Fatores Químicos e Físicos que interferem no crescimento microbiano

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Universidade da Região de Joinville – UNIVILLE 
Disciplina: Microbiologia
Professora: Andréa Schneider
Acadêmica: Michele Marcondes
2º Ano
Fatores Químicos e Físicos que interferem no Crescimento Microbiano
1. Complete com o termo correto:
a) Os microrganismos que morrem na presença de oxigênio são denominados anaeróbios obrigatórios.
b) Os microrganismos que sobrevivem melhor no ar, mas podem ser encontrados na sua ausência são denominados anaeróbios facultativos.
c) Os microrganismos que podem viver no meio ácido, como as pilhas de lixiviação para recuperação do cobre, são denominados acidófilos.
d) Os microrganismos que preferem o meio alcalino do intestino são denominados alcalifílicos.
e) Os microrganismos encontrados vivos nos icebergs são denominados psicrófilos.
f) Os organismos que podem viver nas fontes termais são denominados hipertermófilos.
g) A maioria dos microrganismos patógenos é mesófilo, porque eles crescem melhor na temperatura do corpo (~36º C).
h) Quando você gargareja com água salgada, a maioria dos microrganismos é inibida, exceto os estafilococos que são bactérias Gram-Positivas.
i) Quando todas as células em uma cultura estão se dividindo ao mesmo tempo, elas estão em crescimento exponencial.
j) O pH ótimo para o crescimento dos fungos é geralmente menor, entre pH 5 e pH 6, do que a maioria das bactérias.
2. Você foi incumbido de cultivar células de um micro-organismo com as seguintes características: microrganismo quimioheterotrófico, fastidioso, termófilo, halófilo e microaerófilo. Com base nestas informações, descreva todas as condições necessárias para você ter sucesso no seu cultivo.
Os microrganismos das seguintes condições:
Quimioheterotróficos: são organismos que usam compostos orgânicos como fonte de energia e de carbono. 
Fastidioso: organismo que tem exigências nutritivas muito complicadas, significando que não crescerá sem presente específico dos fatores ou em circunstâncias específicas. Estes organismos tipicamente crescem e multiplicam muito lentamente em placas de ágar e exigem lotes do suplemento nutritivo e do controle ambiental.
Termófilo: temperatura ótima de crescimento reside entre 45 e 80°C.
Halófilo: um microrganismo que requer NaCl para o seu crescimento.
Microaerófilo: um organismo aeróbio que só pode crescer quando tensões O2 são inferiores àquela presente no ar.
3. Após analisar as reações abaixo, explicar a toxidade do oxigênio para os micro-organismos anaeróbios. (explique mencionando as enzimas envolvidas).
2 (oxigênio)  + e- (elétron) --------> O2-  radical superóxido
2O2- (radical superóxido) +  2H+ ----------> O2  +  H2O2 (peróxido de hidrogênio)
O2-  + H2O2  -------------> O2  + OH-2  + OH  (radicais hidroxila)
Oxigênio molecular (O2) não é tóxico, mas O2 pode ser convertido em subprodutos tóxicos de oxigênio, e são eles que podem danificar ou matar as células que não são capazes de lidar com eles. Estes incluem o ânion superóxido (O2–), o peróxido de hidrogênio (H2O2) e o radical hidroxila (OH). Todos são subprodutos da redução de O2 a H2O na respiração. Flavoproteínas, quinonas e proteínas de ferro-enxofre, transportadores de elétrons encontrados em praticamente todas as células, também catalisam algumas dessas reduções. Assim, independentemente de se ele pode respirar O2, um organismo exposto ao O2 vai experimentar formas tóxicas de oxigênio, e se não forem destruídas, essas moléculas podem causar danos nas células. Por exemplo, o ânion superóxido e OH são fortes agentes oxidantes que podem oxidar macro- moléculas e quaisquer outros compostos orgânicos na célula. Peróxidos, como H2O2, também podem danificar os componentes celulares, mas não são tão tóxicos quanto O2– ou OH. Portanto, um dos principais requisitos para habitar um mundo rico em O2 é manter as moléculas de oxigênio tóxico sob controle.
Para entender como os organismos podem ser danificados pelo oxigênio, é necessária uma breve discussão sobre as formas tóxicas do oxigênio:
O ânion superóxido e H2O2 são as espécies mais comuns de oxigênio tóxico, de modo que enzimas que destroem esses compostos são amplamente disseminadas. 
As enzimas catalase e peroxidase atacam H2O2, originando O2 e H2O. O ânion superóxido é destruído pela enzima superóxido dismutase, uma enzima que produz H2O2 e O2 a partir de duas moléculas de O2– (c).
A superóxido dismutase e a catalase (ou peroxidase) atuam em conjunto, promovendo a conversão de O2– em produtos inofensivos (d).
Aeróbios e aeróbios facultativos normalmente contêm tanto a superóxido dismutase quanto a catalase. A superóxido dismutase é uma enzima essencial para os aeróbios. Alguns anaeróbios aerotolerantes não apresentam superóxido dismutase e usam complexos de manganês livres de proteínas, em vez de efetuar a dismutação de O2– a H2O2 e O2. Esse sistema não é tão eficiente como a superóxido dismutase, mas é suficiente para proteger as células contra danos pelo O2–. Em algumas arqueias e bactérias estritamente anaeróbias, a superóxido dismutase está ausente, e a enzima superóxido redutase funciona para remover o O2– . Em vez da superóxido dismutase, a superóxido redutase reduz O2– a H2O2, sem a produção de O2 (e), evitando, assim, a exposição do organismo ao O2.
4. Por que as células entram na fase estacionária de crescimento?
A fase de crescimento continua sem controle, ocorre a formação de um grande número de células. Por exemplo, uma única bactéria (com peso de 9,5 x 10-13 g por célula) se dividindo a cada 20 minutos por somente 25,5 horas pode, teoricamente, produzir uma população equivalente em peso a de um avião de carga de 80 mil toneladas. Na verdade, isso não ocorre. Eventualmente, a velocidade de reprodução diminui, o número de mortes microbianas é equivalente ao número de células novas, e a população.
A causa da interrupção do crescimento exponencial não é sempre clara. O esgotamento dos nutrientes, o acúmulo de resíduos e mudanças no pH danosas à célula podem ser os motivos.
5. O meio agar nutriente é descrito como um “Meio de cultura básico empregado para a manutenção e cultivo de microrganismos menos fastidiosos ... e para manutenção de microrganismos padrão ou controle. Qual o significado do termo sublinhado?
Micro-organismos foram fáceis de crescer.
6. Observe os itens abaixo:
I. Substâncias denominadas fatores de crescimento, presente em meios ricos, retardam o crescimento microbiano.
II. Os requerimentos para haver o crescimento microbiano são tanto químicos quanto físicos.
III. Em soluções hipertônicas, a maioria dos micro-organismos sofre plasmólise. No entanto, micro-organismos psicrófilos podem tolerar altas concentrações de sal.
IV. Nitrogênio é necessário para síntese de proteínas e ácidos nucleicos. Pode ser obtido da decomposição de NH4+ ou NO3-. Mas a fonte mais disponível e facilmente utilizada por todos os organismos é o N2 atmosférico.
V. Todos os micro-organismos necessitam de elementos traço, fatores de crescimento, micro e macro nutrientes.
assinale a alternativa correta:
Apenas a alternativa I
Apenas a alternativa II
Apenas a alternativa III
Apenas a alternativa IV
Apenas a alternativa V
7. Observe os itens abaixo:
I. Dentre os elementos- traço podemos citar: Cu, Co, Zn, Mg, Mn, Fe, Mo,
II. O nitrogênio é um elemento essencial para formação dos aminoácidos, que são as unidades estruturais das proteínas
III. O fósforo é essencial para síntese dos ácidos nucleicos e ATP.
IV. A água é importante na nutrição dos micro-organismos porque o alimento da maioria dos micro-organismos está insolúvel em água.
V.O carbono é a base estrutural bioquímica. É necessário para toda matéria orgânica para formar a célula viva, por isso é considerado um micronutriente importante.
e assinale a alternativa correta:
As alternativas I,III e V estão corretas
As alternativas II, III e IV
As alternativas III, IV e V
As alternativas I, II e III
As alternativas II e IV
8. Qual a diferençaentre número de células total e número de células viáveis?
As contagens de células podem ser feitas sob o microscópio utilizando câmaras de contagem. As contagens microscópicas medem o número total de células na amostra e são úteis para avaliar o número total de células em um hábitat microbiano. Certos corantes podem ser utilizados para selecionar populações de células específicas em uma amostra.
O número de células viáveis (contagem de placas) mensura somente a população viva presente na amostra, com o pressuposto de que cada colônia origina-se do crescimento e divisão de uma única célula. Dependendo do meio de crescimento e das condições empregadas, as contagens de placas podem ser avaliações bastante precisas ou podem ser muito pouco confiáveis.
9. O que você entende por tempo de geração? Como o tempo de geração se relaciona com a velocidade de crescimento de um cultivo?
O tempo necessário para uma célula se dividir (e a sua população dobrar) é chamado de tempo de geração. Ele varia consideravelmente entre os organismos e com as condições ambientais, como a temperatura. A maioria das bactérias tem um tempo de geração de 1 a 3 horas; outras requerem mais de 24 horas por geração. (O método matemático para calcular os tempos de geração é apresentado no Apêndice B.) Se a fissão binária não é controlada, uma grande quantidade de células será produzida. Se a divisão ocorre a cada 20 minutos, como é o caso da E. coli em condições favoráveis, após 20 gerações, uma única célula inicial poderá ter gerado mais de um milhão de células. Esse aumento ocorrerá em cerca de 7 horas. Em 30 gerações, ou 10 horas, a população poderá ser de um bilhão, tendo atingin- do um número com 21 zeros em 24 horas. É difícil representar graficamente variações de populações tão grandes utilizando números aritméticos. Por esse motivo, as escalas logarítmicas, em geral, são utilizadas para representar graficamente o crescimento bacteriano. A compreensão da representação logarítmica de populações bacterianas requer algum uso da matemática, sendo essencial para todos que estudam a microbiologia.
10. Você inoculou dois tubos com meio líquido contendo 100 células de bactérias e incubou um tubo a 37ºC e outro a 55ºC. Após 48 h, detectou-se 20.000 bactéria/mL no tubo à temperatura de 37ºC e 1.568.000 bactérias no tubo à 55ºC. Você conclui que esta espécie é:
a)      mesófilo
b)      psicrófilo
c)      termófilo
d)      psicrotrófico
QUESTÕES DOS SLIDES
1. Quais os quatro elementos químicos que constituem a maior parte do peso seco de uma célula?
Os elementos essenciais para o peso seco da célula são compostos principalmente por C, O, N e H.
2. Quais as duas classes de macromoléculas que contêm a maior quantidade de nitrogênio em uma célula?
Uma célula bacteriana é composta por cerca de 13% de nitrogênio, presente em proteínas, ácidos nucleicos e vários outros compostos celulares. O volume de nitrogênio disponível é encontrado na natureza na forma de amônia (NH3), nitrato (NO3–) ou em gás nitrogênio (N2). Praticamente todos os procariotos são capazes de utilizar o NH3 como sua fonte de nitrogênio, embora outros possam também utilizar o NO3–, e alguns conseguem ainda utilizar fontes orgânicas de nitrogênio, como os aminoácidos. O N2 só́ consegue ser utilizado como uma fonte de nitrogênio por procariotos fixadores de nitrogênio.
 
3. Diferencie “elementos-traço” e “fatores de crescimento”.
Os microrganismos requerem vários metais para o crescimento, geralmente em pequenas quantidades, e esses fazem parte dos micronutrientes que são necessários; esses micronutrientes são denominados de elementos-traço ou metais-traço. Entre esses, o principal é o ferro, que desempenha um importante papel na respiração celular. O ferro é um componente essencial de citocromos e das proteínas que contêm ferro e enxofre envolvidas nas reações de transporte de elétrons. Além do ferro, vários outros metais são necessários ou metabolizados pelos microrganismos. Os elementos-traço, normalmente, desempenham o papel de cofatores para enzimas. 
Fatores de crescimento são micronutrientes orgânicos. Os fatores de crescimento comuns incluem as vitaminas, porém aminoácidos, purinas, pirimidinas ou diversas outras moléculas orgânicas podem ser fatores de crescimento para um ou outro organismo. As vitaminas correspondem ao fator de crescimento mais comumente requerido, a maioria das vitaminas atuam como coenzimas, que são componentes não protéicos das enzimas.