Biologia quadro 1 – Conteúdos estruturantes para o ensino de Biologia



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FORMAÇÃO CONTINUADA CORRELACIONANDO DISCIPLINAS DO ENSINO MÉDIO COM APLICAÇÃO PRÁTICA NA ENGENHARIA

Ms. Lara Pedroso Pereira

Drª Mareci Mendes de Almeida



Drª Nelci Catarina Chiquetto
BIOLOGIA
Quadro 1 – Conteúdos estruturantes para o ensino de Biologia

Conteúdos estruturantes

1. Organização do seres vivos

2. Mecanismos biológicos

3. Biodiversidade

4. Algumas implicações dos avanços biológicos no fenômeno vida

Conteúdo: Conceitos científicos na Biologia

Estruturas celulares, membrana, citoplasma e organelas.

Nutrição e movimento.

Objetivo de estudo da Biologia.

Ciência-tecnologia – sociedade – ambiente.

Conteúdo: Biologia celular

Células como unidade básica da vida; Seres unicelulares e pluricelulares.

Bioquímica celular.

Tipos de organização celular.

Vacinas e soros.

Conteúdo: Taxonomia e nomenclatura científica

Noções de taxonomia.

Classificação biológica.

Divisão dos reinos e classificação.

Classificação dos seres vivos.

Conteúdo: Reino Monera

Estrutura dos moneras.

Reprodução; nutrição.

Tipos de moneras, aspectos evolutivos;

Doenças causadas por bactérias; indústria;

Conteúdo: Reino Protista

Estrutura dos protistas

Reprodução e nutrição.

Protozoários

Saneamento básico e meio ambiente; aspectos ecológicos e econômicos das algas;

Conteúdo: Reino Fungi

Estrutura e organização dos fungos.

Reprodução e nutrição;

Tipos de fungos

Industria; doenças causadas por fungos.

Conteúdo: Reino Vegetal

Estrutura e organização dos vegetais;

Nutrição; reprodução; ecologia;

Aspectos evolutivos da classificação das plantas;

Relação dos seres humanos com os vegetais; agricultura;

Conteúdo: Reino Animal

Vertebrados

Nutrição; desenvolvimento;

Aspectos evolutivos da classificação dos vertebrados.

Relações dos seres humanos com os animais; experimentação com o uso de animais.

Conteúdo: Genética

Estrutura do DNA; cromossomos.

Meiose; segregação; independente; mecanismos de herança;

Aspectos evolutivos

Biotecnologia; engenharia genética; clonagem; transgênicos.

Conteúdo: Anatomia e fisiologia humana

Estrutura anatômica dos diferentes sistemas orgânicos humanos.

Fisiologia dos diferentes sistemas orgânicos humanos

Aspectos evolutivos relacionados à organização anatomo-fisiológica humana;

Alimentação; prevenção de doenças.

Conteúdo: Ecologia

Fundamentos da ecologia.

Energia e Matéria nos ecossistemas; relações ecológicas entre os seres vivos.

Dinâmica das populações biológicas.

Problemática ambiental atual



Quadro 2 – Tópicos relacionados à Engenharia de Alimentos com bases nos conteúdos estruturantes para o ensino de Biologia

CONTEÚDO ESTRUTURANTE

TÓPICOS RELACIONADOS À ENGENHARIA DE ALIMENTOS

Conceitos científicos na Biologia

-Otimização de processos fermentativos

-macronutrientes

-micronutrientes


Biologia celular

- melhoramento genético (arroz dourado)

- peptídeos bioativos

- engenharia bioquímica

- produção de soros e vacinas



Taxonomia e nomenclatura científica

- screening

- microrganismos GRAS



Reino Monera

- doenças relacionadas a bactérias (salmonelose)

Reino Protista

-Produção de spirulina

- qualidade da água



Reino Fungi

-queijos finos

-cogumelos

-micotoxinas


Reino vegetal

- produção de alimentos

(produtividade soja)



Reino animal

- produção de proteínas

- nutrição animal



Genética

-biotecnologia: microrganismos geneticamente modificados, produção de enzimas

Anatomia e fisiologia humana

-nutrição e alimentos para fins especiais

-alimentos funcionais



Ecologia

-Tratamento de efluentes

-aproveitamento de resíduos industriais

-minimização de resíduos nos processos industriais

-reaproveitamento de água na indústria de alimentos




SCREENING – isolamento e caracterização de microrganismos
Na natureza encontramos várias espécies de microrganismos (bactérias, fungos, algas e protozoários) convivendo no mesmo ambiente. Para estudar as propriedades de um determinado microrganismo em particular, deve-se primeiramente isolá-lo em cultura pura, ou seja, uma cultura isenta de todos os demais tipos de organismos, onde todas as células na população sejam idênticas (originárias de uma mesma célula parental).
Meios de cultura:

Os meios de cultura contêm os materiais nutrientes para o cultivo dos diferentes microrganismos. Estes meios podem ser preparados no próprio laboratório com pós desidratados, ou adquiridos prontos no comércio em placas de Petri ou tubos de ensaio. Estes meios podem ser em caldo (líquido) ou ágar (sólido). Os meios líquidos não permitem a separação de dois ou mais microrganismos de espécies diferentes em uma população mista, não possibilitando a observação de algumas características específicas dos microrganismos, como a morfologia de suas colônias.



Meios com finalidades especiais são meios que fornecem informações especiais sobre os microrganismos.

Fatores que influenciam a escolha do meio:

- A origem do material a ser analisado

-A espécie que se imagina estar presente na amostra

-As necessidades nutricionais dos organismos.


Identificação dos microrganismos:

Através das técnicas laboratoriais empregadas para caracterizar os microrganismos, que podem variar desde uma microscopia relativamente simples à análise do material genético encontrado na célula, procura-se enquadrar o microrganismo numa espécie. Uma coleção de dados é utilizada para caracterizar espécies diferentes.


Características Morfológicas

Os microrganismos podem ser observados ao microscópio óptico utilizando-se preparações fixadas e coradas. Preparações a fresco (em gota pendente ou preparações entre lâmina e lamínula), são úteis quando a estrutura do microrganismo pode ser distorcida pelo calor ou agentes químicos utilizados na preparação do material seco e corado, podendo ser utilizadas também quando o microrganismo não se cora facilmente ou para observar motilidade. As técnicas de coloração servem para mostrar as várias estruturas dos microrganismos, identificar suas estruturas internas e ajudar a identificar e separar microrganismos similares. As colorações podem ser feitas com um ou mais corantes.


Características Metabólicas – provas bioquímicas

Existem vários testes laboratoriais que podem determinar a atividade metabólica (metabolismo oxidativo, metabolismo fermentativo) de um organismo. O registro das reações realizadas por uma espécie microbiana é útil e muitas vezes essencial para sua identificação.


Características genéticas

Através dos avanços na biologia molecular surgiram técnicas que permitem realizar análises genéticas para classificar ou identificar os microrganismos ou compreender a sua atividade, através de métodos mais sensíveis e precisos.



MICRORGANISMOS GRAS
Tão importante quanto a utilização de plantas e animais pela indústria de alimentos é o emprego de microrganismos considerados GRAS (Generally Recognized as Safe), ou seja, totalmente seguros para o homem e para os animais, assim como os insumos por eles produzidos, que são amplamente empregados em diversos processos industriais. Outro objetivo não menos importante do emprego dos microrganismos está relacionado à saúde humana. Como exemplo, podem ser citados os produtos pré e probióticos, cuja importância tem crescido muito nos últimos anos. Os alimentos probióticos contêm bactérias lácticas vivas, presentes mais freqüentemente em alguns leites fermentados, que competem com a flora intestinal patogênica e oportunista, garantindo o bom funcionamento desse órgão e auxiliando no combate a várias doenças. Os prebióticos são compostos que promovem o crescimento de bactérias probióticas. Dessa forma, fica claro que a biotecnologia não está direcionada apenas à produção de alimentos, mas está sendo também uma importante ferramenta para suprir a demanda do consumidor por um produto seguro e saudável.
http://www.cib.org.br/apresentacao/texto_alda_lerayer.pdf
OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS FERMENTATIVOS
Micronutrientes

As vitaminas e os oligoelementos são micronutrientes. As vitaminas classificam-se em hidrossolúveis (vitamina C e oito componentes do complexo vitamínico B) ou lipossolúveis (vitaminas A, D, E e K). Os oligoelementos essenciais são o ferro, o zinco, o cobre, o manganês, o molibdênio, o selênio, o iodo e o flúor.


Exceto o flúor, todos estes minerais ativam enzimas necessárias para o metabolismo. O flúor forma um composto estável com o cálcio, ajudando a estabilizar o conteúdo mineral dos ossos e dos dentes e atuando como prevenção da deterioração dentária. Os oligoelementos como o arsênico, o cromio, o cobalto, o níquel, o silício e o vanádio, que podem ser essenciais na nutrição dos animais, não são considerados uma exigência indispensável para a nutrição. Todos os oligoelementos são tóxicos em excesso e alguns (arsênico, níquel e crômio) foram identificados como cancerígenos.
Macronutrientes

Os macronutrientes são os hidratos de carbono, as gorduras e as proteínas, que fornecem 90 % do peso seco da dieta e 100 % da sua energia. Digerem-se no intestino e dissociam-se nas suas unidades básicas: açúcares dos hidratos de carbono, ácidos graxos e glicerol das gorduras e aminoácidos das proteínas. O conteúdo de energia é de 4 calorias por grama de proteína ou hidrato de carbono e 9 calorias por grama de gordura. Como fonte de energia, hidratos de carbono, gorduras e proteínas são impermutáveis quanto à sua proporção em conteúdo energético.




ENGENHARIA BIOQUÍMICA
Esterilização – ar

Até a segunda guerra mundial não se dispunha de tecnologias adequadas para a condução de processos fermentativos em grande escala e em condições de assepsia, motivo pelo qual não havia a possibilidade de se fabricar produtos tais como antibióticos, vitaminas, enzimas. O grande avanço da segunda guerra mundial foi exatamente o desenvolvimento de estratégias que permitiam a condução de processos em larga escala em condições de assepsia, em particular a possibilidade de se efetuar a esterilização de grandes volumes de ar, necessários a processos biológicos aeróbios. Se o meio de cultivo, ou as condições impostas ao reator (pH, temperatura), são seletivos, os cuidados podem ser atenuados, mas ainda assim a ocorrência de contaminações pode interferir negativamente no que se refere à obtenção de altos rendimentos, o que geralmente não compensa a economia que se tenha feito, e que não mais permita uma operação asséptica eficiente.


Cinética dos processos fermentativos

Consiste inicialmente na analise da evolução dos valores de concentração de um ou mais componentes do sistema de cultivo, em função do tempo de fermentação. Entende-se como componentes os microrganismos (ou a biomassa), os produtos do metabolismo (ou metabólitos) e os nutrientes ou substratos que compõem o meio de cultura, para o estudo cinético escolhe-se o produto de interesse econômico. Quanto aos substratos adota-se o substrato limitante.

Afirmar, por exemplo, que determinado valor pH é melhor que outro, equivale a dizer que o fator de conversão (substrato em produto, por exemplo) é maior no primeiro que no segundo caso. O mesmo pode ser afirmado quando se comparam os desempenhos de cultivos sob diferentes temperaturas, diferentes tipos de uma dada espécie de microrganismos , diferentes composições de meio, etc.
Variação de escala de produção

No desenvolvimento de processos químicos, quando são encontradas condições econômicas adequadas de operação em escala de bancada, as quais com freqüência correspondem a obtenção de valores elevados para a produtividade e rendimento do produto de interesse, sob o ponto de vista econômico, há a necessidade de se ampliar a escala de produção até uma escala industrial. Na grande maioria dos processos, o desenvolvimento natural parte de uma escala de produção menor para uma escala maior. A variação nesse sentido é conhecida como aumento de escala ou “scale up”. Caso contrario, ou seja, quando se esta operando uma instalação industrial e se necessita elaborar ensaios em pequena escala, a fim de verificar certos aspectos tem-se a chamada redução de escala ou “scale down”. Dessa forma, o estudo da variação de escala examina os problemas associados com a transposição de dados obtidos em equipamentos de laboratório e piloto, para a escala de produção industrial e vice-versa.



ARROZ DOURADO: Um Transgênico Solucionando Problemas

          

Usufruindo dos artifícios da biotecnologia, o professor Ingo Potrykus, do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça, e seu colaborador Peter Bayer, da Universidade de Freiburg, Alemanha, chegaram ao arroz dourado, o maior feito da biotecnologia agrícola desde o surgimento da técnica de transferência de genes, há 20 anos. Ao transplantarem para o genoma da Oryza Sativa, a mais popular espécie de arroz, genes emprestados do narciso, uma erva nativa do Mediterrâneo, e da bactéria erwinia , os pesquisadores obtiveram um tipo de cereal  muito mais rico em betacaroteno, o agente construtor da vitamina A . O betacaroteno é uma substância produzida por muitos vegetais, mas somente alguns o acumulam em quantidade, como por exemplo a cenoura , o tomate, a batata-doce, a abóbora, o mamão, a folha da beterraba, da mostarda, etc. Uma vez ingerido pelo homem, o betacaroteno é transformado, no fígado, em vitamina A .

           A vitamina A é importante para a manutenção da nossa saúde, atuando na formação de pigmentos fotossensíveis da retina, no crescimento de alguns tipos de células e no aumento da capacidade imunológica. Consequentemente pessoas com deficiência de vitamina A são mais suscetíveis a infecções, escamações da pele, formação de acne e dificuldade de enxergar à noite (cegueira noturna). Em casos mais graves pode haver queratinização da córnea, o que pode levar à cegueira. http://www.ufv.br/dbg/trab2002/TRANSG/TRG006.htm


Peptídeos Bioativos

Peptídeos biologicamente ativos (bioativos) ou bio-funcionais foram definidos inicialmente como componentes (genuínos ou liberados) de alimentos prontos para o consumo, capazes de exercer uma atividade reguladora no organismo humano, independentemente de seu valor nutritivo. Posteriormente, foram descritos como fragmentos específicos de proteínas com um impacto positivo nas funções ou condições corpóreas, podendo finalmente influenciar a saúde. Finalmente, como Peptídeos com atividade similar a uma droga ou hormônio, que eventualmente modulam a função fisiológica ao se ligarem a receptores específicos da célula alvo, levando a indução de respostas fisiológicas. Os PBAs contêm de 3 a 20 resíduos de aminoácidos por molécula e normalmente são inativos dentro da seqüência da molécula. Estudos têm identificado um grande número de seqüências de PBAs nas proteínas do leite, além das condições para sua liberação. Devido ao grande número de PBAs codificados em sua região primária, as proteínas do leite são consideradas,no momento, as principais fontes conhecidas de uma variedade de PBAs. Muitos destes PBAs possuem propriedades biológicas específicas, que fazem desses componentes potenciais ingredientes de alimentos promotores de saúde. Além dos estudos envolvendo identificação e condições para a liberação dos PBAs, há também estudos mostrando que estes peptídeos exercem várias atividades biológicas “in vitro” e “in vivo” e que alguns deles possuem propriedades multifuncionais. Por administração oral, dependendo da seqüência de aminoácidos, os PBAs podem afetar os principais sistemas corpóreos - cardiovascular, digestivo, imune e nervoso.


Ocorrência de PBAs em produtos lácteos

Sabe-se que os PBAs podem ser gerados durante a fermentação do leite por meio da ação de fermentos lácticos empregados. Assim, uma grande variedade de PBAs tem sido encontrada em produtos lácteos fermentados, tais como iogurte, leite fermentado e queijo.

Esses produtos tradicionais podem, sob certas condições, carrear efeitos benéficos específicos quando ingeridos como parte da dieta diária. No entanto, tais benefícios à saúde, atribuídos aos PBAs nestes produtos tradicionais, ainda não foram bem estabelecidos. Por outro lado, já existem alguns produtos comerciais suplementados com PBAs derivados do leite, nos quais os benefícios à saúde foram documentados em estudos clínicos humanos. As bactérias ácido lácticas, usadas na obtenção de produtos fermentados do leite, possuem considerável atividade proteolítica resultante de seu rápido crescimento em leite. Durante a fermentação, as caseínas passam por uma rápida degradação proteolítica, que resulta na liberação de potenciais peptídeos bioativos.

Fonte: http://www.insumos.com.br/funcionais_e_nutraceuticos/materias/81.pdf


Fabricação de soros e vacinas

O processo de imunização pode ser obtido de duas maneiras distintas: imunização ativa e imunização passiva. A imunização ativa refere-se à produção de imunidade resultante da atividade individual das células do próprio corpo. A imunidade assim adquirida pode resultar de infecções conhecidas ou desconhecidas, contraídas em condições naturais , ou resultar da administração de vacinas preparadas com o microrganismo causador da infecção, ou substancias produzidas por ele. Uma das características da imunidade ativa obtida artificialmente pela vacinação é o fato de sua duração ser medida geralmente em meses ou anos, em contraste com o breve período de imunização passiva, conferida pela injeção do soro imune, que dura apenas alguma semanas. Embora a imunização ativa seja obtida em melhores condições através da própria infecção, nosso principal interesse recai na possibilidade de provocá-la artificialmente pela administração de vacinas. De fato alguns dos maiores triunfos da medicina preventiva devem-se a descoberta de métodos eficientes de vacinação.

REINO MONERA
DOENÇAS RELACIONADAS A BACTÉRIAS
Salmonelose

figura 2: Bactéria Salmonela

Salmonelose é uma doença infecciosa causada pela bactéria Salmonela enterica, pertencente à família Enterobacteriaceae. A salmonela é conhecida há mais de 100 anos.

A transmissão da salmonela é decorrente da ingestão de alimentos contaminados com fezes de animais. Em caso de alimentos suspeitos de contaminação, tanto os de origem vegetal como animal, devem ser cozidos para matar a bactéria. Outra forma de transmissão é através da preparação de alimentos por pessoas infectadas que não lavam as mãos.

A pessoa infectada com a salmonela apresenta diarréia, dor abdominal e febre, esses sintomas se manifestam de 12 a 72 horas após a infecção. A doença prolonga de 4 a 7 dias.

Em alguns casos é necessária a hospitalização, quando a diarréia é grave e causa desidratação.

O diagnóstico é realizado por cultura e análise microscópica e bioquímica.

Grande parte das pessoas se recupera sem tratamento.

A complicação mais grave é a disseminação da infecção para o sangue e para outros tecidos, podendo ocasionar a morte.

http://www.brasilescola.com/doencas/salmonelose.htm
Protozoários

Spirulina

A Spirulina é uma alga microscópica azul esverdeada composta por uma única célula e que torna a luz solar em energia ativa.

É uma das primeiras formas de vida concebidas pela natureza há mais de 3.6 bilhões de anos atrás. A Spirulina contém bilhões de anos de sabedoria evolutiva no seu DNA e é o fruto da primeira forma de vida fotossintética da Terra.

Vista ao microscópio, a Spirulina tem uma cor azul esverdeada e tem o aspecto de um espiral de longos e finos filamentos.



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