Nutriçao e crescimento

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Nutrição e Crescimento 
Microbiano 
Prof. Lorena da S. Derengowski 
Introdução	
  
Quais são as principais macromoléculas que compõe as estruturas celulares? 
Água 
Proteínas 
Ácidos nucléicos 
Lipídeos 
Carboidratos 
Introdução	
   Nutrição Microbiana 
Macromolécula Monômero 
Proteínas Aminoácidos 
Ácidos Nucléicos Nucleotídeos 
Carboidratos Monossacarídeos 
Lipídeos Ácidos graxos 
Quais elementos químicos estão combinados para formar 
essas macromoléculas? 
Introdução	
   Nutrição Microbiana 
Proteína 
Introdução	
  
Ácidos nucléicos 
Elementos químicos principais para o crescimento das células: 
C, N, H, O, S e P 
 MACROnutrientes: necessários em grande quantidade. 
Tem papel importante na estrutura e metabolismo. 
 MICROnutrientes: quantidades mínimas. 
Funções enzimáticas e estruturais das biomoléculas 
Nutrição Microbiana 
Carbono 
•  Constitui cerca de 50% do peso seco de uma célula. 
•  Maioria dos microrganismos utilizam compostos orgânicos 
como fonte de carbono = Heterotróficos 
•  Microrganismos que utilizam dióxido de carbono (CO2) 
como fonte de carbono = Autotróficos 
Macronutrientes 
Nitrogênio 
-  Elemento mais abundante depois do C, cerca de 12% (peso seco) 
-  Constituinte das proteínas, ácidos nucléicos, etc. 
 ► Moléculas orgânicas (aminoácidos, proteínas, etc.) 
 ► Moléculas inorgânicas 
-  Amônia: NH3 
-  Nitrato: NO3- 
-  Nitrogênio gasoso: N2 
Macronutrientes 
Hidrogênio 
-  Principal elemento dos compostos orgânicos e de diversos inorgânicos 
(água, sais) 
•  Função do H: 
–  Manutenção do pH 
–  Formação de ligações de H entre moléculas 
Oxigênio 
 - Elemento comum encontrado nas moléculas biológicas 
► Na forma de oxigênio molecular (O2), é requerido por muitos 
microrganismos para os processos de geração de energia = Aeróbios 
Macronutrientes 
•  P – Sínese de ácidos nucléicos, fosfolipídios, ATP; 
•  S – Estrutura de aminoácidos, componente de vitaminas; 
•  K – Atividade de enzimas; 
•  Mg – Estabilidade dos ribossomos e ácidos nucléicos; cofator 
enzimático 
•  Ca – Estabilidade da parede celular e termoestabilidade de 
endósporos; 
•  Na – Requerido por microrganismos marinhos; 
•  Fe – Papel-chave na respiração, componente dos citocromos e de 
proteínas envolvidas no transporte de elétrons. 
Outros macronutrientes: 
Macronutrientes 
•  Traços dos seguintes METAIS são necessários para o crescimento de microrganismos (Elementos 
Traços): 
 Zn, Cu, Cr, Ni, Mn, Co, Mo e B 
► Exercem função estrutural em várias enzimas 
•  Fatores de crescimento: compostos orgânicos necessários em quantidades pequenas devido à 
incapacidade das células os sintetizarem 
 (vitaminas, aminoácidos, purinas e pirimidinas) 
- Necessidade de micronutrientes varia entre os microrganismos 
Micronutrientes 
Processo de nutrição em procariotos: 
► Absorção dos nutrientes a partir do ambiente externo 
•  Gram + = secreção e exoenzimas ⎝clivagem de nutrientes ⎝absorção 
•  Gram - = porinas na membrana externa ⎝enzimas periplasmáticas 
-  Membrana plasmática: 
 permeabilidade seletiva 
-  Mecanismos de transporte: 
 ativo X passivo 
Introdução	
  
•  Microrganismos: versáteis e diversificados quanto suas 
exigências nutricionais. 
- Microrganismos diferentes = tipos e quantidades de nutrientes 
diferentes 
•  De onde a célula obtém nutrientes? 
-  compostos retirados do seu hábitat natural 
Nutrição Microbiana 
•  Para caracterizar suas propriedades (morfológicas, fisiológicas 
e bioquímicas) é necessário o cultivo em laboratório. 
 Cultivo in vitro: quando se conhece as exigências nutricionais 
Nutrição Microbiana 
Soluções nutrientes que permitem o crescimento de microrganismos 
em laboratórios. 
Não existe um meio de cultura universal! 
Para obter sucesso no cultivo de microrganismos é necessário o 
conhecimento de suas exigências nutricionais, para que os 
nutrientes sejam fornecidos de forma e proporção adequada. 
Meios de Cultura 
Tipos de Meios de Cultura quanto à consistência 
-  Líquido 
grandes quantidades de microrganismos 
não permite separação de microrganismos 
-  Sólido 
imobilização das células 
obtenção de colônias isoladas 
-  Semi-sólido 
motilidade 
Meios de Cultura 
Meio Sólido 
-  Gelatina → temperatura de fusão ± 37°C 
-  Ágar → polissacarídeo derivado de algas 
  temperatura de fusão ± 45°C 
  difícil degradação 
- Gellan →	
  polissacarídeo de glucose, ácido glucurônico raminose 
  temperatura de fusão ± 70°C 
  cultivo de termófilos 
Utilização de placas de Petri 
Meios de Cultura 
Teste de motilidade – meio semi-sólido 
Escherichia 
coli 
Esta bactéria 
é altamente 
móvel e 
provocará 
turbidez no 
meio. 
Klebsiella 
pneumoniae 
 Esta bactéria não é 
móvel e formará 
somente uma linha 
de crescimento. 
Meios de Cultura 
Tipos de Meios de Cultura quanto à composição nutricional 
-  Complexo = composição química não definida. 
Ex.: Extrato de carne, extrato de levedura… 
-  Definido = composição química exata é conhecida 
Meios de Cultura 
Meios de Cultura com finalidades especiais: 
-  Seletivo = inibição do crescimento de alguns microrganismos 
Ex.: Ágar MacConkey 
-  Diferencial = diferenciação de tipos microrganismos 
 Ágar sangue Ágar MacConkey 
-  Enriquecido = crescimento de microrganismos fastidiosos 
Lac	
  +	
   Lac	
  -­‐	
  
Meios de Cultura 
Disponibilidade de nutrientes crescimento celular 
Crescimento microbiano 
Crescimento = aumento no número de células 
- O conhecimento de como ocorre o crescimento microbiano permite o 
desenvolvimento de métodos de controle . 
Na maioria dos procariotos ocorre a fissão binária: 
crescimento e divisão 
- Tempo de geração 
Varia	
  de	
  minutos	
  até	
  dias	
  
Depende	
  muito	
  das	
  condições	
  
ambientais	
  
Escherichia	
  Coli	
  -­‐	
  20	
  minutos	
  
Pisolithus	
  microcarpus	
  –	
  2,5	
  dias	
  
Tempo	
  de	
  geração	
  em	
  laboratório	
  
	
   	
  X	
  
Tempo	
  de	
  geração	
  na	
  natureza	
  
Crescimento microbiano 
Crescimento microbiano 
2	
  

	
  
4	
  
8	
  
16	
  
Crescimento = função exponencial 
Crescimento microbiano 
2	
  

	
  
4	
  
8	
  
16	
  
Crescimento = função exponencial 
Crescimento microbiano 
Tempo (h) Número total de células Tempo (h) Número total de células 
0 1 2 16 (24) 
0,5 2 (21) 2,5 32 (25) 
1 4 (22) 3 64 (26) 
1,5 8 (23) 3,5 128 (27) 
Para	
  uma	
  bactéria	
  cujo	
  tempo	
  de	
  geração	
  é	
  de	
  30	
  min	
  temos:	
  
Tratando-se bactérias, algas unicelulares e leveduras que se multiplicam por 
divisão binária, temos uma progressão geométrica de quoeficiente 2: 
20	
  21	
  	
  22	
  	
  	
  23	
  
Logo: 
Onde N = n° microrganismos ao fim de n divisões (número de gerações) 
 N0 é o número inicial 
O tempo de geração (g) de uma bactéria é: 
Onde t = duração do crescimento exponencial 
 n = número de gerações 
Crescimento microbiano 
g	
  =	
  t/n	
  	
  	
  
Crescimento microbiano 
Crescimento	
  em	
  condições	
  ideais	
  
Crescimento	
  em	
  
sistemas	
  fechados	
  
Uma	
  bactéria	
  com	
  
g	
  =	
  20	
  min:	
  
Após	
  48h	
  =	
  peso	
  
4000	
  superior	
  à	
  	
  
Terra	
  
Crescimento microbiano 
Curva típica de crescimento bacteriano 
1) Fase	
  Lag	
  ou	
  de	
  latência	
  
	
   	
  Período	
  de	
  adaptação	
  da	
  cultura•  Depende	
  do	
  histórico	
  do	
  inóculo	
  e	
  das	
  condições	
  do	
  meio	
  
•  Reparação	
  das	
  células	
  com	
  danos.	
  
Crescimento microbiano 
2)	
  Fase	
  Log	
  ou	
  exponencial	
  
	
   	
   	
  Fase	
  onde	
  todas	
  as	
  células	
  estão	
  se	
  dividindo.	
  
•  Velocidades	
  de	
  crescimento	
  são	
  bastante	
  variáveis	
  entre	
  os	
  microrganismos	
  
	
  	
  -­‐	
  ProcarióFcos	
  –	
  crescem	
  mais	
  rapidamente	
  que	
  os	
  eucarióFcos	
  
	
   	
  	
  
Crescimento microbiano 
3)	
  Fase	
  estacionária:	
  	
  
•  Ocorre	
  a	
  limitação	
  por	
  depleção	
  de	
  nutrientes	
  e	
  acúmulo	
  de	
  metabólitos.	
  
	
   	
  Divisão	
  =	
  morte	
  →	
  	
  crescimento	
  líquido	
  nulo	
  
•  Ainda	
  pode	
  ocorrer:	
  metabolismo	
  energé]co	
  e	
  secundário	
  
Crescimento microbiano 
4)	
  Fase	
  de	
  morte	
  (declínio):	
  
•  A	
  manutenção	
  de	
  uma	
  cultura	
  no	
  estado	
  estacionário	
  por	
  longo	
  tempo	
  conduz	
  as	
  células	
  ao	
  
processo	
  de	
  morte.	
  
	
   	
  -­‐	
  A	
  morte	
  celular	
  é	
  acompanhada	
  da	
  lise	
  celular	
  
Crescimento microbiano 
Fatores que influenciam o crescimento 
  Nutrientes	
  
  Temperatura	
  
  pH	
  
  Oxigênio	
  	
  
  Pressão	
  osmó]ca	
  
Temperatura 
-­‐	
  Temperatura	
  mínima	
  
-­‐	
  Temperatura	
  óFma	
  
-­‐	
  Temperatura	
  máxima	
  
As	
  temperaturas	
  cardiais	
  variam	
  	
  
entre	
  os	
  microrganismos!	
  
Como	
  a	
  temperatura	
  afeta	
  o	
  crescimento	
  de	
  microrganismos?	
  
Classificação	
  dos	
  microrganismos	
  quanto	
  à	
  temperatura	
  óFma	
  de	
  crescimento	
  
Psicrófilos:	
  temperatura	
  	
  ó]ma:	
  	
  4	
  a	
  15C;	
  encontrados	
  	
  em	
  	
  oceanos	
  	
  e	
  	
  regiões	
  	
  da	
  	
  Ár]ca.	
  
Maior	
  teor	
  de	
  ácidos	
  graxos	
  insaturados	
  na	
  membrana.	
  
Mesófilos:	
  temperatura	
  	
  ó]ma:	
  	
  25	
  	
  a	
  	
  40C	
  	
  (mais	
  	
  encontrados);	
  	
  	
  corpo	
  	
  de	
  	
  animais	
  	
  
(temperatura	
  	
  da	
  	
  pele);	
  bactérias	
  	
  patogênicas.	
  
Termófilos:	
  temperatura	
  	
  ó]ma:	
  	
  50	
  	
  a	
  	
  60C;	
  ambiente	
  	
  de	
  	
  águas	
  	
  termais.	
  
Hipertermófilos:	
  temperatura	
  ó]ma	
  superior	
  a	
  80C	
  
pH 
pH	
  7	
  =	
  neutro	
  
pH	
  <	
  7	
  =	
  ácido	
  
pH	
  >	
  7	
  =	
  alcalino	
  
Ambientes	
  naturais:	
  pH	
  3	
  a	
  9	
  
Oxigênio 
Os	
  microrganismos	
  variam	
  conforme	
  a	
  necessidade/tolerância	
  de	
  oxigênio,	
  sendo	
  
classificados	
  em:	
  
Grupo Relação com O2 Tipo de 
metabolismo 
Exemplo Habitat 
Aeróbios 
Obrigatórios Exigido Respiração aeróbia Microrocccus pele 
Facultativos Não exigido / 
cresce melhor 
Respiração aeróbia 
Fermentação 
E. coli intestino 
Microaerófilos Exigido em 
pequenos níveis 
Respiraçã aeróbia Spirillum 
volatuns 
Água de 
lagos 
Anaeróbios 
Obrigatórios Nocivo ou letal Respiração anaeróbia 
Fermentação 
Methanobacteri
um 
Lodo de 
esgoto 
Aerotolerantes Não exigido / 
indiferente 
Fermentação Streptococcus 
pyogenes 
Trato 
respirató. 
Meio	
  gelaFnoso	
  (semi-­‐sólido)	
  
Verificação	
  do	
  crescimento	
  conforme	
  disponibilidade	
  de	
  oxigênio	
  
Oxigênio 
a)	
  Aeróbio	
  obrigatório	
  
b)	
  Anaeróbio	
  obrigatório	
  
c)	
  Aeróbio	
  faculta]vo	
  
d)	
  Microaerófilo	
  
e)	
  Aerotolerante	
  
Pressão Osmótica 
Os	
  microrganismos	
  variam	
  conforme	
  a	
  capacidade	
  de	
  sobreviver	
  em	
  diferentes	
  
concentrações	
  de	
  NaCl,	
  sendo	
  classificados	
  em:	
  
Fatores que influenciam o crescimento 
  Nutrientes	
  
  Temperatura	
  
  pH	
  
  Oxigênio	
  	
  
  Pressão	
  osmó]ca	
  
  Fonte	
  luminosa	
  =	
  microrganismos	
  fotossinteFzantes	
  
  Pressão	
  atmosférica	
  =	
  microrganismos	
  que	
  vivem	
  em	
  
profundidades