Fisiologia e Metabolismo Microbiano

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Biodiversidade de microrganismos
Aula 2 – Fisiologia e metabolismo microbiano.
Generalizado – archea, bactéria e eukarya.
Nutrição microbiana:
Composição química da célula:
· Macronutrientes: são necessários em grande quantidade e tem papel importante na estrutura e no metabolismo microbiano.
· C, H, O, N, P, S: essenciais a todos os microrganismos.
· Base para a síntese de novas moléculas, como aa, proteínas e etc.
1. Carbono:
· Um dos nutrientes mais importantes.
2. Água:
· Indispensável para o crescimento microbiano.
· “Atividade de água” – podendo ser baixa ou alta. 
· Micronutrientes: são necessários em quantidades mínimas, agem na atividade enzimática e estrutural das biomoléculas.
· Quantidade pequenas, mas indispensável para o crescimento. 
· Ex: metal como o ferro é importante para a respiração celular.
· Fatores de crescimento: são micronutrientes orgânicos = vitaminas, aminoácidos, purinas e pirimidinas.
· Alguns microrganismos são autótrofos, sendo capazes de sintetizar as suas próprias estruturas celulares a partir do dióxido de carbobo.
Meios de cultura: (condições químicas).
· Meio de cultura é uma solução nutriente utilizada para promover o crescimento de microrganismos.
· Mistura de todos os nutrientes requeridos em um sistema artificial, cuja composição deve atender a necessidade nutricional do micro-organismo.
· Meio de cultura solido: ágar.
· Principal função: analisar característica morfológica e pureza (quantos tipos de microrganismos possui).
· Colônias.
· Placas de petri.
· Meio de cultura liquido: “caldo”.
· Turvação do meio – o que cresce = turvo; o que não cresce = translúcido.
· Diferenciar um meio crescido de um meio não crescido.
· Facilidade em retirar os metabólitos – potencial biotecnológico.
· Meio de cultura em tubo de ensaio.
· Meio de cultura semi-sólido: menor quantidade de ágar.
· Para analisar a motilidade e atmosfera (se é anaeróbico ou aeróbico).
· Movimento – o microrganismo não consegue se movimentar 
diferenciando do meio de cultura.
· Grau nutritivo dos meios de cultura consideram-se:
(Obs: pode ser classificado + de 1)
· Meios nutritivos: grande quantidade de nutrientes, e contém elementos minerais e metabólitos orgânicos.
· Meios enriquecidos: contendo (adicional de) produtos biológicos, portanto aumenta os nutrientes tornando-a mais rica.
· Ex: sangue, soro, bile, vitaminas.
· Sangue é complexo, pois não se sabe ao certo a composição.
· Meios complexos: contém todos os ingredientes necessários para o crescimento de um determinado microrganismo, MAS não se conhecem as quantidades exatas de todos os componentes.
· Meios definidos: aquele em que se sabe a concentração exata dos seus componentes.
· A composição destes meios varia de acordo com os requisitos do organismo que se pretende cultivar.
· Seletivos: usado de acordo com as funções do meio.
· Usado para quando os microbiologistas querem isolar, identificar ou contar os microrganismos, utilizando tais meios específicos:
I. Seletivos: seleciona qual microrganismos deve crescer.
II. Diferenciais ou indicadores: muda a característica afim de indicar algo.
III. Meios de enriquecimento: será favorável à um tipo de microrganismo que se deseja analisar e dependendo do que.
· Impacto da composição correta do meio de cultivo:
· Marcas do meio de cultura influencia.
· Ex: extrato de malte Oxoid X extrato de malte Difco.
Condições físicas para o cultivo dos microrganismos:
1. Temperatura:
· A temperatura na qual uma espécie cresce mais rapidamente é a temperatura ótima de crescimento.
· O valor ótimo corresponde ao valor mais próximo do limite superior da variação de temperatura.
· Faixa de crescimento vs temperatura: todo micro-organismo cresce em uma temperatura ótima, mas em uma temperatura mais baixa (mínima) diz que os micro-organismos estão na fase de dormência portanto eles não se dividem, pois, as reações enzimáticas estão em velocidades menores.
· Então eles se preocupam em se manter vivos do que se reproduzirem. 
· Portanto, à medida que a temperatura aumenta, e o metabolismo vai voltando ao normal eles começam a se reproduzir e multiplicar por estarem em um ambiente oportuno (ideal). Porem essa temperatura que eles conseguem se reproduzirem é muito próxima à temperatura que as proteínas se degradem e o organismo morra. 
· Faixa ótima, mínima e máxima. 
· Psicrófilo: faixa mínima (temperatura mínima) – no ex isso ocorre devido a elevada concentração de ácido graxo insaturado na fluidez da membrana.
· Mesófilo: temperatura corporal – patogênicos ao homem e animais.
· Termófilo: organização tridimensional das proteínas permite a manutenção da estrutura adequada para sua ação em elevadas temperaturas.
· Hipertermófilo: em altas temperaturas.
· Cada grupo possui uma estratégia de adaptação às altas e baixas temperaturas. 
· Ex: a existência da membrana plasmática.
· Archea pode não ter ácidos graxos em sua membrana, pode haver alteração no formato da sua membrana, podendo ser bicamada lipídica ou monocamada lipídica. 
· Pode afetar:
· Taxa de crescimento;
· Tipo de reprodução;
2. Atmosfera gasosa: 
· Gás oxigênio é o maior limitante no crescimento microbiano. 
· Na imagem: a parte vermelha é onde ocorre troca gasosa de CO2 e O2.
· Tubo A: crescimento apenas na faixa de altas concentrações de O2 = aeróbico.
· Tubo B: crescimento na faixa com menos oxigênio = anaeróbicos.
· Tubo C: cresceu igual nas duas regiões = facultativo (preferência por oxigênio, mas também cresce com CO2).
· Tubo D: não resistem a níveis de oxigênio presente na atmosfera 21% = microaerófilos (são organismos que crescem em meios com quantidade de oxigênio inferiores aquelas encontradas no ar). 
· Tubo E: utilizam exclusivamente processos metabólicos anaeróbicos = anaeróbicos aerotolerantes (toleram oxigênio atmosférico por tempo limitado).
· De acordo com a resposta ao oxigênio gasoso, os micro-organismos podem ser classificados em:
· Aeróbicos: requerem O2 para o crescimento. 
· Anaeróbicos: podem ser mortos pela presença de O2.
· Facultativos: podem crescer na presença do ar atmosférico ou também em anaerobiose.
· Microaerófilos: não podem resistir a níveis de O2 presentes na atmosfera (21%), crescem melhor em níveis de 1 a 15%.
· Anaeróbicos aerotolerantes: utilizam exclusivamente processos metabólicos anaeróbicos. 
· Micro-organismos anaeróbicos:
· 
· Slide 20: crescimento de micro-organismos anaeróbicos = método da vela acessa (“microaerofilia”).
· O fogo so existe na presença de oxigenio.
· Quando não há mais o oxigenio não é possivel haver combustao, entao quando se coloca a vela em um ambiente fechado, a vela se apagará ao utilizar todo o oxigenio existente, e a vela se apagará, e entao a bacteria consegue crescer por não utilizar oxigenio no metabolismo.
· Micro-organismos aeróbicos ou facultativos:
· A ação das enzimas superóxido dismutase, catalase e peroxidase eliminam radicais tóxicos do oxigênio que são inevitavelmente gerados em sistemas vivos na presença de O2. A distribuição destas enzimas nas células determinam a capacidade destas células existirem na presença de O2.
· Surgimento dos indivíduos que passaram a utilizar o oxigênio, pois antes a via metabólica deles era para não utilizarem oxigênio por ser toxico antes. 
· Portanto, os micro-organismos que surgiram conseguiram fazer as enzimas na forma de utilizar o oxigênio e fazer com que ele se integrasse na via metabólica. 
· Teste da catalase: a catalase consegue reverter o peroxido de hidrogênio (água oxigenada) em água e oxigênio.
3. pH:
· Cada espécie tem a capacidade de crescer dentro de um intervalo (mínimo, ótimo e máximo) específico de pH.
· Bactérias: pH ótimo entre 5 e 6.
· Fungos: pH ótimo entre 4 e 6.
· Os micro-organismos podem ser classificados de acordo com a faixa de seu pH:
· Neutrófilas: pH se aproxima da neutralidade. 
· Maioria dos microrganismos.
· Acidófilas: faixas de pH extremamente baixos, em torno de 2.
· Ex: bactéria Helicobacter pylori que pode colonizar a parede estomacal.
· Alcalinófilas: ambientes altamente alcalinos.· Poucas espécies conhecidas – Archeas alcalinófilos.
4. Osmolaridade:
· Consiste na concentração de solutos no meio e na disponibilidade de água.
· De acordo com a concentração de solutos no meio.
a) Solução hipertônica: água se move para o exterior da célula, resultando em plasmólise.
b) Solução hipotônica: a água se move para o interior da célula, ocorrendo lise se a parede da célula não for forte o suficiente para suportar.
c) Solução isotônica: sem movimento da água.
· O sal na osmolaridade:
Crescimento microbiano:
= aumento do n° de células.
· Crescimento: aumento do n° total de células devido à reprodução dos organismos individuais na cultura. 
· Mitose: reprodução assexuada.
· Meiose: reprodução sexuada.
· Procariotos: reprodução assexuada ocorre por fissão binária. 
· Tempo de geração = nova célula.
· Tempo de replicação = divisão do DNA.
· Múltiplas forquilhas de replicação.
· Eucariotos: reprodução sexuada ou assexuada. Ex: fungos.
· Sexuada: se difere em muitos aspectos da reprodução sexuada de animais e plantas.
· Assexuada: pode ocorrer por brotamento (leveduras), fragmentação (hifas) e formação de exósporos.
· Taxa de crescimento x tempo de geração – procariotos: 
· Expressão matemática do crescimento: progressão geométrica (p.g) de quociente 2.
1 2 4 8 16 32 ... x
20 21 22 23 24 25 ... 2n
· Calculada por equação exponencial de uma cultura bacteriana, tendo como formula para encontrar o número de gerações:
· N = Número final de células.
· N0= Número inicial.
· Sempre 2n.
· Taxa de crescimento:
· Exemplo1 taxa de crescimento:
· N = 108
· N0 = 5x107
· Tempo de geração: 
· t = duração do crescimento exponencial em tempo (dias, horas ou minutos).
· Exemplo2:
tempo = 2h e n = exemplo1 (anterior).
· Exemplo3: se em um inoculo de 103 células (N0) cresce exponencialmente até 109 (N) células, então:
· Exemplo4: se o crescimento acima exigir 24h, o tempo de geração será:
Contagem de micro-organismos:
· Métodos diretos:
1. Contagem total de células: Microscopia.
· Limitações: impossibilidade de distinção entre células vivas e morta e contagens errôneas.
2. Contagem de células viáveis: diluição seriada e contagem em placa.
(1)
(2)
· Métodos indiretos: 
1. Determinação da massa celular.
· Uso da balança analítica.
2. Determinação da Turbidimetria.
· 
· Vantagens x Desvantagens:
· O crescimento de micro-organismos em um recipiente fechado (batelada) apresenta um ciclo típico com todas as fases de crescimento:
· Fase exponencial e estacionária são as principais fases de interesse biotecnológico.
Curva padrão
1) Intensa atividade de preparação para o crescimento populacional, mas sem aumento da população.
2) Aumento logarítmico ou exponencial da população.
3) Período de equilíbrio: as mortes microbianas são equilibradas pela produção de novas células.
4) A população se reduz em uma taxa logarítmica. 
· Crescimento diáuxico: consiste no crescimento microbiano em um meio quimicamente definido contendo dois açúcares (carboidratos), como a glicose e lactose.
· Ex: crescimento de população de Escherichia coli em meio de cultura com duas fontes de C e energia, glucose e lactose.
· Glicose >>> lactose.