Em formação

Os subprodutos da digestão dos mamíferos são simplesmente versões esgotadas do alimento ou líquido consumido?


Quando os mamíferos consomem alimentos e os digerem ou bebem fluidos que são filtrados por seus rins, os resíduos gerados são simplesmente versões esgotadas do que consumiram?

Existem outros subprodutos do metabolismo e da filtração contidos nesses resíduos que são gerados pelo corpo e não fazem parte diretamente da comida ou do líquido que foi consumido e são excretados?


A resposta realmente depende de qual aspecto da urina e das fezes se está considerando.

No nível atômico, não, a urina e as fezes são compostas inteiramente de átomos retirados de nosso ambiente. Como era de se esperar, já que não há "Humanium" na tabela periódica. Na verdade, todos os átomos da urina e das fezes foram originalmente criados por estrelas.

No nível molecular, sim. O corpo produz moléculas que não ingerimos, ou que ingerimos em quantidades mínimas, como uréia e bile.

No nível celular, sim. O corpo produz, por exemplo, glóbulos vermelhos mesmo se a pessoa fizer uma dieta vegana sem ingestão de sangue. As proteínas que compõem as células são criadas quebrando as proteínas ingeridas em seus aminoácidos constituintes, que são então usados ​​para construir novas proteínas.

Também no nível celular estão a enorme quantidade de células bacterianas que apoiamos. As estimativas do número de células bacterianas em nosso corpo variam de dez a 100 vezes o número de nossas próprias células. O componente bacteriano nas fezes é enorme - até 1/3 das fezes por peso são bactérias. A urina, produzida a partir do sangue pelos rins, é relativamente estéril.


Capítulo 50 - Digestão e absorção intestinal de carotenóides dietéticos e vitamina A ☆

A vitamina A é um nutriente essencial para a visão e a vida dos humanos porque é convertida no cromóforo visual, 11-cis-retinal, e para o hormônio, ácido retinóico. A vitamina A em alimentos de origem animal é encontrada como ésteres de acila de cadeia longa de retinol e são digeridos em ácidos graxos livres e retinol antes da absorção pela célula da mucosa intestinal. O retinol é então (1) reesterificado em ésteres de retinil para incorporação em quilomícrons junto com outros lipídios da dieta e absorvido através dos vasos linfáticos ou (2) efluxado para a circulação portal facilitado pelo transportador de lipídios, ABCA1. Os carotenóides da pró-vitamina A, como o β-caroteno (β-C), são encontrados em alimentos derivados de plantas. Esses e outros carotenóides que não têm atividade da vitamina A são transportados para a célula da mucosa pelo receptor necrófago da classe B tipo I (SR-BI). Os carotenóides da pró-vitamina A são parcialmente convertidos em retinol pelas enzimas oxigenase e redutase e o retinol assim produzido fica disponível para absorção pelas duas vias descritas. Os carotenóides que não são convertidos em vitamina A são incorporados aos quilomícrons para absorção. A eficiência da absorção intestinal da vitamina A e dos carotenóides é determinada pela regulação de uma série de proteínas envolvidas no processo. Polimorfismos nesses genes levam à variabilidade no metabolismo e no transporte de vitamina A e carotenóides entre os indivíduos.


Conteúdo

Os sistemas digestivos assumem muitas formas. Existe uma distinção fundamental entre digestão interna e externa. A digestão externa desenvolveu-se no início da história evolutiva, e a maioria dos fungos ainda depende dela. [4] Nesse processo, as enzimas são secretadas no ambiente ao redor do organismo, onde decompõem uma matéria orgânica e alguns dos produtos se difundem de volta para o organismo. Os animais têm um tubo (trato gastrointestinal) no qual ocorre a digestão interna, que é mais eficiente porque mais dos produtos decompostos podem ser capturados e o ambiente químico interno pode ser controlado com mais eficiência. [5]

Alguns organismos, incluindo quase todas as aranhas, simplesmente secretam biotoxinas e produtos químicos digestivos (por exemplo, enzimas) no ambiente extracelular antes da ingestão da conseqüente "sopa". Em outros, uma vez que nutrientes ou alimentos potenciais estão dentro do organismo, a digestão pode ser conduzida para uma vesícula ou estrutura semelhante a um saco, por meio de um tubo ou de vários órgãos especializados que visam tornar mais eficiente a absorção de nutrientes.

Sistemas de secreção

As bactérias usam vários sistemas para obter nutrientes de outros organismos nos ambientes.

Sistema de transporte de canal

Em um sistema de transuporte de canal, várias proteínas formam um canal contíguo que atravessa as membranas interna e externa da bactéria. É um sistema simples, que consiste em apenas três subunidades de proteínas: a proteína ABC, a proteína de fusão da membrana (MFP) e a proteína da membrana externa (OMP) [ especificamos ] Este sistema de secreção transporta várias moléculas, desde íons, drogas, até proteínas de vários tamanhos (20–900 kDa). As moléculas secretadas variam em tamanho, desde as pequenas Escherichia coli peptídeo colicina V, (10 kDa) para o Pseudomonas fluorescens proteína de adesão celular LapA de 900 kDa. [6]

Seringa molecular

Um sistema de secreção do tipo III significa que uma seringa molecular é usada através da qual uma bactéria (por exemplo, certos tipos de Salmonella, Shigella, Yersinia) pode injetar nutrientes nas células protistas. Um desses mecanismos foi descoberto pela primeira vez em Y. pestis e mostrou que as toxinas podem ser injetadas diretamente do citoplasma bacteriano no citoplasma das células de seu hospedeiro, em vez de simplesmente serem secretadas no meio extracelular. [7]

Maquinário de conjugação

A maquinaria de conjugação de algumas bactérias (e flagelos arquea) é capaz de transportar DNA e proteínas. Foi descoberto em Agrobacterium tumefaciens, que usa esse sistema para introduzir o plasmídeo Ti e as proteínas no hospedeiro, que desenvolve a galha em coroa (tumor). [8] O complexo VirB de Agrobacterium tumefaciens é o sistema prototípico. [9]

A fixação de nitrogênio Rhizobia são um caso interessante, em que os elementos conjugativos se envolvem naturalmente na conjugação entre reinos. Elementos como o Agrobacterium Os plasmídeos Ti ou Ri contêm elementos que podem ser transferidos para as células vegetais. Os genes transferidos entram no núcleo da célula vegetal e efetivamente transformam as células vegetais em fábricas para a produção de opinas, que as bactérias usam como fontes de carbono e energia. As células vegetais infectadas formam tumores de galha em coroa ou raízes. Os plasmídeos Ti e Ri são, portanto, endossimbiontes das bactérias, que por sua vez são endossimbiontes (ou parasitas) da planta infectada.

Os plasmídeos Ti e Ri são eles próprios conjugativos. A transferência de Ti e Ri entre bactérias usa um sistema independente (o tra, ou transferência, operon) daquele para transferência entre reinos (o vir, ou virulência, operon). Tal transferência cria cepas virulentas de anteriormente avirulentas Agrobacteria.

Liberação de vesículas de membrana externa

Além do uso dos complexos multiproteicos listados acima, as bactérias Gram-negativas possuem outro método para liberação de material: a formação de vesículas de membrana externa. [10] [11] Porções da membrana externa comprimem-se, formando estruturas esféricas feitas de uma bicamada lipídica envolvendo materiais periplasmáticos. Descobriu-se que vesículas de várias espécies bacterianas contêm fatores de virulência, algumas têm efeitos imunomoduladores e outras podem aderir diretamente e intoxicar as células do hospedeiro. Embora a liberação de vesículas tenha sido demonstrada como uma resposta geral às condições de estresse, o processo de carregamento de proteínas de carga parece ser seletivo. [12]

Cavidade gastrovascular

A cavidade gastrovascular funciona como estômago, tanto na digestão quanto na distribuição de nutrientes por todas as partes do corpo. A digestão extracelular ocorre dentro dessa cavidade central, que é revestida pela gastroderme, a camada interna do epitélio. Essa cavidade tem apenas uma abertura para o exterior que funciona como boca e ânus: resíduos e matéria não digerida são excretados pela boca / ânus, o que pode ser descrito como um intestino incompleto.

Em uma planta como a Flytrap Venus que pode fazer seu próprio alimento através da fotossíntese, ela não come e digere suas presas para os objetivos tradicionais de coleta de energia e carbono, mas minas principalmente de nutrientes essenciais (nitrogênio e fósforo em particular) que estão em falta em seu habitat ácido e pantanoso. [13]

Fagossomo

Um fagossomo é um vacúolo formado em torno de uma partícula absorvida pela fagocitose. O vacúolo é formado pela fusão da membrana celular ao redor da partícula. Um fagossoma é um compartimento celular no qual microrganismos patogênicos podem ser mortos e digeridos. Os fagossomos se fundem com os lisossomos em seu processo de maturação, formando fagolisossomos. Em humanos, Entamoeba histolytica pode fagocitar os glóbulos vermelhos. [14]

Órgãos especializados e comportamentos

Para ajudar na digestão de seus alimentos, os animais desenvolveram órgãos como bicos, línguas, rádulas, dentes, colheitas, moelas e outros.

Bicos

Os pássaros possuem bicos ósseos especializados de acordo com seu nicho ecológico. Por exemplo, as araras comem principalmente sementes, nozes e frutas, usando seus bicos para abrir até as sementes mais resistentes. Primeiro eles arranham uma linha fina com a ponta afiada do bico, depois eles cortam a semente com as laterais do bico.

A boca da lula é equipada com um bico córneo afiado feito principalmente de proteínas reticuladas. É usado para matar e rasgar a presa em pedaços administráveis. O bico é muito robusto, mas não contém minerais, ao contrário dos dentes e mandíbulas de muitos outros organismos, incluindo espécies marinhas. [15] O bico é a única parte indigesta da lula.

Língua

o língua é o músculo esquelético do assoalho da boca da maioria dos vertebrados, que manipula os alimentos para mastigar (mastigar) e engolir (deglutição). É sensível e mantido úmido pela saliva. A parte inferior da língua é coberta por uma membrana mucosa lisa. A língua também tem um sentido de toque para localizar e posicionar as partículas de alimentos que requerem mais mastigação. A língua é utilizada para rolar as partículas de comida em um bolo antes de serem transportadas para o esôfago através do peristaltismo.

A região sublingual abaixo da frente da língua é um local onde a mucosa oral é muito fina e sustentada por um plexo de veias. Este é um local ideal para a introdução de certos medicamentos no corpo. A via sublingual aproveita a alta qualidade vascular da cavidade oral e permite a aplicação rápida de medicamentos no sistema cardiovascular, contornando o trato gastrointestinal.

Dentes

Os dentes (dente único) são pequenas estruturas esbranquiçadas encontradas nas mandíbulas (ou bocas) de muitos vertebrados, usadas para rasgar, raspar, ordenhar e mastigar alimentos. Os dentes não são feitos de osso, mas sim de tecidos de densidade e dureza variadas, como esmalte, dentina e cemento. Os dentes humanos têm um suprimento de sangue e nervos que permite a propriocepção. Esta é a capacidade de sentir ao mastigar, por exemplo, se formos morder algo muito duro para nossos dentes, como um prato lascado misturado com comida, nossos dentes enviam uma mensagem ao nosso cérebro e percebemos que não pode ser mastigado, então paramos de tentar.

As formas, tamanhos e números dos tipos de dentes dos animais estão relacionados às suas dietas. Por exemplo, os herbívoros têm vários molares que são usados ​​para moer matéria vegetal, que é difícil de digerir. Os carnívoros têm dentes caninos que são usados ​​para matar e rasgar a carne.

Uma colheita, ou crupe, é uma porção expandida de paredes finas do trato alimentar usada para o armazenamento de alimentos antes da digestão. Em algumas aves, é uma bolsa expandida e muscular próxima à garganta ou garganta. Em pombos e pombos adultos, a cultura pode produzir leite vegetal para alimentar pássaros recém-nascidos. [16]

Certos insetos podem ter uma cultura ou esôfago dilatado.

Abomasum

Os herbívoros desenvolveram cecos (ou um abomaso, no caso dos ruminantes). Os ruminantes têm um estômago anterior com quatro câmaras. Estes são o rúmen, retículo, omaso e abomaso. Nas duas primeiras câmaras, o rúmen e o retículo, o alimento é misturado à saliva e se separa em camadas de material sólido e líquido. Os sólidos se aglomeram para formar o ruminante (ou bolo alimentar). A ruminação é então regurgitada, mastigada lentamente para misturá-la completamente com a saliva e para quebrar o tamanho da partícula.

A fibra, especialmente a celulose e a hemicelulose, é quebrada principalmente nos ácidos graxos voláteis, ácido acético, ácido propiônico e ácido butírico nessas câmaras (retículo-rúmen) por micróbios: (bactérias, protozoários e fungos). No omaso, a água e muitos dos elementos minerais inorgânicos são absorvidos pela corrente sanguínea.

O abomaso é o quarto e último compartimento do estômago em ruminantes. É um equivalente próximo a um estômago monogástrico (por exemplo, em humanos ou porcos), e a digesta é processada aqui da mesma maneira. Ele serve principalmente como um local para a hidrólise ácida de proteínas microbianas e dietéticas, preparando essas fontes de proteína para posterior digestão e absorção no intestino delgado. A digesta é finalmente movida para o intestino delgado, onde ocorre a digestão e a absorção dos nutrientes. Micróbios produzidos no retículo-rúmen também são digeridos no intestino delgado.

Comportamentos especializados

A regurgitação foi mencionada acima em abomaso e safra, referindo-se ao leite de safra, uma secreção do forro da safra de pombos e pombas com a qual os pais alimentam seus filhotes por regurgitação. [17]

Muitos tubarões têm a capacidade de virar o estômago do avesso e retirá-lo da boca para se livrar de conteúdos indesejados (talvez desenvolvido como uma forma de reduzir a exposição a toxinas).

Outros animais, como coelhos e roedores, praticam comportamentos de coprofagia - comendo fezes especializadas para re-digerir alimentos, especialmente no caso de forragem. Capivara, coelhos, hamsters e outras espécies relacionadas não possuem um sistema digestivo complexo como, por exemplo, os ruminantes. Em vez disso, eles extraem mais nutrição da grama, dando à comida uma segunda passagem pelo intestino. Pelotas fecais moles de alimentos parcialmente digeridos são excretadas e geralmente consumidas imediatamente. Eles também produzem excrementos normais, que não são comidos.

Os jovens elefantes, pandas, coalas e hipopótamos comem as fezes de suas mães, provavelmente para obter as bactérias necessárias para digerir adequadamente a vegetação. Quando nascem, seus intestinos não contêm essas bactérias (são totalmente estéreis). Sem eles, eles seriam incapazes de obter qualquer valor nutricional de muitos componentes da planta.

Em minhocas

O sistema digestivo de uma minhoca consiste em boca, faringe, esôfago, papo, moela e intestino. A boca é cercada por lábios fortes, que agem como uma mão para agarrar pedaços de grama morta, folhas e ervas daninhas, com pedaços de terra para ajudar na mastigação. Os lábios quebram a comida em pedaços menores. Na faringe, o alimento é lubrificado por secreções de muco para facilitar a passagem. O esôfago adiciona carbonato de cálcio para neutralizar os ácidos formados pela decomposição da matéria alimentar. O armazenamento temporário ocorre na cultura onde o alimento e o carbonato de cálcio são misturados. Os poderosos músculos da moela agitam e misturam a massa de comida e sujeira. Quando a batedura termina, as glândulas nas paredes da moela adicionam enzimas à pasta espessa, o que ajuda a decompor quimicamente a matéria orgânica. Por peristaltismo, a mistura é enviada para o intestino, onde bactérias amigáveis ​​continuam a degradação química. Isso libera carboidratos, proteínas, gorduras e várias vitaminas e minerais para serem absorvidos pelo corpo.

Na maioria dos vertebrados, a digestão é um processo de vários estágios no sistema digestivo, começando com a ingestão de matérias-primas, na maioria das vezes outros organismos. A ingestão geralmente envolve algum tipo de processamento mecânico e químico. A digestão é dividida em quatro etapas:

    : colocar o alimento na boca (entrada do alimento no sistema digestivo),
  1. Quebra mecânica e química: mastigação e mistura do bolo resultante com água, ácidos, bile e enzimas no estômago e intestino para quebrar moléculas complexas em estruturas simples,
  2. Absorção: de nutrientes do sistema digestivo para os capilares circulatórios e linfáticos por meio de osmose, transporte ativo e difusão, e
  3. Egestão (Excreção): Remoção de materiais não digeridos do trato digestivo por meio da defecação.

Subjacente ao processo está o movimento muscular em todo o sistema, por meio da deglutição e do peristaltismo. Cada etapa da digestão requer energia e, portanto, impõe uma "carga indireta" à energia disponibilizada pelas substâncias absorvidas. As diferenças nesse custo indireto são influências importantes no estilo de vida, no comportamento e até nas estruturas físicas. Exemplos podem ser vistos em humanos, que diferem consideravelmente de outros hominídeos (falta de cabelo, maxilares e musculatura menores, dentição diferente, comprimento dos intestinos, cozimento, etc.).

A maior parte da digestão ocorre no intestino delgado. O intestino grosso serve principalmente como um local para a fermentação de matéria indigestível pelas bactérias intestinais e para a reabsorção da água da digestão antes da excreção.

Em mamíferos, a preparação para a digestão começa com a fase cefálica em que a saliva é produzida na boca e as enzimas digestivas são produzidas no estômago. A digestão mecânica e química começa na boca, onde o alimento é mastigado, e misturada com a saliva para iniciar o processamento enzimático dos amidos. O estômago continua a quebrar os alimentos mecânica e quimicamente, batendo e misturando com ácidos e enzimas. A absorção ocorre no estômago e no trato gastrointestinal, e o processo termina com a defecação. [3]


Conteúdo

Abaixo estão algumas definições de fermentação. Eles variam de usos informais e gerais a definições mais científicas. [4]

  1. Métodos de preservação de alimentos por meio de microrganismos (uso geral).
  2. Qualquer processo microbiano em grande escala ocorrendo com ou sem ar (definição comum usada na indústria).
  3. Qualquer processo que produza bebidas alcoólicas ou laticínios ácidos (uso geral).
  4. Qualquer processo metabólico de liberação de energia que ocorre apenas em condições anaeróbicas (algo científico).
  5. Qualquer processo metabólico que libera energia de um açúcar ou outra molécula orgânica não requer oxigênio ou um sistema de transporte de elétrons e usa uma molécula orgânica como o aceptor final de elétrons (mais científico).

Junto com a respiração aeróbica, a fermentação é um método para extrair energia das moléculas. Este método é o único comum a todas as bactérias e eucariotos. É, portanto, considerada a via metabólica mais antiga, adequada para ambientes primitivos - antes da vida das plantas na Terra, ou seja, antes do oxigênio na atmosfera. [5]: 389

A levedura, uma forma de fungo, ocorre em quase todos os ambientes capazes de sustentar micróbios, desde a casca das frutas às vísceras de insetos e mamíferos até o fundo do oceano. As leveduras convertem (quebram) moléculas ricas em açúcar para produzir etanol e dióxido de carbono. [6] [7]

Os mecanismos básicos de fermentação permanecem presentes em todas as células de organismos superiores. O músculo dos mamíferos realiza a fermentação durante os períodos de exercício intenso, onde o suprimento de oxigênio se torna limitado, resultando na criação de ácido lático. [8]: 63 Em invertebrados, a fermentação também produz succinato e alanina. [9]: 141

Bactérias fermentativas desempenham um papel essencial na produção de metano em habitats que vão desde o rúmen do gado até digestores de esgoto e sedimentos de água doce. Eles produzem hidrogênio, dióxido de carbono, formato e acetato e ácidos carboxílicos. Então, consórcios de micróbios convertem o dióxido de carbono e o acetato em metano. Bactérias acetogênicas oxidam os ácidos, obtendo mais acetato e hidrogênio ou formato. Finalmente, metanógenos (no domínio Archea) converter acetato em metano. [10]

A fermentação reage o NADH com um aceptor de elétrons orgânico endógeno. [2] Normalmente, é o piruvato formado a partir do açúcar por meio da glicólise. A reação produz NAD + e um produto orgânico, exemplos típicos sendo etanol, ácido lático e gás hidrogênio (H2), e frequentemente também dióxido de carbono. No entanto, compostos mais exóticos podem ser produzidos por fermentação, como ácido butírico e acetona. Os produtos da fermentação são considerados produtos residuais, uma vez que não podem ser metabolizados sem o uso de oxigênio. [12]

A fermentação normalmente ocorre em um ambiente anaeróbico. Na presença de O2, NADH e piruvato são usados ​​para gerar ATP na respiração. Isso é chamado de fosforilação oxidativa. Isso gera muito mais ATP do que apenas a glicólise. Ele libera a energia química de O2. [12] Por esse motivo, a fermentação raramente é usada quando o oxigênio está disponível. No entanto, mesmo na presença de oxigênio abundante, algumas cepas de levedura, como Saccharomyces cerevisiae prefira a fermentação à respiração aeróbica, desde que haja um suprimento adequado de açúcares (fenômeno conhecido como efeito Crabtree). [13] Alguns processos de fermentação envolvem anaeróbios obrigatórios, que não toleram oxigênio. [ citação necessária ]

Embora a levedura conduza a fermentação na produção de etanol em cervejas, vinhos e outras bebidas alcoólicas, este não é o único agente possível: as bactérias conduzem a fermentação na produção de goma xantana. [ citação necessária ]

Etanol Editar

Na fermentação do etanol, uma molécula de glicose é convertida em duas moléculas de etanol e duas moléculas de dióxido de carbono. [14] [15] É usado para fazer a massa do pão crescer: o dióxido de carbono forma bolhas, expandindo a massa em uma espuma. [16] [17] O etanol é o agente intoxicante em bebidas alcoólicas, como vinho, cerveja e licor. [18] A fermentação de matérias-primas, incluindo cana-de-açúcar, milho e beterraba, produz etanol que é adicionado à gasolina. [19] Em algumas espécies de peixes, incluindo peixes dourados e carpas, ele fornece energia quando o oxigênio é escasso (junto com a fermentação de ácido láctico). [20]

A figura ilustra o processo. Antes da fermentação, uma molécula de glicose se divide em duas moléculas de piruvato (glicólise). A energia dessa reação exotérmica é usada para ligar fosfatos inorgânicos ao ADP, que o converte em ATP e converte o NAD + em NADH. Os piruvatos se dividem em duas moléculas de acetaldeído e liberam duas moléculas de dióxido de carbono como resíduos. O acetaldeído é reduzido a etanol usando a energia e o hidrogênio do NADH, e o NADH é oxidado a NAD + para que o ciclo se repita. A reação é catalisada pelas enzimas piruvato descarboxilase e álcool desidrogenase. [14]

Edição de ácido láctico

Fermentação homolática (produzindo apenas ácido láctico) é o tipo mais simples de fermentação. O piruvato da glicólise [21] sofre uma reação redox simples, formando ácido lático. [22] [23] No geral, uma molécula de glicose (ou qualquer açúcar de seis carbonos) é convertida em duas moléculas de ácido láctico:

Ela ocorre nos músculos dos animais quando eles precisam de energia mais rapidamente do que o sangue pode fornecer oxigênio. Também ocorre em alguns tipos de bactérias (como lactobacilos) e alguns fungos. É o tipo de bactéria que converte a lactose em ácido lático no iogurte, conferindo-lhe seu sabor azedo. Essas bactérias de ácido láctico podem realizar a fermentação homolática, em que o produto final é principalmente o ácido láctico, ou fermentação heterolática, onde algum lactato é posteriormente metabolizado em etanol e dióxido de carbono [22] (através da via da fosfocetolase), acetato ou outros produtos metabólicos, por exemplo:

Se a lactose for fermentada (como em iogurtes e queijos), ela é primeiro convertida em glicose e galactose (ambos açúcares de seis carbonos com a mesma fórmula atômica):

A fermentação heterolática é, em certo sentido, intermediária entre a fermentação de ácido láctico e outros tipos, e. fermentação alcoólica. As razões para ir mais longe e converter o ácido láctico em outra coisa incluem:

  • A acidez do ácido láctico impede os processos biológicos. Isso pode ser benéfico para o organismo em fermentação, pois afasta competidores não adaptados à acidez. Como resultado, o alimento terá uma vida útil mais longa (uma das razões pelas quais os alimentos são fermentados propositalmente), porém, a partir de um certo ponto, a acidez começa a afetar o organismo que o produz.
  • A alta concentração de ácido lático (o produto final da fermentação) leva o equilíbrio para trás (princípio de Le Chatelier), diminuindo a taxa na qual a fermentação pode ocorrer e desacelerando o crescimento.
  • O etanol, no qual o ácido lático pode ser facilmente convertido, é volátil e escapará prontamente, permitindo que a reação prossiga facilmente. CO2 também é produzido, mas é apenas ligeiramente ácido e ainda mais volátil do que o etanol.
  • O ácido acético (outro produto de conversão) é ácido e não tão volátil quanto o etanol, no entanto, na presença de oxigênio limitado, sua criação a partir do ácido lático libera energia adicional. É uma molécula mais leve que o ácido lático, formando menos ligações de hidrogênio com seu entorno (por ter menos grupos que podem formar tais ligações), portanto é mais volátil e também permite que a reação prossiga mais rapidamente.
  • Se o ácido propiônico, o ácido butírico e os ácidos monocarboxílicos mais longos forem produzidos (consulte a fermentação de ácido misto), a quantidade de acidez produzida por glicose consumida diminuirá, como ocorre com o etanol, permitindo um crescimento mais rápido.

Gás hidrogênio Editar

O gás hidrogênio é produzido em vários tipos de fermentação como forma de regenerar o NAD + do NADH. Os elétrons são transferidos para a ferredoxina, que por sua vez é oxidada pela hidrogenase, produzindo H2. [14] O gás hidrogênio é um substrato para metanógenos e redutores de sulfato, que mantêm a concentração de hidrogênio baixa e favorecem a produção de um composto tão rico em energia, [24] mas o gás hidrogênio em uma concentração bastante alta pode, no entanto, ser formado, como em flatos. [ citação necessária ]

Por exemplo, Clostridium pasteurianum fermenta a glicose em butirato, acetato, dióxido de carbono e gás hidrogênio: [25] A reação que leva ao acetato é:

Proteína alternativa Editar

A fermentação pode ser aplicada para gerar fontes alternativas de proteína. Por exemplo, alimentos ricos em proteínas vegetais, como o tempeh, são produzidos por fermentação. No entanto, a fermentação também pode ser usada para cultivar produtos animais feitos de material não vivo in vitro. Ovos, mel, queijo e leite são exemplos feitos de várias proteínas. Essas proteínas podem ser produzidas usando esta aplicação particular de fermentação. As substâncias que são feitas por fermentação e que se assemelham ao leite são chamadas de substitutos do leite. As substâncias que se assemelham ao queijo são chamadas de análogos do queijo e as substâncias que se assemelham a ovos são chamadas de substitutos do ovo. [ citação necessária ]

Algumas empresas começaram a fornecer serviços de fermentação aos agricultores (Farming as a Service). [26] [27]

O heme é uma proteína que confere à carne a sua textura, sabor e aroma característicos. [28] A Impossible Foods usava a fermentação para gerar um determinado filamento de heme derivado de raízes de soja, chamado leghemoglobina de soja, que foi integrado ao Impossible Burger para imitar o sabor e a aparência da carne. [28]

Outra edição

A maioria da fermentação industrial usa procedimentos de lote ou lote alimentado, embora a fermentação contínua possa ser mais econômica se vários desafios, particularmente a dificuldade de manter a esterilidade, puderem ser enfrentados. [29]

Edição em lote

Em um processo em lote, todos os ingredientes são combinados e as reações prosseguem sem qualquer entrada adicional. A fermentação em lote tem sido usada há milênios para fazer pão e bebidas alcoólicas, e ainda é um método comum, especialmente quando o processo não é bem compreendido. [30]: 1 No entanto, pode ser caro porque o fermentador deve ser esterilizado com vapor de alta pressão entre os lotes. [29] Estritamente falando, muitas vezes há adição de pequenas quantidades de produtos químicos para controlar o pH ou suprimir a formação de espuma. [30]: 25

A fermentação em lote passa por uma série de fases. Há uma fase de latência em que as células se ajustam ao seu ambiente e, em seguida, uma fase em que ocorre o crescimento exponencial. Uma vez que muitos dos nutrientes tenham sido consumidos, o crescimento desacelera e se torna não exponencial, mas a produção de metabólitos secundários (incluindo antibióticos e enzimas comercialmente importantes) acelera. Isso continua por uma fase estacionária depois que a maioria dos nutrientes foi consumida, e então as células morrem. [30]: 25

Edição em lote Fed

A fermentação em lote alimentado é uma variação da fermentação em lote, onde alguns dos ingredientes são adicionados durante a fermentação. Isso permite maior controle sobre as etapas do processo. Em particular, a produção de metabólitos secundários pode ser aumentada pela adição de uma quantidade limitada de nutrientes durante a fase de crescimento não exponencial. As operações em lote do Fed costumam ser imprensadas entre as operações em lote. [30]: 1 [31]

Abrir edição

O alto custo de esterilização do fermentador entre lotes pode ser evitado usando várias abordagens de fermentação aberta que são capazes de resistir à contaminação. Uma é usar uma cultura mista desenvolvida naturalmente. Isso é particularmente favorecido no tratamento de águas residuais, uma vez que populações mistas podem se adaptar a uma ampla variedade de resíduos. Bactérias termofílicas podem produzir ácido láctico em temperaturas em torno de 50 ° Celsius, o suficiente para desencorajar a contaminação microbiana e o etanol foi produzido a uma temperatura de 70 ° C. Está logo abaixo do ponto de ebulição (78 ° C), o que facilita a extração. Bactérias halofílicas podem produzir bioplásticos em condições hipersalinas. A fermentação em estado sólido adiciona uma pequena quantidade de água a um substrato sólido que é amplamente utilizado na indústria de alimentos para produzir sabores, enzimas e ácidos orgânicos. [29]

Edição Contínua

Na fermentação contínua, os substratos são adicionados e os produtos finais removidos continuamente. [29] Existem três variedades: quimiostatos, que mantêm os níveis de nutrientes constantes, turbidostatos, que mantêm a massa celular constante e reatores de fluxo em que o meio de cultura flui continuamente através de um tubo enquanto as células são recicladas da saída para a entrada. [31] Se o processo funcionar bem, há um fluxo constante de alimentação e efluente e os custos de configurar repetidamente um lote são evitados. Além disso, pode prolongar a fase de crescimento exponencial e evitar subprodutos que inibem as reações, removendo-os continuamente. No entanto, é difícil manter um estado estacionário e evitar a contaminação, e o projeto tende a ser complexo. [29] Normalmente, o fermentador deve funcionar por mais de 500 horas para ser mais econômico do que os processadores em lote. [31]

O uso de fermentação, particularmente para bebidas, existe desde o Neolítico e foi documentado datando de 7.000 a 6.600 aC em Jiahu, China, [32] 5.000 aC na Índia, Ayurveda menciona muitos vinhos medicinais, 6.000 aC na Geórgia, [33] ] 3150 AC no antigo Egito, [34] 3000 AC na Babilônia, [35] 2000 AC no México pré-hispânico, [35] e 1500 AC no Sudão. [36] Alimentos fermentados têm um significado religioso no Judaísmo e no Cristianismo. O deus báltico Rugutis era adorado como o agente de fermentação. [37] [38]

Em 1837, Charles Cagniard de la Tour, Theodor Schwann e Friedrich Traugott Kützing publicaram trabalhos independentes concluindo, como resultado de investigações microscópicas, que a levedura é um organismo vivo que se reproduz por brotamento. [39] [40]: 6 Schwann ferveu o suco de uva para matar o fermento e descobriu que nenhuma fermentação ocorreria até que um novo fermento fosse adicionado. However, a lot of chemists, including Antoine Lavoisier, continued to view fermentation as a simple chemical reaction and rejected the notion that living organisms could be involved. This was seen as a reversion to vitalism and was lampooned in an anonymous publication by Justus von Liebig and Friedrich Wöhler. [5] : 108–109

The turning point came when Louis Pasteur (1822–1895), during the 1850s and 1860s, repeated Schwann's experiments and showed fermentation is initiated by living organisms in a series of investigations. [23] [40] : 6 In 1857, Pasteur showed lactic acid fermentation is caused by living organisms. [41] In 1860, he demonstrated how bacteria cause souring in milk, a process formerly thought to be merely a chemical change. His work in identifying the role of microorganisms in food spoilage led to the process of pasteurization. [42]

In 1877, working to improve the French brewing industry, Pasteur published his famous paper on fermentation, "Etudes sur la Bière", which was translated into English in 1879 as "Studies on fermentation". [43] He defined fermentation (incorrectly) as "Life without air", [44] yet he correctly showed how specific types of microorganisms cause specific types of fermentations and specific end-products. [ citação necessária ]

Although showing fermentation resulted from the action of living microorganisms was a breakthrough, it did not explain the basic nature of fermentation nor, prove it is caused by microorganisms which appear to be always present. Many scientists, including Pasteur, had unsuccessfully attempted to extract the fermentation enzyme from yeast. [44]

Success came in 1897 when the German chemist Eduard Buechner ground up yeast, extracted a juice from them, then found to his amazement this "dead" liquid would ferment a sugar solution, forming carbon dioxide and alcohol much like living yeasts. [45]

Buechner's results are considered to mark the birth of biochemistry. The "unorganized ferments" behaved just like the organized ones. From that time on, the term enzyme came to be applied to all ferments. It was then understood fermentation is caused by enzymes produced by microorganisms. [46] In 1907, Buechner won the Nobel Prize in chemistry for his work. [47]

Advances in microbiology and fermentation technology have continued steadily up until the present. For example, in the 1930s, it was discovered microorganisms could be mutated with physical and chemical treatments to be higher-yielding, faster-growing, tolerant of less oxygen, and able to use a more concentrated medium. [48] [49] Strain selection and hybridization developed as well, affecting most modern food fermentations. [ citação necessária ]

The word "ferment" is derived from the Latin verb fervere, which means to boil. It is thought to have been first used in the late 14th century in alchemy, but only in a broad sense. It was not used in the modern scientific sense until around 1600. [ citação necessária ]


Monday, 26 November 2007

Botany - What's the name of the fibrous strands that hold the seeds in a pumpkin?

If you cut open a pumpkin, the seeds are suspended inside the pumpkin by some fibrous, slimey strands. You can see them in the middle of this sliced-open pumpkin:

I'm writing a post for the Cooking.SE blog, and am trying to find out the proper botanical term. Someone suggested that might be called the endocarp, but I want to make sure and also see if there is a more specific term.

In "Morpho-Physiological Aspects of Productivity and Quality in Squash and Pumpkins (Cucurbita spp.)" §C.1, I see this:


In the central portion of the fruit, a mass of tough fibers, together with vascular strands connected to the seeds, comprise the placental tissue. The endocarp is made up of small, thin-walled cells that form a membranous tissue that adheres to seed, becoming a transparent skin on dried seeds. (enfase adicionada)


Am I reading correctly that the name for this part of the pumpkin is "placental tissue", and that the endocarp is just a thin layer on the seeds themselves?


Reconhecimentos

W. Cook carried out C/N ratio measurements in the Duke Environmental Isotope Laboratory. Samples were provided by S. Mills and D. Lafferty (snowshoe hare) E. Ehmke (lemurs) L. McGraw, A. Vogel and C. Clement (prairie vole) D. Koeberl, V. Sakach and L. Morgan (dog) C. Drea (meerkat). Statistical advice was provided by K. Choudhury and S. Mukherjee. The manuscript was improved thanks to comments from J. Heffernan, J. Rawls and P. Turnbaugh. This work was funded by an NSF Doctoral Dissertation Improvement grant to A.T.R., J.P.W. and L.A.D. (grant no. DEB-1501495) and grants from the Hartwell Foundation, Alfred P. Sloan Foundation and Searle Scholars Programme to L.A.D. A.T.R. was supported by the NSF Graduate Research Fellowship Programme under grant no. DGE 1106401. F.C.P. was supported by a European Research Council Marie Curie Individual Fellowship (grant no. 658718). D.B. was supported in part by Austrian Science Fund (grant nos. P26127-B20 and P27831-B28) and European Research Council (Starting Grant: FunKeyGut 741623). M.W. was supported by the European Research Council via the Advanced Grant project ‘NITRICARE 294343’. The contents of this paper are the responsibility of the authors and do not necessarily represent the views of the funding institutions.


The Most Spectacular Mutation in Recent Human History

Photograph by Valentyn Volkov/iStockphoto/Thinkstock.

To repurpose a handy metaphor, let’s call two of the first Homo sapiens Adam and Eve. By the time they welcomed their firstborn, that rascal Cain, into the world, 2 million centuries of evolution had established how his infancy would play out. For the first few years of his life, he would take his nourishment from Eve’s breast. Once he reached about 4 or 5 years old, his body would begin to slow its production of lactase, the enzyme that allows mammals to digest the lactose in milk. Thereafter, nursing or drinking another animal’s milk would have given the little hell-raiser stomach cramps and potentially life-threatening diarrhea in the absence of lactase, lactose simply rots in the guts. With Cain weaned, Abel could claim more of his mother’s attention and all of her milk. This kept a lid on sibling rivalry—though it didn’t quell the animus between these particular sibs—while allowing women to bear more young. The pattern was the same for all mammals: At the end of infancy, we became lactose-intolerant for life.

Two hundred thousand years later, around 10,000 B.C., this began to change. A genetic mutation appeared, somewhere near modern-day Turkey, that jammed the lactase-production gene permanently in the “on” position. The original mutant was probably a male who passed the gene on to his children. People carrying the mutation could drink milk their entire lives. Genomic analyses have shown that within a few thousand years, at a rate that evolutionary biologists had thought impossibly rapid, this mutation spread throughout Eurasia, to Great Britain, Scandinavia, the Mediterranean, India and all points in between, stopping only at the Himalayas. Independently, other mutations for lactose tolerance arose in Africa and the Middle East, though not in the Americas, Australia, or the Far East.

In an evolutionary eye-blink, 80 percent of Europeans became milk-drinkers in some populations, the proportion is close to 100 percent. (Though globally, lactose intolerance is the norm around two-thirds of humans cannot drink milk in adulthood.) The speed of this transformation is one of the weirder mysteries in the story of human evolution, more so because it’s not clear why anybody needed the mutation to begin with. Through their cleverness, our lactose-intolerant forebears had already found a way to consume dairy without getting sick, irrespective of genetics.

Mark Thomas, an evolutionary geneticist at University College London, points out that in modern-day Turkey, where the mutation seems to have arisen, the warm climate causes fresh milk to rapidly change its composition. “If you milk a cow in the morning,” he says, “by lunchtime it’s yogurt.”

Yogurt has plenty of benefits to confer, among them large testicles, swagger, and glossy fur—at least if you’re a mouse—but most salient to our ancestors was that the fermentation process that transforms milk into yogurt consumes lactose, which is a sugar. This is why many lactose-intolerant people can eat yogurt without difficulty. As milk ascends what Thomas calls the “fermentation ladder,” which begins with yogurt and culminates with virtually lactose-free hard cheeses, ever more lactose is fermented out. “If you’re at a party and someone says, ‘Oh, I can’t eat that—I’m lactose intolerant,’ ” he says, “you can tell them to shut up and eat the Parmigiano.”

Analysis of potsherds from Eurasia and parts of Africa have shown that humans were fermenting the lactose out of dairy for thousands of years before lactose tolerance was widespread. Here is the heart of the mystery: If we could consume dairy by simply letting it sit around for a few hours or days, it doesn’t appear to make much sense for evolution to have propagated the lactose-tolerance mutation at all, much less as vigorously as it did. Culture had already found a way around our biology. Various ideas are being kicked around to explain why natural selection promoted milk-drinking, but evolutionary biologists are still puzzled.

“I’ve probably worked more on the evolution of lactose tolerance than anyone in the world,” says Thomas. “I can give you a bunch of informed and sensible suggestions about why it’s such an advantage, but we just don’t know. It’s a ridiculously high selection differential, just insane, for the last several thousand years.”

A “high selection differential” is something of a Darwinian euphemism. It means that those who couldn’t drink milk were apt to die before they could reproduce. At best they were having fewer, sicklier children. That kind of life-or-death selection differential seems necessary to explain the speed with which the mutation swept across Eurasia and spread even faster in Africa. The unfit must have been taking their lactose-intolerant genomes to the grave.

Milk, by itself, somehow saved lives. This is odd, because milk is just food, just one source of nutrients and calories among many others. It’s not medicine. But there was a time in human history when our diet and environment conspired to create conditions that mimicked those of a disease epidemic. Milk, in such circumstances, may well have performed the function of a life-saving drug.

There are no written records from the period when humans invented agriculture, but if there were, they would tell a tale of woe. Agriculture, in Jared Diamond’s phrase, was the “perhaps even acne are direct results of the switch to agriculture.

Meanwhile, agriculture’s alter ego, civilization, was forcing people for the first time to live in cities, which were perfect environments for the rapid spread of infectious disease. No one living through these tribulations would have had any idea that things had ever been, or could be, different. Pestilence was the water we swam in for millennia.

It was in these horrendous conditions that the lactose tolerance mutation took hold. Reconstructed migration patterns make it clear that the wave of lactose tolerance that washed over Eurasia was carried by later generations of farmers who were healthier than their milk-abstaining neighbors. Everywhere that agriculture and civilization went, lactose tolerance came along. Agriculture-plus-dairying became the backbone of Western civilization.

But it’s hard to know with any kind of certainty why milk was so beneficial. It may have been the case that milk provided nutrients that weren’t present in the first wave of domesticated crops. An early, probably incorrect, hypothesis sought to link lactose tolerance to vitamin D and calcium deficiencies. The lactose-intolerant MIT geneticist Pardis Sabeti believes that milk boosted women’s fat stores and thus their fertility, contributing directly to Darwinian fitness, though she and others allow that milk’s highest value to subsisting Homo sapiens may have been that it provided fresh drinking water: A stream or pond might look clean yet harbor dangerous pathogens, while the milk coming out of a healthy-looking goat is likely to be healthy, too.

Each of these hypotheses makes rough-and-ready sense, but not even their creators find them totally convincing. “The drinking-water argument works in Africa, but not so much in Europe,” says Thomas. He favors the idea that milk supplemented food supplies. “If your crops failed and you couldn’t drink milk, you were dead,” he says. “But none of the explanations that are out there are sufficient.”

The plot is still fuzzy, but we know a few things: The rise of civilization coincided with a strange twist in our evolutionary history. We became, in the coinage of one paleoanthropologist, “mampires” who feed on the fluids of other animals. Western civilization, which is twinned with agriculture, seems to have required milk to begin functioning. No one can say why. We know much less than we think about why we eat what we do. The puzzle is not merely academic. If we knew more, we might learn something about why our relationship to food can be so strange.

For the time being, the mythical version of the story isn’t so bad. In the Garden, Adam and Eve were gatherers, collecting fruits as they fell from the tree. Cain the farmer and Abel the pastoralist represented two paths into the future: agriculture and civilization versus animal husbandry and nomadism. Cain offered God his cultivated fruits and vegetables, Abel an animal sacrifice that Flavius Josephus tells us was milk. Agriculture, in its earliest form, brought disease, deformation, and death, so God rejected it for the milk from Abel’s flocks. Cain grew enraged and, being your prototypically amoral city-dweller, did his brother in. God cursed Cain with exile, commanding him to wander the earth like the pastoralist brother he’d killed. Cain and agriculture ultimately won the day—humans settled into cities sustained by farms—but only by becoming a little like Abel. And civilization moved forward.


Conclusões

Metabolomics provides a global insight into metabolism by the identification of multiple metabolites involved in biological responses of individuals exposed to different factors such as nutrition. In fish nutrition, metabolomics studies demonstrate the interest of a non-targeted global analysis and could be used for fish authenticity. They not only confirm the impact of plant feedstuffs on muscle fatty acid composition by the overexpression of SFA, MUFA and DUFA but also reveal other mechanisms related to lipid metabolism and transport through choline or glycerol. Moreover, metabolomic studies highlight metabolites such as glucose, lactate and creatine that have been related to impaired energy metabolism similar to the state of energy deficiency in fasted fish. These studies also demonstrate intermediate metabolic disturbances both by TCA cycle intermediates and metabolites such as amino acids that are the entry point to the TCA cycle. However, interpretation of metabolites requires caution because of the numerous metabolic functions in which one metabolite may be involved. The establishment of a specific database dedicated to fish metabolomics would offset this problem.

Specific care should be taken with sample type and sampling methods since they may introduce a bias in the interpretation of the data, especially time-dependent factors such as post-prandial and post-mortem sampling times. Plasma and serum offer the great advantage of being non-invasive, but the complexity of obtaining fish serum should be taken into account.

In the future, it could be interesting to use fluxomic studies to confirm hypotheses generated by metabolomic approaches. Moreover, metabolomics for fish nutrition will probably focus on interactions with host microbiota. Thus, the combination of metagenomics and metabolomics to characterize bacterial populations, metabolites and host metabolites should gain in importance. Attention to feed characterization is another key point to establish a clear link between novel feedstuff and modulated metabolic fish functions. Although several challenges remain, such as the transposition of results from one species to another, metabolomics has begun a promising integration into the research landscape of fish nutrition.


Introdução

Figure 1. Schematic diagram of the em vitro lipolysis apparatus (left) coupled with no local small-angle X-ray scattering (middle) for the determination of self-assembled structures (right) that arise during the digestion of milk and milk substitutes. Liquid crystalline structures were drawn with inspiration from Salentinig et al. and Clulow et al.(14,16)


Assista o vídeo: Sistema digestório dos Mamíferos - Diversidade dos seres Vivos - Biologia (Dezembro 2021).