Nutrição e cultura de micro-organismos

Transcrição

1

2 Nutrição e cultura de micro-organismos As células consistem de água e macromoléculas. A nutrição microbiana corresponde à parte da fisiologia microbiana que envolve o fornecimento de monômeros que as células necessitam para o crescimento. Em conjunto essas substâncias necessárias são denominadas nutrientes.

3 Influência Fatores Químicos Figura 1 Tabela microbiana dos elementos Fonte: Madigan, 2010

4 Nutrição microbiana As necessidades nutritivas dos microorganismos são as mesmas que as de todos os seres vivos, que para renovarem seu protoplasma e exercerem suas atividades, exigem fontes de energia e fontes de material plástico.

5 Nutrição Figura 2 Classificação nutricional dos organismos. Fonte: Tortora, 2000.

6 Nutrição microbiana Os vegetais são fotossintéticos, isto é, obtêm energia da luz solar, e autotróficos, nutrindo-se exclusivamente de substâncias inorgânicas. Os animais são quimiotróficos, obtendo energia às custas de reações químicas e heterotróficos, por exigirem fontes orgânicas de carbono. Entre os micro-organismos, principalmente as bactérias, há uma variedade de tipos intermediários entre os dois tipos.

7 Fatores Químicos Organismos diferentes requerem conjuntos distintos de nutrientes, e nem todos os nutrientes são requeridos nas mesmas quantidades; os macronutrientes são necessários em grandes quantidades, os micronutrientes são necessários em quantidades traço; as células consistem principalmente em H, O, C, N, P e S, mas pelo menos 50 elementos químicos são metabolizados de alguma forma por micro-organismos.

8 Fatores Químicos 0 Macronutrientes Carbono forma o esqueleto das três maiores classes de nutrientes: carboidratos, proteínas e lipídeos; m. heterotróficos: fontes orgânicas carboidratos, aminoácidos, lipídeos, álcoois, entre outros m. autotróficos: CO 2.

9 Fatores Químicos 0 Macronutrientes Nitrogênio, Enxofre e Fosforo Síntese de proteínas N e S; síntese de vitaminas S (tiamina e biotina) síntese de DNA e RNA N e P; síntese de ATP P. O peso seco de uma célula bacteriana é composto de aproximadamente 14% de Nitrogênio e 4% de enxofre e fosforo.

10 Fatores Químicos 0 Elementos Traços elementos minerais: Fe, Cu, Mo e Zn Co-fatores para enzimas; estão normalmente presentes na água. 0 Oxigênio aeróbios estritos; anaeróbios facultativos; anaeróbios estritos; anaeróbios aerotolerantes; microaerófilos.

11 Moléculas Biológicas Importantes Compostos Inorgânicos: moléculas que não possuem carbono. Ex: água, oxigênio, dióxido de carbono, sais, ácidos e bases. Orgânicos: moléculas que contém carbono e hidrogênio. Ex: polissacarídeos, aminoácidos, proteínas, vitaminas e outros.

12 Água É o componente mais abundante de quase todas as células vivas. Média de 65 a 75% de água em todas as células. A carga total da molécula de água é neutra, mas a região do oxigênio da molécula tem uma carga levemente negativa, e a região do hidrogênio tem uma carga levemente positiva. Molécula polar

13 Água nas células Massa de uma bactéria: 9,50 x g; Conteúdo aquoso: 6,70 x g; Massa seca de uma bactéria: 2,84 x g. 70%

14 Carboidratos São poliidroxialdeídos ou poliidroxicetonas ou substâncias que liberam tais compostos por hidrólise. Carboidratos significa hidratos de carbono, fórmula geral (CH2O)n. Figura 15 Tipos de carboidratos Fonte:

15 Figura 16: Representação das estruturas químicas da D-glicose e D-frutose. Fonte: Francisco Jr., 2008.

16 Carboidratos A oxidação dos carboidratos é o principal meio de abastecimento energético da maioria das células não fotossintéticas. Além do suprimento energético, os carboidratos atuam como elementos estruturais da parede celular e também é um bloco construtivo do ácido desoxirribonucléico (DNA). Podem ser divididos em três classes principais: monossacarídeos, dissacarídeos (oligossacarídeos) e polissacarídeos.

17 Monossacarídeos São açúcares simples, formados por três a sete átomos de carbono. Ex. desoxiribose (DNA), glicose. Dissacarídeos São formados por dois monossacarídeos Ex. sacarose (glicose + frutose) e lactose (glicose + galactose) Polissacarídeos São formados por oito ou mais monossacarídeos. Ex. Celulose, xantana, amido e outros.

18 Lipídeos São constituídos principalmente de átomos de hidrogênio e carbono, com menor quantidade de outros elementos como o oxigênio, nitrogênio e fosforo. A função primária dos lipídeos é a formação das membranas plasmáticas que recobrem as células. Existem três categorias principais : triglicerídeos, fosfolipídios e esteróis.

19 Lipídeos Uma molécula de gordura é formada quando uma molécula de glicerol se combina com uma a três moléculas de ácidos graxos, para formar um monoglicerídeo, diglicerídeo ou triglicerídeo. Figura 17 Fórmulas estruturais dos lipídeos. Fonte: Tortora, 2000.

20 Triglicerídeos (gorduras) Contém um álcool denominado glicerol e um grupo de compostos conhecidos como ácidos graxos. Figura 18 Estrutura Triglicerídeos Fonte: Tortora, 2000.

21 Fosfolipídios São lipídeos complexos compostos de glicerol, dois ácidos graxos e, em lugar de um terceiro ácido graxo, um grupo fosfato ligado a um grupo orgânico. Figura 19 Estrutura e orientação dos fosfolipídios Fonte: Tortora, 2000.

22 Esteróis Consistem principalmente em vários anéis de átomos de carbono ligados entre si. Uma molécula de esterol é altamente apolar. O composto colesterol, componente normal de algumas membranas, é um membro desse grupo de lipídeos. Figura 20 Colesterol, um esteróide Fonte: Tortora, 2000.

23 Proteínas São compostas de muitas moléculas de aminoácidos ligadas entre si, formando uma cadeia. moléculas orgânicas que contêm carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Algumas também contêm enxofre. Figura 21 - Proteínas Fonte :

24 Proteínas Todos os aminoácidos consistem em quatro grupamentos químicos ligados ao átomo de carbono: (1) um grupo amino(-nh2 ), (2) um grupo carboxila (-COOH), (3) um átomo de hidrogênio e (4) um grupo R, que varia em cada aminoácido. Figura 22 Estrutura de um aminoácido Fonte: Tortora, 2000.

25 Proteínas Em termos de peso, as proteínas ultrapassam os lipídeos e os carboidratos na célula. Em termos de função elas apresentam múltiplas aplicações: algumas podem ser enzimas (agentes catalíticos que controlam os processos bioquímicos), outras podem fazer parte da estrutura da célula, como o flagelo, ou podem controlar o transporte de nutrientes através da membrana.

26 Ácidos Nucléicos Substâncias químicas que carregam a informação genética das células. O DNA e outra substância chamada ácido ribonucleico (RNA) são designados em conjunto como ácidos nucléicos. O DNA é a substância que contém a informação hereditária da célula, enquanto o RNA está usualmente envolvido em decifrar a informação do DNA e carregar sua instrução O ácidos nucléicos (DNA e RNA) são compostos por moléculas denominadas NUCLEOTÍDEOS.

27 Ácidos Nucléicos Cada nucleotídeo é constituído por três partes: (1) Uma base nitrogenada, (2) uma molécula de pentose (desoxirribose) e (3) um grupo fosfato. Figura 23 Estrutura do DNA Fonte: Tortora, 2000.

28 Trifosfato de Adenosina (ATP) É a principal molécula transportadora de energia de todas as células; O ATP consiste de uma unidade de adenosina, composta de adenina e ribose, com três grupos fosfatos. Figura 24 Estrutura do ATP Fonte: Tortora, 2000.

29 Trifosfato de Adenosina (ATP) Armazena a energia química liberada por algumas reações químicas, e fornece energia para reações que requerem energia. ATP + H 2 O ADP + P + ENERGIA A energia requerida para unir o grupo fosfato terminal ao ADP é fornecida pelas várias reações de decomposição da célula, principalmente pela decomposição da glicose.

30 Fatores Físicos 0 Temperatura Psicrófilos crescem em baixas temperaturas (-10 a 15 C); Mesófilos crescem em temperaturas moderadas (10 a 50 C); Termófilos crescem em altas temperaturas (40 a 70 C); Termófilos extremos - temperaturas (68 a 100 C) 0 ph 6,5 e 7,5; 1,0 (minas de carvão) 5,0 (fungos); 9,0

31 Fatores Físicos 0 Pressão Osmótica Quando as bactérias são transferidas para meios de concentração de soluto mais elevada que a do seu soluto interno, elas sofrem o fenómeno de plasmólise (perda de água). Algumas bactérias conseguem tolerar concentrações de sal da ordem dos 10% (halófilas facultativas); outras crescem em meios com concentrações de sal de 15 a 20% (halófilas extremas).

32 Meios de Cultura Meio de Cultura Material nutriente preparado no laboratório que permite o cultivo dos micro-organismos fora do seu meio natural. Meio Sintético ou Definido Meios cuja composição química é qualitativa e quantitativamente conhecida

33 Exemplo Meio Definido NH 4 Cl, 1,0g; K 2 HPO 4, 1,0g; MgSO 4.7H 2 O, 0,2g; FeSO 4.7H 2 O, 0,01g; CaCl 2, 0,02g; MnCl 2.4H 2 O, 0,002g; NaMoO 4.2H 2 O, 0,001g; água q.s.p., 1L Não contém fonte de carbono, nem fonte de energia. Meio planejado para cultura de germes fotolitotróficos: só contem material inorgânico, a fonte de carbono é o CO 2 (proveniente do ar) e a fonte de energia é a luz solar.

34 Meio Complexo Meio com composição química não conhecida (extrato de levedura, de carne ou de plantas). CALDO NUTRIENTE Componentes Peptona de carne Extrato de carne Sacarose NaCl Quantidades (L) 5,0 g 3,0 g 20,0 g 30,0 g ÁGAR NUTRIENTE + Ágar

35 Meios de Cultura Meios Redutores meios com reagentes, como o tioglicolato de sódio, que é capaz de se combinar com o oxigênio dissolvido, eliminando este do meio de cultura. Figura 25 Jarra para cultura bacteriana anaeróbicas em placa de Petri Fonte: Tortora, 2000.

36 Meios de Cultura MEIO SELETIVO favorece o crescimento de uma determinada bactéria de interesse, impedindo o crescimento de outras bactérias. ex: ágar sabouraud dextrose, ph 5,6, é utilizado no crescimento de fungos que são favorecidos, em relação as bactérias, pelo baixo ph. MEIO DIFERENCIAL facilita a identificação de um determinado organismo. ex: meio ágar-sangue, utilizado para a identificação de bactérias capazes de destruir células sanguíneas (anel claro em torno da colônia). MEIO DE ENRIQUECIMENTO favorece o desenvolvimento de uma população bacteriana que esta em desvantagem entre outras populações.

37 Conservação dos micro-organismos Meio de manutenção; Meio de Inóculo; Meio de produção.

38 Meios da prática Agar Nutritivo (AN) - Bactérias Componentes Quantidades (L) Peptona de carne 5,0 g Extrato de carne 3,0 g Agar 20,0 Água destilada 1000mL ph = 6,8-7,0

39 Meios da prática Czapeck (CZ) - Fungos Componentes Quantidades (L) NaNO 3 3,0g K 2 HPO 4 1,0g MgSO 4 0,5g KCl 0,5g FeSO 4 0,01g Sacarose 30,0g Agar 20,0g Água destilada 1000mL ph = 6,6

40 Meios da prática Caldo Glicosado (CG) Bactérias e Leveduras Componentes Quantidades (L) Extrato de carne 3,0g Peptona 5,0g Glicose 10,0g Água destilada 1000mL ph = 6,8-7,0

41 Meios da prática Glicose Agar (GA) - Bactérias e Leveduras Componentes Quantidades (L) Extrato de carne 3,0g Peptona 5,0g Glicose 10,0g Agar 20,0g Água destilada 1000mL ph = 6,8-7,0

42