de acção enzimática. É possível distinguir:

• Especificidade absoluta – A enzima actua apenas sobre um determinado substrato;
• Especificidade relativa – A enzima actua sobre um conjunto de substratos quimica e estruturalmente relacionados.

• A especificidade absoluta pode ser interpretada pelo modelo chave-fechadura, proposto por Fisher no final do século XIX, e que considera o centro activo da enzima uma estrutura rígida e pré-complementar do substrato.
• Em 1959, Koshland propôs o modelo de encaixe induzido, que considera que o centro activo da enzima interage, de uma forma dinâmica, com o substrato, ajustando-se a ele quando se estabelece a ligação. Este novo modelo permitiu explicar a especificidade relativa de algumas enzimas.

Inibição Enzimática

• Inibidor – composto que se liga à enzima e que afecta negativamente a sua actividade. Pode ser:

• natural – utilizado pelas células para regularem o seu metabolismo.
• artificial – usado para combater doenças, eliminar pestes, estudar laboratorialmente as enzimas, indústria alimentar...

Tipos de inibição enzimática:

• Inibição irreversível – o inibidor combina-se permanentemente com a enzima, através de ligações covalentes, tornando-a inactiva ou provocando a sua destruição. Muitos venenos são inibidores enzimáticos irreversíveis, como é o caso do DDT, que inibe enzimas do sistema nervoso.
• Inibição reversível – o inibidor combina-se temporariamente com a enzima, através de ligações fracas, e, quando se dissocia, a enzima permanece funcional e capaz de transformar o substrato. A inibição pode ser:

• Inibição competitiva – o inibidor é uma molécula estruturalmente semelhante ao substrato, mas resistente à acção da enzima, e que compete com o substrato pelo centro activo da enzima. O efeito da inibição sobre a velocidade da reacção depende da concentração relativa de substrato e de inibidor. Aumentando a concentração de substrato, aumenta também a probabilidade de se estabelecerem ligações entre o substrato e a enzima em vez de se estabelecerem ligações entre o inibidor e a enzima.
• Inibição não competitiva ou alostérica – o inibidor é uma molécula estruturalmente diferente do substrato e liga-se à enzima num local que não é o centro activo e se designa centro alostérico. A ligação do inibidor ao centro alostérico provoca a alteração da conformação do centro activo, de tal modo que impede a ligação do substrato. A inibição não competitiva é utilizada na regulação das vias metabólicas.

• Indução – aumento da actividade da enzima por ligação com compostos indutores que promovem mudanças no centro activo da enzima que facilitam a ligação deste com o substrato.

Factores que influenciam a actividade enzimática

• Temperatura:

• Todas as enzimas são activas num determinado intervalo de temperatura.

• Dentro desse intervalo, a actividade enzimática aumenta, inicialmente, com a temperatura, dado que as colisões entre o substrato e o centro activo da enzima se tornam cada vez mais frequentes.
• A actividade enzimática é máxima à temperatura óptima.
• Acima da temperatura óptima, a actividade enzimática diminui rapidamente, uma vez que a agitação térmica dos átomos desestabiliza as ligações químicas e a conformação da molécula altera-se. A enzima sofre desnaturação, ao que corresponde uma perda de actividade biológica permanente.

• Ao contrário das temperaturas elevadas as baixas temperaturas causam a inactivação das enzimas, mas não as destroem, e a actividade é retomada para valores de temperatura mais elevados.
• A maioria das enzimas humanas tem uma temperatura óptima de actuação de 37ºC.

• pH:

• As enzimas têm um pH óptimo de actuação, acima e abaixo do qual a sua actividade acaba por cessar. O pH do meio influencia a conformação do centro activo da enzima e, consequentemente, a sua interacção com o substrato. Nas enzimas humanas, o pH óptimo relaciona-se com o pH do meio em que actuam.

• Concentração de substrato:

• O aumento da concentração de substrato é acompanhado do aumento da actividade enzimática, desde que haja enzima disponível.
• No entanto, para uma concentração fixa de enzima, a actividade enzimática aumenta com a concentração do substrato até se atingir a saturação da enzima (todos os centros activos estão ocupados) e depois a actividade enzimática estabiliza, uma vez que a taxa de formação de novas ligações ao substrato é igual à taxa de separação dos produtos.

O traçado do gráfico da velocidade de reacção em função da concentração do substrato é uma semi-parábola com a concavidade voltada para baixo.

• Para as enzimas alostéricas, mediante um aumento pouco significativo da concentração de substrato, a actividade da enzima não sofre alterações de destaque, mas, quando a quantidade de substrato aumenta, a enzima torna-se sensível, pois a ligação do substrato a algumas subunidades provoca modificações na estrutura destas, facilitando a ligação do substrato aos centros activos.

Para as enzimas alostéricas o traçado é diferente, e aparece com uma forma sigmoidal (S).

• Concentração de enzima:

• Aumentando a concentração da enzima, aumenta a velocidade da reacção desde que haja substrato disponível.

• Presença de inibidores:

A presença de inibidores diminui a actividade enzimática. Os efeitos dependem do tipo de inibição:

• Inibição irreversível – o aumento da concentração de inibidor é acompanhado pela diminuição da actividade enzimática, uma vez que os centros activos da enzima vão ficando permanentemente ocupados.
• Inibição reversível competitiva – o aumento da concentração de substrato permite aumentar a actividade enzimática, dado que cada vez mais centros activos passam a ser ocupados pelo substrato.
• Inibição reversível não competitiva – a actividade enzimática diminui com o aumento da concentração do inibidor e o aumento da concentração do substrato não tem qualquer efeito.

O Papel das Enzimas nas Vias Metabólicas

Vias Metabólicas: sequências ordenadas de reacções químicas catalizadas por enzimas, nas quais o produto de uma reacção química funciona como substrato da reacção química seguinte, até à obtenção do produto final.

• O conjunto de enzimas que cataliza os diferentes passos de uma via metabólica designa-se complexo multienzimático ou cadeia enzimática. As enzimas actuam sequencialmente, de tal modo que o produto da primeira enzima é o substrato da enzima seguinte, e assim sucessivamente.

• As vias metabólicas são, geralmente, reguladas por moléculas que se comportam como inibidores reversíveis não competitivos. Estas moléculas ligam-se a um centro alostérico da primeira enzima da via metabólica e alteram a sua conformação. O resultado dessa alteração pode ser a inibição ou a activação da enzima.
• Frequentemente, é o produto final de uma via metabólica, quando se acumula em excesso, que inibe a primeira enzima, por ligação ao centro alostérico. Quando a concentração de produto final diminui, este liberta-se do centro alostérico e a enzima retoma a actividade, fazendo aumentar de novo a concentração do produto final.
• A via metabólica é, assim, controlada por retroalimentação negativa, o que permite à célula poupar recursos não sintetizando uma substância que existe em quantidade suficiente.