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Crescimento microbiano As principais reações de síntese celular correspondem a reações de polimerização, processos pelos quais polímeros (macromoléculas) são originados a partir de monômeros. Fissão binária Processo pelo qual o crescimento de uma célula individual ocorre até que esta se divida, originando duas novas células; a partição de uma célula , referida como septo, é resultante do crescimento da membrana citoplasmática e da parede celular para o interior da célula, em direções opostas, até a individualização das células filha. Proteínas Fts e o plano de divisão celular (pág 129) As proteínas Fts ( filamentoso termossensível) são aquelas essenciais à divisão celular em procariotos. FtsZ, a proteína mais importante desse grupo apresenta também similaridades estruturais com a tubulina (importante na divisão de eucariontes), elas interagem e formam um aparelho de divisão na célula denominado divisomo. A formação do divisomo é iniciada pela ligação das moléculas de FtsZ, originando um anel ao redor do cilindro celular, localizado na região central da célula, as moléculas de FtsZ vão se polimerizar, dando origem a um anel intacto que passa a atrair outras proteínas Fts. A replicação do DNA ocorre antes da deposição do anel FtsZ. O término da síntese de DNA parece ser o sinal para a formação do anel FtsZ, situado no espaço entre os nucleóides duplicados. FtsZ apresenta atividade enzimática, hidrolisando guanosina trifosfato (GTP) e gerando energia; acredita-se que essa anergia promova a polimerização e despolimerização do anel FtsZ. Morfologia Celular e Actina em procariotos (pág 130) Procariotos possuem proteínas específicas que definem a forma celular. A proteína de maior importância na morfologia de uma célula denomina-se MreB; ela forma um citoesqueleto do tipo actina em espécies de Bacteria e, provavelmente, também de Archaea. MreB dá origem a faixas filamentosas espiraladas, localizadas internamente à célula e imediatamente abaixo da membrana citoplasmática. Bactérias em forma de coco são desprovidas de MreB e do gene que a codifica. OBS: Presença de FtsZ e MreB indica que as células procarióticas possuem proteínas estruturalmente similares à tubulina e actina, respectivamente. Síntese de peptideoglicano e divisão celular (pág 130) Antes da divisão celular acontecer, os compostos da parede celular devem ser sintetizados. os novos materiais devem ser adicionados a parede preexistentes, sem que perca integridade estrutural. Autolisinas criam pequenas aberturas na parede, na região do anel FtsZ e os nossos componentes da parede são adicionados através dessa abertura. Biossíntese de peptídeoglicano (pág 131) A síntese do novo peptídeoglicano envolve clivagem controlada do preexistente por autolisinas e a inserção dos precursores desse polímero. O bactoprenol, importante lipídeo usado como molécula carreadora, transporta os blocos de peptideoglicano através da membrana, tornando- os hidrofóbicos e permitindo sua passagem pelo interior da membrana citoplasmática. Ao atingir o periplasma, o bactoprenol interage com as enzimas responsáveis pela inserção dos precursores de crescimento da parede celular e pela catálise da formação de uma ligação glicosídica. Transpeptidação: o alvo da penicilina (pág 131) Etapa final da síntese da parede celular é um processo conhecido como transpeptidação, onde ocorre formação das ligações peptídicas cruzadas entre os resíduos de ácido murâmico de cadeias adjacentes de glicano. A transpeptidação corresponde à reação inibida pelo antibiótico penicilina. Proteínas, como a Fts, foram identificadas no periplasma de gram-negativas; quando a penicilina se liga a tais proteínas, estas perdem sua atividade catalítica, deixando de participar da síntese da nova parede celular. A ação contínua das autolisinas enfraquece a estrutura da parede, podendo provocar a lise celular. Crescimento populacional Taxa de crescimento =corresponde à variação do número de celular ou da massa celular por unidade de tempo Geração =Intervalo em que uma célula origina duas novas Tempo de geração =Tempo necessário para que uma célula origine duas novas, também conhecido como tempo de duplicação. Crescimento exponencial (pág 132) Padrão de aumento populacional, em que o número de células é duplicado a cada período de tempo. O crescimento exponencial caracteriza-se por apresentar incialmente uma taxa lenta de aumento do número de células que, posteriormente, é acelerada. O ciclo do crescimento (pág 134) Fase lag Ocorre quando uma população microbiana é inoculada em um meio de cultura onde o crescimento não se inicia de imediato. Se uma cultura já em crescimento exponencial for inoculada em um mesmo meio, sob as mesmas condições, a fase lag não ocorre. Se um inóculo em fase estacionária for transferido para o mesmo meio de cultura, haverá uma fase lag, mesmo que todas as células do inóculo sejam viáveis. A fase lag tambem pode ser observada quando o inóculo sobre algum tipo de dano, mas ainda estão vivas, pois as células precisarão de algum tempo para recuperar os danos sofridos. Quando uma cultura de meio rico é transferida para uma cultura de meio pobre, observa-se uma fase lag, nesse caso as células precisam sintetizar enzimas necessárias à biossíntese de metabólitos essências não fornecidos pelo meio, Fase exponencial A fase exponencial é a consequência da divisão celular, onde uma célula se divide em duas novas e assim por diante; células em crescimento exponencial geralmente se encontram nas condições mais saudáveis. Em geral, microrganismos procariontes crescem mais rapidamente que os eucariontes, sendo que os organismos eucariontes menores crescem mais rápido que os maiores. Fase estacionária (pág 135) A população microbiana não cresce indefinidamente, isso pode se dever a alguns fatores limitantes de crescimento como: consumo de nutrientes essenciais presentes no meio de cultura; presença de algum produto de excreção que atinge uma concentração inibitória e promove a interrupção do crescimento exponencial. Medidas diretas do crescimento microbiano O crescimento populacional pode ser analisado pelas variações referentes ao número de células, peso de algum componente celular ou peso seco total das próprias células. Contagem de células totais (pág 135) Podem ser realizados dois tipos de contagem microscópica direta: a partir de amostras secas em lâmina ou a partir de amostras liquidas (como na figura abaixo). Contagem de viáveis (pág 136) Uma célula viável é definida como aquela capaz de se duplicar. A contagem de viáveis normalmente é realizada pela determinação do número de células capazes de formar colônias em um meio sólido adequado. A metodologia usada é denominada contagem em placa ou contagem de colônias. Podendo ser realizada de duas maneiras: • Semeadura por espalhamento: um pequeno volume da cultura previamente diluída, não ultrapassa 0,1mL, é espalhada na superfície de um meio sólido com o auxílio de uma alça estéril. A placa é incubada até que haja o surgimento das colônias, que são contadas. • Semeadura em profundidade: um volume conhecido da cultura é pipetado em uma placa de Petri estéril, á qual se adiciona o meio de cultura ainda fundido, promovendo-se sua homogeneização com a amostra. Diluição das suspensões celulares antes do plaqueamento (pág 136) É importante que nos métodos de semeadura o número de colônias formadas não seja muito grande, pois em placas muito populosas, algumas células podem não formar colônias ou estas podem fundir-se, levando a erros de contagem. O número também não pode ser muito pequeno pois poderá comprometer a significância estatística da contagem. Normalmente o número de colônias em uma placa deveestar entre 30 e 300. Erros na contagem (pág 137) Se o período de incubação for pequeno as células depositadas no meio sólido não originarão colônias a uma mesma velocidade, gerando um número abaixo do real. OBS: a contagem de viáveis é frequentemente expressa em termos de unidades formadoras de colônia, obtidas em vez de número de células viáveis (uma unidade formadora de colônias pode conter uma ou mais células). Medidas indiretas do crescimento microbiano: turbidez (pág 138) Uma suspensão celular tem aspecto turvo porque as células dispersam a luz que atravessa a suspensão. Quanto maior o número de células presentes, maior a quantidade de luz dispersa, portanto mais turva a suspensão. A turbidez pode ser medida com o auxílio de um fotômetro ou de um espectrofotômetro. Cultura contínua: o quimiostato (pág 138) O quimiostato é um dos equipamentos mais usados para obtenção de culturas contínuas; controla a densidade populacional e a taxa de crescimento da cultura. Dois fatores são importantes no controle de um quimiostato: a taxa de diluição e a concentração de um nutriente limitante. A taxa e a eficiência de crescimento podem ser controladas de como independente em um quimiostato, pelo ajuste da taxa de diluição e pela variação da concentração limitantes, respectivamente. Usos experimentais de um quimiostato (pág 140) Uma vantagem prática do quimiostato é o fato de a população poder ser mantida na fase exponencial de crescimento por longos períodos; uma vez que células em fase exponencial são desejáveis em experimentos fisiológicos, a utilização do quimiostato permite a obtenção desse tipo de célula a qualquer momento. Efeitos ambientais no Crescimento microbiano Temperaturas cardeais (pág 141) Cada organismo apresenta uma temperatura mínima (abaixo da qual é incapaz de crescer), ótima (em que o crescimento ocorre rapidamente) e uma temperatura máxima (acima da qual o crescimento torna-se impossível). A essas três temperaturas damos o nome de temperaturas cardeais, geralmente características de cada tipo de organismo. Classes térmicas de organismos (pág 142) Refere-se a temperaturas ótimas de crescimento: Psicrófilos =om ótimo situado em baixas temperaturas Mesófilos =com ótimo em temperaturas medianas Termófilos = com ótimo em altas temperaturas Hipertermófilos =com ótimo correspondendo a T muito elevadas. Microrganismos psicrófilos e psicrotolerantes (pág 143) Os psicrófilos correspondem a um grupo de organismos cuja T ótima de crescimento situa-se de 15oC ou inferior, temperatura máxima situada abaixo de 20oC e mínima de 0oC. Os psicrotolerantes são capazes de crescer a 0oC, mas com ótimo entre 20oC e 40oC. Crescimento microbiano em altas temperaturas (pág 145) A vida microbiana acontece muito facilmente em ambientes de altas temperaturas, inclusive em água fervente, acima de 650C, apenas as formas de vida procarióticas sobrevivem, mas mesmo nessa T, uma enorme diversidade de bactéria e Archea é encontrada. Crescimento microbiano em pH baixo ou alto (pág 147) A maioria dos ambientes naturais apresenta valores de pH variando entre 5 e 9, sendo os organismos cuja faixa de pH corresponde a esses valores os maus comuns. Apenas algumas espécies são capazes de crescer em pHs inferiores a 2 ou superiores a 10. Organismos que crescem em pHs baixos são considerados extremófilos, sendo denominados acidófilos; os fungos tendem a ser mais tolerantes que as bactérias. Existem bactérias que são acidófilas obrigatórias, porem o grande problema desse tipo de organismo é que se levado a um pH próximo a neutralidade, a membrana citoplasmática se dissolve e as células morrem em decorrência de sua lise, sugerindo que altas concentrações de íons hidrogênio são necessárias à estabilidade. pH intracelular (pág 148) Embora alguns microrganismos necessitem de valores de pH específicos para seu crescimento, o pH ótimo representa apenas o meio externo, o pH intracelular deve permanecer próximo a neutralidade, evitando a destruição de macromoléculas sensíveis aos ácidos ou bases. Efeitos osmóticos no crescimento microbiano Atividade de água, osmose e halófilos(pág 148) A atividade de água (aw) corresponde à razão entre a pressão de vapor do ar em equilíbrio com uma substancia ou solução em relação à pressão de valor da água pura. No processo de osmose, a água se difunde a partir de uma região onde está em alta concentração (baixa concentração de soluto) para uma região de menos concentração (maior concentração de soluto). Na maioria dos casos, o citoplasma apresenta concentrações de soluto superiores às do meio externo, um estado chamado equilíbrio aquoso positivo, com a água tendendo a entrar na célula. Organismos halotolerantes suportam certo grau de redução na aw ambiental. Solutos compatíveis (pág 149) Quando um organismo cresce em um meio com baixa aw , esta pode ser obtida do meio ambiente ou pelo aumento da concentração de solutos internos. O soluto utilizado no interior da célula, para o ajuste da atividade de água citoplasmática, não deve ser inibitório aos processos químicos intracelulares, tais compostos são denominados solutos compatíveis. Oxigênio e crescimento microbiano (pág151) • Aeróbios: capazes de crescer em grandes tensões de oxigênio • Microaerófilos: são aeróbios que utilizam o O2 apenas quando este se encontra em níveis inferiores ao do ar, devido a sua capacidade limitada de respirar. • Aeróbio facultativo: podem crescer tanto na presença quanto na ausência de oxigênio. • Anaeróbios: não são capazes de respirar oxigênio. • Anaeróbios aerotolerantes: toleram e crescem na presença de O2 embora sem utilizá-lo. • Anaeróbios obrigatórios: são inibidos ou mortos na presença de O2. Formas tóxicas do oxigênio (pág 152) O oxigênio é um poderoso oxidante e um excelente aceptor de elétrons durante a respiração. Em seu estado normal, o O2 é referido oxigênio tripleto(3O2). Uma das principais formas tóxicas é denominada oxigênio singleto (1O2); outras formas tóxicas incluem o ânion superóxido (O2-) o peróxido de hidrogênio (H2O22) e o radical hidroxil (OH). Enzimas que destroem o oxigênio tóxico (pág 153)
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