Fermentação Láctica

Fermentação láctica

Fermentação láctica é o processo metabólico no qual carboidratos e compostos relacionados são parcialmente oxidados, resultando em liberação de energia e compostos orgânicos, principalmente ácido láctico, sem qualquer aceptor de elétrons externo. É realizado por um grupo de microrganismos denominado de bactérias ácido-lácticas, as quais têm importante papel na produção/conservação de produtos alimentares, ou pelas fibras musculares em situações de intensa atividade física, nas quais não há suprimento de oxigênio suficiente para que ocorra a respiração celular, ocorrendo acúmulo de ácido láctico na região, o que provoca dores, cansaço e cãibras. Pode ser classificada em dois tipos, de acordo com a quantidade de produtos orgânicos formados: homolática e heteroláctica.



Microrganismos fermentadores

O grupo das bactérias ácido-lácticas é composto por 12 gêneros de bactérias gram-positivas: Carnobacterium, Enterococcus, Lactococcus, Lactobacillus, Lactosphaera, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus e Weissella. Todos os membros desse grupo apresentam a mesma característica de produzir ácido láctico a partir de hexoses. Os Enterococcus e os Lactobacillus não pertencem mais ao gênero Streptococcus, o microrganismo deste último gênero mais importante em alimento é o Streptococcus thermophilus. O S. diacetilactis foi reclassificado como uma linhagem de Lactococcus subespécie lactis que utiliza citrato. Algas e fungos (leveduras e ficomicetos) são também capazes de sintetizar ácido lático. Produção comparável à das bactérias homofermentativas é obtida pelo fungo Rhizopus oryzae em meio de glicose. Sua utilização é preferível à das bactérias homofermentativas, porque o tempo gasto na fermentação é menor e a separação do produto, mais simples.
[editar] Fases

A fermentação láctica, tal como a alcoólica, realiza-se em duas fases:

A glicólise ocorre em dois estágios. O primeiro trata-se de um estágio preparatório, em que a glicose é fosforilada e clivada para gerar 2 moléculas de triose fosfato. Este processo consome 2 ATP, como uma forma de investimento energético. No segundo estágio, 2 moléculas de triose fosfato são convertidas a piruvato, com a concomitante geração de 4 ATP. A glicólise, portanto, tem um rendimento de 2 ATP por glicose.

A equação global final para a glicólise é:

Glicose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2 Piruvato + 2 NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O

2º Fase: Fermentação láctica

Após a glicólise, a redução do piruvato é catalisada pela enzima lactato-desidrogenase. O equilíbrio global dessa reação favorece fortemente a formação de lactato. Microrganismos fermentadores regeneram continuamente o NAD+ pela transferência dos elétrons do NADH para formar um produto final reduzido, como o são o lactato e o etanol.

Rendimento

O rendimento em ATP da glicólise sob condições anaeróbicas (2 ATP por molécula de glicose), como é o caso da fermentação, é muito menor que o obtido na oxidação completa da glicose até CO2 e H2O sob condições aeróbicas (30 ou 32 ATP por molécula de glicose). Portanto, para produzir a mesma quantidade de ATP, é necessário consumir perto de 18 vezes mais glicose em condições anaeróbicas do que nas condições aeróbicas. Em termos energéticos, a glicólise libera apenas uma pequena fração da energia total disponível na molécula da glicose. Quando a glicose é completamente oxidada a CO2 e H2O, a variação total de energia livre padrão é -2840 kJ/mol. A degradação da glicose na via glicolítica até duas moléculas de piruvato (∆G’0 = -146 kJ/mol) libera, portanto, apenas 5,2% da energia total que pode ser obtida da glicose pela oxidação completa [(146/2840)x100].

Equação Geral

O processo geral da glicólise anaeróbica pode ser representado como:

Glicose + 2ADP + 2 Pi → 2 lactato + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+

Com a redução de duas moléculas de piruvato a duas de lactato, são regeneradas duas moléculas de NAD+. O processo global é equilibrado e pode continuar indefinidamente: uma molécula de glicose é convertida em duas de lactato, com a geração de duas moléculas de ATP e, ainda, NAD+ e NADH são continuamente interconvertidos sem nenhum ganho ou perda global na quantidade de cada um deles.

Tipos de fermentação

A classificação da fermentação láctica é feita com base nos produtos finais do metabolismo da glicose:

* Fermentação homoláctica: processo no qual o ácido láctico é o único produto da fermentação da glicose. As bactérias homolácticas podem extrair duas vezes mais energia de uma quantidade definida de glicose do que as heterolácticas. O comportamento homofermentativo é observado quando a glicose é metabolizada, mas não necessariamente quando as pentoses o são, já que algumas bactérias homolácticas produzem ácidos acético e láctico quando utilizam pentoses. O caráter homofermentativo de algumas linhagens pode ser mudado pela alteração das condições de crescimento, tais como concentração de glicose, pH e limitação de nutrientes. Todos os membros dos gêneros Pediococcus, Streptococcus, Lactococcus e Vagococcus são homofermentadores, assim como alguns Lactobacillus, e são muito importantes para a formação de acidez em laticínios.

* Fermentação heteroláctica: processo no qual ocorre produção da mesma quantidade de lactato, dióxido de carbono e etanol a partir de hexoses. As bactérias heterolácticas são mais importantes do que as homolácticas na produção de componentes de aroma e sabor, tais como o acetilaldeído e o diacetil. Os heterofermentadores são Leuconostoc, Oenococcus, Weissela, Carnobacterium, Lactosphaera e alguns Lactobacillus. O processo de formação de diacetil a partir de citrato na indústria de alimentos é fundamental para a formação de odor, p. exemplo na fabricação de manteiga.

Aplicação industrial da fermentação láctica

Alguns alimentos podem se deteriorar pelo crescimento e ação de bactérias ácido-lácticas. No entanto, a importância deste grupo de microrganismos consiste em sua grande utilização na indústria alimentar. Muitos alimentos devem sua produção e suas características às atividades fermentativas dos microrganismos em questão. Queijos maturados, conservas, chucrute e lingüiças fermentadas são alimentos que possuem uma vida de prateleira consideravelmente maior que a matéria-prima da qual eles foram feitos. Além de serem mais estáveis, todos os alimentos fermentados possuem aroma e sabor característicos que resultam direta ou indiretamente dos organismos fermentadores. Em alguns casos, o conteúdo de vitaminas dos alimentos cresce juntamente com o aumento da digestibilidade da sua matéria-prima. Nenhum outro grupo ou categoria de alimentos é tão importante ou tem sido tão relacionado ao bem estar nutricional em todo o mundo quanto os produtos fermentados.

Fermentação alcoólica

Praticamente todos os organismos vivos podem utilizar a glicose para produção da energia necessária para seus processos metabólicos. Neste processo, chamado glicólise, a glicose e alguns outros açúcares são transformados em outras substâncias, com liberação de energia. O que determina quais substâncias serão produzidas depende do tipo de microorganismos e o meio onde vivem. As leveduras de cervejaria e padaria e em todos os outros organismos que promovem a fermentação alcoólica, incluindo algumas plantas, fermentam a glicose em etanol e CO2, de forma que, neste processo, toda massa de glicose está contida nos produtos e NÃO é utilizado outra substância como "matéria prima" (como oxigênio, nitrato, íons ferricos, etc).

O processo de glicólise, comum as fermentações, produz ácido pirúvico, que no meio celular encontra-se ionizado na forma de piruvato e um intermediário reduzido, o NADH.

Como a quantidade de NADH é limitada e ele é necessário na sua forma oxidada (NAD+) na glicólise e, consequentemente, na continuação do processo de produção de energia, o NADH tem que ser oxidado. A forma como ele será oxidado caracteriza o tipo de fermentação, e quase sempre utiliza o outro subproduto da glicólise: o piruvato ou seus derivados.

Na fermentação alcoólica, o piruvato sofre descarboxilação (perda de um átomo de carbono, na forma de CO2), pela ação de uma enzima (piruvato descarboxilase), formando aldeído acético. Este aldeído sofre redução, oxidando o NADH para NAD+ e formando o etanol, processos intermediados pela enzima álcool desidrogenase.
[editar] Importância

O CO2 produzido na descarboxilação do piruvato pelas leveduras é o responsável pela carbonatação caraterística do champagne (vinho) e da cerveja, assim como pelo crescimento da massa do pão e do bolo.

A álcool desidrogenase está presente em muitos organismos que metabolizam o álcool, incluindo o homem. No fígado humano ela cataliza a oxidação do etanol, quer ele seja ingerido quer ele seja produzido por microorganismos intestinais, com a concomitante redução do NAD+ para NADH.

O álcool produzido pelas picaduras é também um meio de defesa contra outros microorganismos. Mesmo a própria levedura não consegue sobreviver em um meio com mais de 25% álcool (a maioria das cepas naturais interrompe o crescimento a 12% etanol em solução). Esta propriedade de eliminar microorganismos indesejáveis foi muito usada na antiguidade: na Europa, muitas fontes de água eram contaminadas, e o vinho e cerveja não possuiam os microorganismos patogênicos.

Ocorre produção de etanol, e durante o processo há liberação de CO2. Essa liberação é responsável pelo crescimento de massas de bolo e de pão que possuem fermento (organismo fermentadores). A fermentação também é responsável pela fabricação de bebidas alcólicas. A principal cidade produtora de alcool é Paracatu , no estado de Minas Gerais.

Ácido Lático

O ácido lático, um dos primeiros ácidos conhecidos, foi descoberto pelo químico sueco Carl Wilhelm Scheele, no leite coalhado.
É produzido nos músculos a partir do ácido pirúvico, durante exercícios vigorosos, produzindo dores musculares ou cãibras.

Respiramos mais depressa durante um exercício muscular, porque consumimos mais oxigênio. Nossos músculos, porém, são dotados de um mecanismo que garante a continuação do esforço, mesmo na ausência do oxigênio: a respiração anaeróbia, onde a glicose se decompõe na ausência do gás oxigênio, reproduzindo ácido lático.

Quanto maior a atividade muscular, mais ácido lático se acumula no músculo, tornando-o fatigado e incapaz de contrair-se, produzindo cansaço e até cãibras.

* A acumulação de ácido láctico no corpo é designada por acidose láctica

Vitiligo

Vitiligo é uma doença não-contagiosa em que ocorre a perda da pigmentação natural da pele. Sua etiologia ainda não é bem compreendida, embora o fator autoimune pareça ser importante. Contudo, estresse físico, emocional, e ansiedade são fatores comuns no desencadeamento ou agravamento da doença. Patologicamente, o vitiligo caracteriza-se pela redução no número ou função dos melanócitos, células localizadas na epiderme responsáveis pela produção do pigmento cutâneo — a melanina. A doença pode surgir em qualquer idade, sendo mais comum em duas faixas etárias: 10 a 15 anos e 20 a 40 anos.

Essa despigmentação ocorre geralmente em forma de manchas brancas (hipocromia) de diversos tamanhos e com destruição focal ou difusa. Pode ocorrer em qualquer segmento da pele, inclusive na retina (olhos). Os locais mais comuns são a face, mãos e genitais. Os pêlos localizados nas manchas de vitiligo se tornam esbranquiçados. O local atingido fica bastante sensível ao sol, podendo ocorrer sérias queimaduras caso exposto ao sol sem protetor, conferindo um risco para o desenvolvimento de câncer de pele.

Prognóstico

A princípio, o vitiligo é um distúrbio crônico. Existem vários tipos clínicos de vitiligo, cada qual com prognóstico próprio. Porém, dependendo do seu tipo clínico, pode haver regressão espontânea ou a partir de tratamento médico. O vitiligo pode permanecer focal indefinidamente ou se generalizar.

Tratamento

Existem inúmeras opções terapêuticas para o vitiligo, a saber: corticosteróides, trioxsaleno, imunomoduladores, helioterapia, PUVA e enxertos cirúrgicos. Esteróides têm sido usados para remover as manchas brancas, porém não são muito eficientes. Outro tratamento mais radical é tratar quimicamente para remover todo o pigmento da pessoa para que a pele fique mais uniforme.

As terapias psicológicas também têm mostrado bons resultados, uma vez que há uma ligação intrínseca entre estresse e a saúde da pele[1].

Casos famosos
Michael Jackson, anos após ter descoberto a doença

Um dos casos da ocorrência de vitiligo entre artistas famosos foi o do cantor pop norte-americano Michael Jackson. Jackson revelou que possuía a doença no início da década de 1990. Foi aconselhado por médicos a usar tratamentos para tornar a cor de pele mais uniforme e acabar com as manchas, já que a doença estava bastante avançada e afectava o corpo todo — isso contrariou a teoria dos tabloides, que afirmavam que o cantor teria feito cirurgias plásticas para mudar a cor de pele voluntariamente.[2]

O apresentador norte-americano Lee Thomas, da TV de uma afiliada local da Fox Broadcasting Compan, também tem a doença.

No Brasil, o apresentador de televisão e rapper Rappin' Hood, apresenta a doença manifestada em pequenas manchas ao redor dos olhos.

Ilhas de calor

'Ilha de calor (ou ICU, ilha de calor urbana) é a designação dada à distribuição espacial e temporal do campo de temperatura sobre a cidade que apresenta um máximo, definindo uma distribuiçao de isotermas que faz lembrar as curvas de nivel da topografia de uma ilha, dai a origem do nome ilha de calor. Há um contraste térmico entre a area mais urbanizada e menos urbanizada ou periférica, que inclusive pode ser area agrícola. Alterações da umidade do ar, da precipitação e do vento também estão associadas à presença de ilha de calor urbana. Em geral, nas cidades de latitudes médias e altas (onde o clima é mais frio) forma-se durante a noite, em associação com o estabelecimento de uma circulação tridimensional na camada limite urbana (CLU) cujo ramo inferior ocorre na forma de um fraco escoamento centrípeto chamado brisa urbana, com intensidade da ordem de 1 a 3 km/h. A origem das ilhas de calor decorre da simples presença de edificações e das alterações da paisagem feitas pelo homem nas cidades. A superfície urbana apresenta particularidades em relação à menor capacidade térmica e densidade dos materiais utilizados nas construções urbanas: asfalto, concreto, telhas, solo exposto, presença de vegetação nos parques, ruas, avenidas, bulevares e também, alterações do albedo (reflexão das ondas curtas solares) devido às sombras projetadas das construções e à impermeabilização da superfície do solo que implica em aumento da velocidade do escoamento superficial da água de chuva e maior risco de cheias das baixadas, varzeas etc.

O efeito de ilha de calor nos países de latitudes médias (frios ou temperados) é mais marcado no período noturno, e a sua intensidade é função não linear da população urbana.


Ilhas de calor nas cidades tropicais

Nas cidades de latitudes subtropicais e tropicais devido a alta intensidade da radiação polar incidente as ilhas de calor urbanas ocorrem durante o dia, agravando a sensação e o desconforto devido a elevação da temperatura e à redução da umidade relativa do ar. Nas cidades de clima frio (nas latitudes médias e altas), a ICU tem ocorrência noturna, o que é mais favorável para o conforto térmico da população durante as noites, reduzindo a necessidade de sistemas de ar condicionado para aquecimento noturno.

Com base em analise de imagem termal de satélite ambiental, a cidade de São Paulo apresenta temperatura da superfície (skin temperature ou temperatura radiativa da superfície) no centro da conurbação urbana de até 10 graus Celsius maiores que as temperaturas registradas em lugares arborizados.[1] isso aliado a medições feitas, principalmente pela prefeitura, através do CGE(Centro de Gerenciamento de Emergências), mostra que a cidade de São Paulo é uma intensa ilha de calor.

Brisa urbana e precipitação

A brisa urbana carrega o ar mais fresco e úmido da periferia para o centro urbano, tentando restabelecer as condições mais amenas da temperatura e umidade relativa do ar, e ao mesmo tempo concentra a umidade no topo do domo térmico da CLU, levando a formação de nuvens, e a possibilidade de precipitação convectiva sobre os centros urbanos mais aquecidos (principalmente nas cidades tropicais).

Ilhas de calor e arquitetura urbana

O protótipo geométrico definido pelas construções e ruas da cidade do século XIX e XX é o chamado Cânion Urbano, correspondente à cavidade de ar acima das ruas, limitado lateralmente pelas paredes das edificações. A parte superior da cavidade do cânion urbano é aberta para o céu permitindo apenas a entrada e saída limitada da radiação solar durante o dia e a saída limitada da radiação infravermelha (ao longo de todo o dia).

Os materiais que constituem as superfícies urbanas (ruas, prédios, telhados, parques, etc.) apresentam características de reflexão e emissão de radiação térmica diferenciadas em relação às mesmas das áreas rurais e paisagens naturais (florestas, bosques ou um lago por exemplo).

Efeitos das ilhas de calor

As ilhas de calor urbanas são fenômenos microclimáticos favoráveis ao aumento da temperatura no inverno nas cidades de latitudes médias, mas provocam muito desconforto nas cidades de clima tropical e quente.

A ilha de calor é um fenômeno também caracterizado pelo aumento da precipitação convetiva (tempestades associadas a nuvens tipo Cumulonimbus ou Cb) sobre a área urbana ou a sotavento desta (isto é, para onde o vento arrasta o convectivo).

As ilhas de calor agravam as ondas de calor (canículas) com consequências sobre o aumento da mortalidade de idosos e doentes que apresentem redução em sua capacidade de termorregulação corpórea e de percepção da necessidade corpórea de hidratação (idosos e pacientes com doenças mentais ou de mobilidade). Uma canícula muito intensa se abateu na Europa em 2003. A população da frança foi muito atingida e mais de 1500 pessoas morreram nos dias de forte calor, principalmente nas metrópoles, entre os dias 3 e 14 de outubro de 2003 (Ref.: Abenhaim, 2003).

Causa das ilhas de calor

Existem várias causas que explicam a formação de ilha de calor nas cidades, as quais veremos a seguir:

• efeitos da poluição do ar: o efeito de interação entre a radiação e a poluição atmosférica constituída de partículas e de diferentes gases, como os gases do efeito estufa (CO, CO2, NOx, O3, hidrocarbonetos, entre outros) provoca alterações locais no balanço de energia e radiação que podem ser associadas à formação das ilhas de calor urbanas. Uma série de reações químicas e fotoquímicas podem ocorrer em ambiente urbano poluído. Notavelmente, as reações fotoquímicas associadas à química dos sulfatos e nitratos envolvendo a radiação ultravioleta solar está associada à formação do ozônio, um gás altamente reativo e tóxico. O aumento da irradiância de onda longa da atmosfera em direção às superfícies urbanas associada ao aumento da concentração dos gases do efeito estufa sobre as cidades (C02, metano) modifica o balanço de energia (radiação e fluxos de calor) da superfície e da atmosfera.

• fontes antrópicas de calor: Emissões antrópicas de calor e umidade associadas à queima de combustíveis fósseis, ar condicionado, entre outras podem contribuir em muito para o maior aquecimento urbano.

• mudanças no balanço de radiação: O aprisonamento da radiação solar e infravermelha associada ao balanço local do fluxo radiativo sobre as superfícies dos chamados cânions urbanos. O efeito da geometria do cânion urbano é alterar o albedo urbano como um todo de forma a aumentar a absorção de radiação solar vísivel, com consequente aumento da temperatura. Como consequência tem-se um decréscimo da perda de radiação infravermelha pelos cânions urbanos (cavidades) associada à altura dos prédios e à redução da largura das vias (ruas).

• Efeito da redução das áreas verdes: Decréscimo da evapotranspiração pela impermeabilização das superfícies urbanas e redução de áreas verdes nas cidades. A reduzida fração de área vegetada em áreas fortemente urbanizadas diminui a extensão das superfícies de evaporação (lagos, rios) e de evapotranspiração (parques, bosques, jardins, bulevares). Assim, as atividades humanas alteram os microclimas urbanos e as condições de conforto ambiental das cidades. A impermeabilização dos solos devido à pavimentação e desvio da água por bueiro e galerias, o que reduz o processo de evaporação e evapotranspiração urbana, modificando o balanço hídrico da superfície urbana podendo aumentar a vulnerabilidade da população a enchentes e deslizamentos de terra.

•Uso de materiais muito absorvedores da radiação solar (de baixa refletividade): Maior acumulação de calor durante o dia devido as propriedades de absorção pelos materiais utilizados na construção da cidade (ou urbanização) e sua emissão durante o período noturno. Há balanços de energia e água particulares sobre as áreas urbanizadas, que diferem dos respectivos balanços sobre paisagens naturais ou pouco modificadas. Redução do albedo por devido à geometria dos cânions urbanos e aos sombreamento dos edifícios e elementos da cidade.

•Redução do fator de visada do céu pelos cânions urbanos: Decréscimo da perda de radiação infravermelha pelos cânions urbanos (cavidades) associada à redução do céu visível a partir das paredes dos prédios e das vias. O cânion urbano provoca o aprisionamento de parte da radiação solar que entra pelo topo do cânion através de reflexões múltiplas da luz nas paredes. Essas reflexões múltiplas também ocorrem com a radiação de onda longa (infravermelha sendo emitida pelas paredes internas do cânion, reduzindo a perda de calor por radiação para o espaço (atmosfera).

Devido a esses fatores, o ar atmosférico na cidade é mais quente que nas áreas que circundam esta cidade. O que define um domo térmico associado à Camada Limite Urbana.