Fisiologia de fungos

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FISIOLOGIA DE FUNGOS (Profa. Neiva Tinti)
CÉLULA FÚNGICA
São organismos eucarióticos
Possuem núcleo com membrana nuclear
Citoplasma com organelas citoplasmáticas comuns a qualquer organismo eucarioto
Parede celular composta por fibras de quitina (polissacarídeo, insolúvel e córneo formado por unidades de N-acetilglicosamina, semelhante ao exoesqueleto dos insetos)
São organismos heterotróficos por absorção, uni ou pluricelulares e o material de reserva é o glicogênio.
NUTRIÇÃO E METABOLISMO FÚNGICO
Macromoléculas: os polissacarídeos, as proteínas e ácidos nucleicos nos fungos são sintetizados a partir de precursores – elementos simples e/ou obtidos do meio ambiente. São produzidas enzimas extracelulares que degradam macromoléculas a elementos constituintes das mesmas. 
70% H2O (as reações ocorrem em meio aquoso)
Nutrientes: Macronutrientes – 90%
 Micronutrientes – 10%
MACRONUTRIENTES: oxigênio, carbono, hidrogênio, nitrogênio, fósforo, potássio, enxofre, magnésio.
Como são heterotróficos, o carbono está sempre presente na célula fúngica (orgânico);
Oxigênio – obtido na forma orgânica ou inorgânica;
Hidrogênio - obtido na forma orgânica como inorgânica; 
Nitrogênio - obtido na forma orgânica ou inorgânica (nitrato [maioria] ou nitrito – amônia, aminoácidos)
Fósforo e potássio - obtidos na forma orgânica e também na inorgânica (são necessários na síntese de ATP, CTP, GTP e UTP)
Enxofre – Sulfato de magnésio (necessário na síntese de aminoácidos e vitaminas)
Magnésio – Sulfato de magnésio (necessário para ativação de enzimas)
MICRONUTRIENTES: Ferro, cobalto, manganês, selênio, molibdênio, cálcio, zinco, sódio, cobre, níquel, etc. 
Obtidos na forma inorgânica – minerais – são necessárias em quantidades pequenas
ATUAÇÃO DOS MICRONUTRIENTES:
Ferro (Fe): são componentes de proteínas enzimáticas e atuam no metabolismo dos nitritos.
Molibdênio: são cofatores de enzimas e responsáveis no metabolismo dos nitratos.
Cálcio (Ca): são componentes estruturais e responsável pelo aumento do peso seco da massa micelial
Reguladores da síntese de pigmentos como: Manganês (afeta a esporulação) diminuição na pigmentação dos esporos e o Cobre afeta a pigmentação dos esporos. 
Magnésio: ciclo de Krebs e síntese de ácidos nucleicos
EXIGÊNCIA DE VITAMINAS
As vitaminas normalmente estão envolvidas com as enzimas na atividade catalítica (ou seja, na síntese) do metabolismo celular.
As necessidades das mesmas variam entre as espécies havendo algumas que não as requerem, pois são capazes de sintetizá-las.
As principais vitaminas requeridas são: 
Tiamina (B1)
Biotina
Ácido paraminobenzóico (PABA)
e menos frequentemente Piridoxina
Os fungos podem ser classificados como Auxotrópico (quando necessitam de vitaminas) ou Prototrópico (quando não necessitam).
INFLUENCIA DE FATORES AMBIENTAIS NO DESENVOLVIMENTO DOS FUNGOS
Temperatura
- Psicrófilos ou criofílicos: crescem de 0 a 9°C
- Mesófilos: crescem de 10 a 35°C, porém a maioria cresce bem na temperatura ambiente entre 22 e 25°C
- Termófilos: crescem de 40 a 60°C
Dimorfismo em função da temperatura: Algumas espécies de importância na micologia médica apresentam dimorfismo em função da temperatura apresentando formas miceliais entre 22 e 28°C e formas leviduriformes entre 35 e 37°C. Ex: Blastomycetes dermatidis, Paraccocidioides brasiliensis, Candida albicans
pH
- Altamente ácido (3,3 – 4,4)
- Levemente ácido (5,5 – 6,8)
- Neutramente ácido (5,2 – 7,5)
- Neutramente alcalino (6,5 – 7,7)
- Constantemente alcalino (7,6 – 8,4)
Alguns fungos são considerados ácido-tolerantes (pH 2,0) por exemplo, leveduras que crescem em estômago de animais
Os verdadeiros fungos acidofílicos são raros (Acontium velatium cresce em ácido sulfúrico)
Os fungos basofílicos como Fusarium oxysporum e Penicillium variabile crescem em pH 10,0 – 11,0
O pH ótimo para maioria dos fungos: 5,0 – 7,0
Oxigênio
Podem ser anaeróbicos obrigatórios ou anaeróbicos facultativos (leveduras), realizando fermentação. NÃO EXISTEM anaeróbicos obrigatórios.
Efeitos da poluição
BRANCO, 1962 classificou os fungos em quatro classes, de acordo com a sua afinidade com ela:
	- Limabiontes: crescem em ambientes poluídos
	- Limáfilos: ambientes poluídos com tolerância aos mais limpos
	- Limaxenos: ambientes limpos tolerando alguma poluição
	- Limáfobos: exclusivos de ambientes não poluídos
Umidade
- Osmofílicos (60%)
- Xerofílicos (40%)
Atividade de água (Wa)
	Atividade de água
	Substrato
	Fungo encontrado
	1,00
	Água pura
Sangue
Seiva
	Diversos
	0,95
	Pão
	Vários Basidiomycotas
Aspergillus e Penicillium
	0,90
	Presunto
	Fusarium, Micor, Rhizopus
Leveduras ascoporadas
	0,85
	Salame
	Sacharomyces rouxii
	0,80
	Conserva
	Penicillium
	0,75
	Salgados
	Aspergillus
	0,70
	Cereais, doces, frutas secas
	Aspergillus
	0,60
	Chocolate, mel, leite em pó
	Sacharomyces rouxii
	0,55
	
	Proteínas desnaturam
Luz
Afeta a formação das estruturas reprodutivas, os esporos.
- Fungos indiferentes a exposição de luz
- Fungos que tem a esporulação diminuída ou impedida pela luz
- Fungos que dependem da alternância de luz e escuro
- Fungos que produzem esporos viáveis na completa escuridão, mas esporulam mais abundantemente sob a exposição da luz
- Fungos que só esporulam sob o efeito da luz
Ambientes
- Solo: fungos geofílicos
- Água: fungos isolados de ambientes aquáticos
- Ar: fungos anemófilos
Adaptação à vida aquática (fungos zoospóricos): esporos dotados de flagelos, que lhes conferem a capacidade de movimento em busca de substratos passíveis de serem colonizados.
Em geral, os fungos possuem elevada resistência às condições adversas da água, com ampla variação de pH, temperatura, saturação de oxigênio, etc.
Foram isolados os gêneros Penicillium, Cladosporum, Fusarium, Aspergillus, Aureobasidium, Acremonium e Mucor, em locais com alto índice de radiação na Usina Nuclear de Chernobyl, alguns anos após o acidente.
MECANISMO DE ALONGAMENTO E CRESCIMENTO CELULAR
A elongação de uma hifa se dá numa região imediatamente anterior ao ápice da mesma e tem uma conformação frouxa. A produção de enzimas necessárias para a quebra das moléculas do substrato ocorre no ápice das hifas e os produtos resultantes difundem para dentro da mesma
	FUNGOS SE REPRODUZEM PELA PRODUÇÃO DE ESPOROS
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DA GERMINAÇÃO:
Baixa atividade metabólica antes da germinação e respiração reduzida a uma taxa mínima;
No processo de germinação, ocorre aumento do consumo de oxigênio e da absorção de água;
O grau de intrumescência pode ser maior ou menos dependendo da espécie
EFEITO DE TAMANHO DO GRUPO NA CINÉTICA DA GERMINAÇÃO:
São os fatores que envolvem os esporos em grupo:
AUTO-ESTIMULAÇÃO: em algumas espécies, os esporos produzem metabólitos que estimulam os processos envolvidos na emergência do tubo germinativo. Esporos em alta concentração tem alta taxa de germinação e em baixa concentração tem baixa taxa de germinação. 
AUTO-INIBIÇÃO: em algumas espécies, os esporos produzem auto inibidores. Esporos em alta concentração tem baixa taxa de germinação e em baixa concentração tem alta taxa de germinação. 
Os metabólitos estimuladores e inibidores são removíveis pela imersão dos esporos em água
A germinação e as águas de lavagem dos esporos tem efeito inibidor na germinação dos esporos isolados ou em contrações que normalmente germinam
FASES DO CRESCIMENTO DE FUNGOS EM SISTEMA FECHADO (EM MASSA SECA)
FASE LAG: 
O comprimento da fase LAG depende da origem do inóculo e do tipo de nutriente existente no meio de cultura. 
É uma preparação fisiológica para a fase LOG.
Em fungos filamentosos – preparação para a extensão das hifas e leveduras – preparação para divisão celular.
A fase LAG é afetada pelos nutrientes presentes no meio de cultura: baixa concentração de aminoácidos relacionados ao ciclo da ureia e de metabólitostóxicos (ex: ácido glutâmico) estimulam o crescimento e, consequentemente, reduz a fase LAG.
A formação de enzimas adaptativas também afetam a fase LAG, por exemplo, quando a frutose ou manose é usada como única fonte de carbono ocorre um aumento na fase LAG.
FASE LOG:
Fortemente afetada pelo tipo de nutriente disponível
As fontes de carbono e de nitrogênio tem forte efeito
A agitação do meio de cultura aumenta a taxa de crescimento porque promove o encontro entre células e nutriente
FASE ESTACIONÁRIA:
Pode verificar-se a presença de DNA genômico não replicado, aumento de tolerância ao calor, aumento dos carboidratos de estocagem (glicogênio) e a indução de genes específicos
FASE DE DECLÍNIO
Estabelece-se pela exaustão de nutrientes e pelo acúmulo de produtor tóxicos do metabolismo primário
A exaustão da fonte de nitrogênio marca o fim do crescimento linear
 
METABOLISMO PRIMÁRIO E SECUNDÁRIO
METABOLISMO PRIMÁRIO: 
São aqueles de conhecidas funções na estrutura da hifa, no seu metabolismo energético ou na regulação metabólica. 
Compreende todos os processos de manutenção da vida celular. Compostos regulatórios, como por exemplo, os hormônios sexuais em fungos também fazem parte do metabolismo primário. Alguns fungos acumulam metabólitos primários, por exemplo ácido cítrico, ácido fumárico, etanol e ácido lático sob algumas circunstâncias, que são utilizados na industria. 
METABOLISMO SECUNDÁRIO: 					
De distinção polêmica, porque depende do conhecimento da função dos compostos na vida do fungo e sua distribuição na natureza. Os metabólitos secundários não tem normalmente função conhecida e são encontrados em poucas espécies e gêneros. Essa distribuição especializada é chamada de idiossincrásica. 
Muitos compostos desse tipo são de grande interesse na indústria, por exemplo antibióticos como a Penicilina e a Cefalosporina, o ácido Itacônico e a Giberelina, etc.
Outros compostos deste tipo devem ser controlados, por exemplo as micotoxinas como a aflatoxina, a ocratoxina, o zearalenone e a patulina e as fitotoxinas produzidas por alguns fungos fitopatogênicos, como a giberelina e as citocininas.
Os metabólitos secundários têm suas origens como derivado de diferentes intermediários do metabolismo primário e a maioria pode ser classificada de acordo com 05 fontes metabólicas:
De aminoácidos;
Da via do ácido shiquímico na biossíntese de aminoácidos aromáticos;
Da via de biossíntese do AcetilCoA;
Do passo do ácido Mevalônico do AcetilCoA;
De polissacarídeos e peptidopolissacarídeos.
Portanto, existe uma clara interação entre o metabolismo primário e o secundário. 
ANTIBIÓTICOS BETA-LACTÂMICOS
Penicilina e Cefalosporina – produzidos por espécies de Penicillium (ex.: Penicillium chrysogenum) e Cephalosporium (ex.: Cephalosporium acremonium). O substrato precursor para sua síntese são aminoácidos e os passos iniciais são na síntese de valina, cisteína e ácido aminoadípico. Afeta vegetais e animais de sangue quente.
MICOTOXINAS
OBS: Mesmo se retirar o fungo, a toxina persiste. 
PATULINA – Produzida por linhagens de Penicilium urticae, P.patulum e P.griseofulvum. Possui caráter teratogênico, cancerígeno e imunotóxico em camundongos. As maçãs que são utilizadas pela indústria de sucos são aquelas que não atingem o padrão exigido para consumo in natura, o que constitui um fator de risco quanto à contaminação por fungos produtores de patulina. O Brasil não possui legislação que estabeleça níveis permitidos de patulina em alimentos. Mas muitos países tem adotado a recomendação do Codex Alimentarus que indica um nível máximo permitido de 50 µg/L de patulina em suco de maçã e a detecção é feita em cromatografia em camada delgada (TLC)
AFLATOXINA – Produzidas por linhagens de Aspergillus flavus, A.parasiticus, A. oryzae e algumas espécies de Penicillium. A síntese está relacionada ao poliketídeo derivado da via do AcetilCoA, sendo um dos mais potentes agentes cancerígenos conhecidos e que possui efeito acumulativo. 
As aflatoxinas B1 e B2 apresentam fluorescência violeta e as G1 e G2 verde, sob luz ultravioleta em 365 nm. A ocorrência das aflatoxinas é maior no amendoim e em seus derivados (paçocas, pés de moleque, etc). Muitas vezes há demora e chuvas no período de secagem pós-colheita ou também, a semente pode ser infectada diretamente do solo contendo o fungo. Entretanto, sua maior incidência se dá por mau condicionamento nos cilos: quando o amendoim é triturado, ensacado e armazenado com umidade elevada ou quando umedece depois de já estar seco. Além do amendoim, a aflatoxina pode ser encontrada em muitos outros produtos, tais como milho, centeio, cevada e outros cereais, sementes oleaginosas, nozes como pecã e castanha-do-pará, produtos curados, etc e todos os derivados desses produtos. A presença desta toxina nos alimentos é tolerada até o nível de 20 ppb (em alimentos) e 0,5 ppb (no leite) e a detecção é feita em meio ágar-coco sob luz UV ou em placa cromatográfica (TLC) sob luz UV.
OCRATOXINAS – Produzidas por Aspergillus ochraceus, A. alliaceus e outros, atingem cereais e leguminosas, principalmente frutas e grãos de café. Promove acumulação de gordura no fígado e sérios danos renais, principalmente em suínos e cachorros sendo, também, a provável causa da Nefropatia Endêmica dos Bálcãs em humanos. Os efeitos são retardo da maturação sexual em galinhas e diminuição da produção de ovos. Níveis tolerados: abaixo de 200 ppb para suínos.
FUMONISINAS – Produzidas por fungos do gênero Fusarium, como F. verticillioides, F. proliferatum e outros. Tem sido responsabilizadas pela incidência de leucoencefalomalácia em equinos (LEME), edema pulmonar em suínos e são relacionadas com casos de câncer do esôfago em humanos. Em ruminantes, os órgãos-alvo são o fígado e os rins. Níveis tolerados: abaixo de 5 ppm para equinos.
OUTRAS MICOTOXINAS
TRICOTECENOS – Produzidos por fungos do gênero Fusarium e podem causar inúmeros problemas ao homem e aos outros animais. Um trabalho de pesquisa de 2004 relatou a presença de tricotecenos em cerveja. 
ZEARALENONA – Produzida por Fusarium graminearum, atua principalmente em milhos, ma não só nelas, e causa hiperestrogenismo, aborto, natimortos, falso cio, prolapso retal e vaginal, infertilidade, efeminização dos machos com desenvolvimento 
das mamas (atua como hormônio feminino), etc. Níveis tolerados: abaixo de 3 ppm para suínos. 
ESPORIDESMINA – Produzida pelo fungo Pithomyces chartarum em folhas de branquiárias. Causa inflamação aguda dos ductos biliares, o que impede a excreção da filoeritrina (metabólito da clorofila) pela bilis, sendo responsáveis pela eczema facial e fotossensibilidade de bovinos e ovinos. 
OUTRAS OBSERVAÇÕES:
Muitos fungos produzem substâncias chamadas de ciclopeptídeos capazes de inibir a síntese de RNA mensageiro nas células animais. A ingestão de um único corpo de frutificação do basidiomiceto Amanita phaloides pode causar a morte de uma pessoa. 
A Claviceps purpurea produz a ergotina e foi dele que se extraiu originalmente o ácido lisérgico ou LSD, substância alucinógena que ficou famosa na década de 70. Cereais contaminados por ergotina causaram, no passado, intoxicações em massa com muitas mortes. Desde o século XVI as parteiras já conheciam uma propriedade farmacêutica da ergotina: se ingerida em pequenas quantidades, acelera as contrações uterinas durante o parto normal.