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.
Figura 1 – Tabela microbiana dos elementos Fonte: Madigan, 2010
Nutrição microbiana
As necessidades nutritivas dos micro-organismos 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.
Nutrição
Figura 2 – Classificação nutricional dos organismos. Fonte: Tortora, 2000.
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.
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.
0 Macronutrientes – Carbono
Fatores Químicos
forma o esqueleto das três maiores classes de
nutrientes: carboidratos, proteínas e lipídeos;
m. heterotróficos: fontes orgânicas – carboidratos, aminoácidos, lipídeos, álcoois, entre outros
0 Macronutrientes – Nitrogênio, Enxofre e Fosforo
Fatores Químicos
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.
0 Elementos Traços
Fatores Químicos
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.
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.
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.
Água
Água nas células
Massa de uma bactéria: 9,50 x 10-13 g; Conteúdo aquoso: 6,70 x 10-13 g;
Massa seca de uma bactéria: 2,84 x 10-13 g.
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
Figura 16: Representação das estruturas químicas da D-glicose e D-frutose. Fonte: Francisco Jr., 2008.
A oxidação dos carboidratos é o principal meio de
abastecimento energético da maioria das células não
fotossintéticas.
Carboidratos
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.
Monossacarídeos
São açúcares simples, formados por três a sete átomos de carbono.
Ex. desoxiribose (DNA), glicose.
Polissacarídeos
São formados por dois monossacarídeos Ex. sacarose (glicose + frutose) e lactose
(glicose + galactose)
Dissacarídeos
São formados por oito ou mais monossacarídeos.
Lipídeos
São constituídos principalmente de átomos de hidrogênio e carbono, com menor quantidade de outros elementos como o oxigênio, nitrogênio e fosforo.
Existem três categorias principais : triglicerídeos,
fosfolipídios e esteróis.
A função primária dos lipídeos é a formação das membranas plasmáticas que recobrem as células.
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.
Lipídeos
Triglicerídeos (gorduras)
Contém um álcool denominado glicerol e um grupo de compostos conhecidos como ácidos graxos.
Figura 18– Estrutura Triglicerídeos Fonte: Tortora, 2000.
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.
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.
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
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.
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.
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.
Cada nucleotídeo é constituído por três partes:
(1) Uma base nitrogenada, (2) uma molécula de pentose (desoxirribose) e (3) um grupo fosfato.
Ácidos Nucléicos
Figura 23– Estrutura do DNA Fonte: Tortora, 2000.
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.
Trifosfato de Adenosina (ATP)
Armazena a energia química liberada por algumas
reações químicas, e fornece energia para reações que requerem energia.
ATP + H2O 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
0 Temperatura
Fatores Físicos
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
0 Pressão Osmótica
Fatores Físicos
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).
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
Exemplo Meio Definido
NH4Cl, 1,0g; K2HPO4, 1,0g; MgSO4.7H2O, 0,2g; FeSO4.7H2O, 0,01g; CaCl2, 0,02g; MnCl2.4H2O, 0,002g; NaMoO4.2H2O, 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 CO2 (proveniente do ar) e a fonte de energia é a luz solar.
Meio Complexo
Meio com composição química não conhecida (extrato de levedura, de carne ou de plantas).
Componentes Quantidades (L) Peptona de carne 5,0 g Extrato de carne 3,0 g Sacarose 20,0 g NaCl 30,0 g CALDO NUTRIENTE ÁGAR NUTRIENTE
+
ÁgarMeios de Cultura
Figura 25 – Jarra para cultura bacteriana anaeróbicas em placa de Petri
Fonte: Tortora, 2000. 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.
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.
Conservação dos micro-organismos
Meio de manutenção; Meio de Inóculo;
