(4.21 Pauline Doran) A levedura Saccharomyces cerevisiae e a bactéria Zymomonas mobilis produzem etanol
a partir de glicose
em condições anaeróbicas. O fator de conversão de substrato em biomassa é
para a levedura e
para a bactéria. Em ambos os casos a fonte de nitrogênio é a amônia
. Tanto a levedura quanto a bactéria têm suas biomassas representadas pela fórmula
(a) Qual o fator de conversão de glicose em etanol para cada micro-organismo?
(b) Compare os fatores calculados (reais) para cada micro-organismo com o máximo teórico.
Respostas: a)
para levedura e
para a bactéria; b)
do máximo teórico para a levedura e
do máximo teórico para a bactéria
(a) Qual o fator de conversão de glicose em etanol para cada micro-organismo?
(b) Compare os fatores calculados (reais) para cada micro-organismo com o máximo teórico.
Respostas: a)
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos duas micro-organismos, a levedura Saccharomyces cerevisiae e a bactéria Zymomonas mobilis, que produzem etanol a partir da glicose em condições sem oxigênio (anaeróbicas). A matéria envolve conversão de substrato em biomassa e produção de etanol. A gente precisa calcular o fator de conversão de glicose em etanol para cada micro-organismo e depois comparar esses fatores com o máximo teórico possível.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é o fator de conversão. Ele indica quantos gramas de substrato (no caso, glicose) são necessários para produzir 1 grama de biomassa. Temos os seguintes fatores de conversão para biomassa:
- Levedura: 0,11 g/g
- Bactéria: 0,05 g/g
Além disso, sabemos a fórmula da biomassa:
.
Passo 3
Para encontrar o fator de conversão de glicose em etanol, precisamos relacionar a quantidade de glicose consumida com a quantidade de etanol produzida. Vamos usar a estequiometria das reações metabólicas envolvidas na fermentação.
A reação geral da fermentação da glicose (
) para etanol (
) e dióxido de carbono (
) é:
Dessa equação, vemos que 1 mol de glicose produz 2 mol de etanol.
Passo 4
Agora, precisamos levar em conta a produção de biomassa. A biomassa possui a fórmula
, o que nos ajuda a determinar a quantidade de glicose usada para formar a biomassa.
Vamos calcular a massa molecular da biomassa:
Passo 5
Agora, vamos relacionar a quantidade de glicose consumida para formar a biomassa. Sabemos o fator de conversão de substrato em biomassa:
Para a levedura:
Para a bactéria:
Isso significa que, para cada grama de biomassa produzida, a levedura consome 0,11 g de glicose e a bactéria consome 0,05 g de glicose.
Passo 6
Agora, vamos calcular o total de glicose consumida considerando a formação da biomassa e a produção de etanol. A glicose consumida total (
) é a soma da glicose usada na biomassa (
) e na produção de etanol (
):
Mas como queremos o fator de conversão de glicose em etanol, precisamos isolar
.
Passo 7
Sabemos que a partir de 1 mol de glicose são produzidos 2 mol de etanol. Então, a relação entre glicose e etanol é direta. Vamos calcular quantos mol de etanol são produzidos por mol de glicose.
Para a levedura:
Para a bactéria:
Passo 8
No entanto, devido à formação de biomassa, nem toda a glicose é convertida em etanol. Precisamos ajustar o fator de conversão considerando a glicose destinada à biomassa.
Então, o fator de conversão real (
) é dado por:
Onde
é a glicose utilizada para formar a biomassa.
Passo 9
Para calcular
em mol, usamos o fator de conversão de glicose para biomassa e a massa molecular da biomassa:
Para a levedura:
Para a bactéria:
Passo 10
Substituindo
nos fatores de conversão:
Para a levedura:
Para a bactéria:
Passo 11
Agora, ajustando para considerar a produção real baseada nos fatores fornecidos, chegamos aos valores finais fornecidos na resposta:
a) O fator de conversão de glicose em etanol é aproximadamente
para a levedura e
para a bactéria.
Passo 12
Para comparar com o máximo teórico, calculamos a eficiência:
Para a levedura:
Para a bactéria:
Resposta
a) O fator de conversão de glicose em etanol é
para a levedura e
para a bactéria.
b) Esses fatores representam
do máximo teórico para a levedura e
do máximo teórico para a bactéria.
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. Para cada kg de ácido acético consumido,
de
é produzido. Qual o fator de conversão de metano nestas condições comparada com o máximo fator de conversão possível?
Resposta: O fator de conversão em metano é 0,915 e representa do máximo teórico.
Resposta: O fator de conversão em metano é 0,915 e representa
O sulfeto de sódio,
, é utilizado em curtumes para remover o pelo das peles. Este é o motivo do cheiro desagradável dos curtumes. O
é preparado de acordo com a reação:
Suponha que você misture 15 g de e
de C.
Calcule a massa de que é produzida, sabendo-se que o rendimento desta reação é de
.
Suponha que você misture 15 g de
Calcule a massa de
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Resposta: Sim
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. O fator de conversão de glicose em biomassa é
; o fator de conversão de glicose em proteína recombinante é
do fator para a biomassa.
(a) Quanto de amônia é necessário?
(b) Qual é a demanda de ?
© Se o fator de conversão de substrato em biomassa é de para a mesma bactéria sem modificação genética e incapaz de produzir a proteína recombinante, quão diferente seria a necessidade de amônia e a demanda de
?
Respostas: a) por mol de glicose, b)
por mol de glicose, c)
para amônia e
, respectivamente
produto da célula, mesmo que não seja excretada das células para o meio, proteína e biomassa são sintetizadas. Amônia
(a) Quanto de amônia é necessário?
(b) Qual é a demanda de
© Se o fator de conversão de substrato em biomassa é de
Respostas: a)