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Nutrição microbiana Praticamente quaisquer produtos naturais ou seus derivados orgânicos, basicamente produtos ou subprodutos da agricultura e do processamento.

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3 Nutrição microbiana Praticamente quaisquer produtos naturais ou seus derivados orgânicos, basicamente produtos ou subprodutos da agricultura e do processamento de vegetais, podem constituir a base ou substrato para processos fermentativos. Composição química da célula procariótica As células procarióticas são compostas, essencialmente por macromoléculas (proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos e lipídeos), apresentando também uma menor quantidade de outros compostos orgânicos e inorgânicos. Além destes, encontramos íons e água. 90% de água, 8% de macromoléculas demais componentes. A maioria das pequenas moléculas são obtidas a partir do meio, sendo as macromoléculas sintetizadas em seu interior.

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5 Os microrganismos exibem os mais diversos mecanismos nutricionais. Em relação aos procariotos (Bacteria e Archaea), a nutrição ocorre predominantemente pela absorção, uma vez que a grande maioria destes organismos possui uma espessa parede celular, impossibilitando a realização de fagocitose. Os seres vivos podem ser classificados de acordo com as fontes de energia e de carbono que utilizam para seu crescimento:

6 Nutrientes São definidos como as substâncias encontradas no ambiente, que participam do anabolismo e catabolismo celular, podendo ser divididos em dois grandes grupos: MACROnutrientes: necessários em grandes quantidades, tem papel importante na estrutura e metabolismo; MICROnutrientes: necessários em pequenas quantidades, tem funções enzimáticas e estruturais nas biomoléculas. Alguns nutrientes são utilizados como fonte de material para a biossíntese das moléculas, enquanto outros correspondem a fontes de energia, necessária aos processos biossintéticos e de manutenção dos organismos. Muitas vezes, diferentes nutrientes podem apresentar os dois papéis descritos acima.Macronutrientes Carbono: corresponde à base de todas as moléculas orgânicas. Entre os procariotos melhor estudados até o momento, a maioria requer algum tipo de composto orgânico como fonte de carbono, o qual pode ser de diferentes variedades (aminoácidos, ácidos orgânicos, açúcares, bases nitrogenadas, etc).

7 Os carboidratos são tradicionalmente a fonte de energia da indústria de fermentação. Por razões econômicas, a glicose e sacarose puras somente são utilizadas em processos que exijam um controle exato. Celulose, Amido, Sacarose, Lactose, Glicose, Óleos, Metanol, Etanol; Melaço de cana-de-açúcar – Composição variável (rico em aminoácidos, vitaminas, minerais, vários açúcares); corrigir deficiências (N, P, S); Extrato de Malte: é um extrato aquoso de cevada malteada que contém % de carboidratos; rico em aminoácidos.

8 Nitrogênio Corresponde ao segundo elemento mais abundante nas células, compondo proteínas, ácidos nucléicos e peptideoglicano. Podemos encontrar o nitrogênio sob a forma de compostos orgânicos ou inorgânicos, sendo ambas as formas prontamente utilizadas por um grande número de procariotos. Quanto às necessidades de nitrogênio há três categorias principais de microrganismos: Retiram o nitrogênio diretamente da atmosfera e o converte em nitrogênio orgânico (especialmente bactérias) – fixadores de nitrogênio; Utilizam compostos inorgânicos de nitrogênio, como sais de amônio, nitratos e uréia (fungos e bactérias); Fontes orgânicas de nitrogênio (algumas bactérias). Líquido da maceração do milho (± 4% N); Extrato de levedura e Peptonas (hidrolisado de proteínas).

9 Extratos de levedura são produzidos a partir de levedura de panificação. Fontes de peptonas: carne, caseína, gelatina, queratina, farinha de soja, sementes de algodão, amendoim e de girassol. A composição varia de acordo com a fonte utilizada para obtenção da peptona. A composição varia de acordo com a forma de obtenção.

10 Fósforo: encontrado em compostos orgânicos (ácidos nucléicos) ou inorgânicos (fosfatos), sendo importante na composição de ácidos nucléicos e fosfolipídeos. Em sua maioria, os microrganismos utilizam o fósforo sob a forma de compostos inorgânicos. Enxofre: compondo a cisteína e metionina, estando presente também em várias vitaminas (tiamina, biotina). A principal fonte de enxofre para os microrganismos corresponde aos sulfatos inorgânicos ou H 2 S. Potássio: necessário para todos os microrganismos, devido ao seu papel ativador de várias enzimas, tais como aquelas envolvidas na tradução. Magnésio: necessário geralmente em grandes quantidades, uma vez que tem papel na estabilização de ribossomos, membranas e ácidos nucléicos, sendo também importante para o funcionamento de diferentes enzimas. Cálcio: embora não seja essencial ao crescimento da maioria dos microrganismos, tem papel de estabilização da parede celular e de termorresistência nos esporos. Sódio: importante, especialmente para microrganismos marinhos. Ferro: presente em um grande número de proteínas, especialmente aquelas envolvidas na respiração.

11 Micronutrientes Embora necessários em pequenas quantidades, têm papel tão importante quanto os macronutrientes. Cobalto: necessário apenas para a formação da vitamina B 12. Zinco: tem papel estrutural em várias enzimas (DNA e RNA polimerases) e outras proteínas de ligação ao DNA. Molibdênio: presente em certas enzimas como a nitrato redutase assimilativa. Cobre: importante para enzimas respiratórias. Manganês: ativador de muitas enzimas. Níquel: presente em hidrogenases.

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14 Água Não constitui um nutriente, mas é absolutamente indispensável para o crescimento dos microrganismos. Seu papel é múltiplo: Os microrganismos se nutrem pela passagem de substâncias em solução através da membrana citoplasmática; Exerce função na regulação da pressão osmótica e, Regulação térmica. A maior parte dos microrganismos morre rapidamente pela dessecação, a não ser quando esta é precedida pelo congelamento brusco (liofilização). Oxigênio atmosférico Como a água não é um nutriente e funciona apenas como receptor de hidrogênio nos processos de respiração aeróbica. Os microrganismos se comportam diferentemente em presença de O 2 livre: Aeróbios – exigem oxigênio livre; Anaeróbios – não toleram a presença de O 2 livre; Facultativos – crescem na presença ou ausência de O 2.

15 Meio de cultura – Mosto Os meios de cultura são soluções de nutrientes utilizadas para promover o crescimento de microrganismos. Não existe um meio de cultura universal, mas existem vários tipos de meios para diversas finalidades. Para obter sucesso no cultivo de microrganismos é necessário o conhecimento de suas exigências nutricionais, para que os nutrientes sejam fornecidos de forma e proporção adequada.

16 Meio de cultura X Mosto Meio de cultura – preparado e utilizado em laboratório, meio sintético. Mosto – é toda mistura açucarada, oriunda de frutas, destinada a fermentação alcoólica. Em vinicultura, o termo é utilizado para referir-se ao sumo de uvas frescas utilizado antes do processo de fermentação. Também é um termo usado na elaboração da cerveja, sendo o produto da fase da mosturação ou brassagem, que compreende a mistura do malte triturado com água, a uma temperatura específica.

17 Classificação dos meios de cultura SINTÉTICO: composição conhecida quantitativamente e qualitativamente é usado em pesquisas quando se quer controlar exatamente o curso de uma fermentação. O objetivo é saber a rota de fermentação, saber quanto e quando e quais os substratos que estão sendo utilizados pelos microorganismos. Tem um alto custo. COMPLEXO: composição não é bem definida, estão enquadrados os meios naturais tais como: caldo-de-cana, melaço, suco de uva, extrato de leveduras, enquadram-se todos os mostos naturais.

18 Características dos meios de cultura Requerimentos básicos: 1)Proporcionar o máximo rendimento de produto ou biomassa por grama de substrato usado; 2) Produzir a máxima concentração de biomassa ou produto; 3) Permitir o máximo rendimento na formação do produto; 4) Produzir o mínimo de subprodutos indesejáveis; 5) Ser de uma qualidade permanente e estar disponível durante o ano todo; 6) Não sofrer degradação durante a esterilização; 7) Não deverá causar problemas em outras etapas do processo fermentativo particularmente: aeração, agitação, extração, purificação e tratamentos dos efluentes.

19 Meios de cultura laboratoriais Para o cultivo laboratorial (in vitro) são utilizados meios de cultura que simulam e até melhoram as condições naturais. Os meios de cultura laboratoriais são divididos de acordo com uma utilização específica: Meios para anaeróbios: adição de agentes redutores (tioglicolato de sódio) Meios seletivos: favorece o crescimento de um tipo particular ou suprime outros. Ex. meio ágar verde brilhante. Meios diferenciais: para diferenciar microrganismos dentro de uma cultura mista. Ex. meio com sangue para distinguir as hemolíticas. Ex. Meio McConkey que contém sais de bile e cristal violeta. Meios de enriquecimento: se objetiva o aumento de uma determinada espécie sem inibir as demais. Ex. isolar bactérias que oxidam fenol, fornecendo fenol como única fonte de carbono.

20 Meios de cultura Industriais – Mostos Matéria prima - Tipos Amiláceas Amido SacaríneasCelulósicas SacaroseCelulose GlicoseFrutose

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22 TemperaturaOxigêniopH Pressão osmótica O crescimento dos microrganismos é grandemente afetado pelas condições físicas e químicas do ambiente onde se encontram, sendo que estas podem influir positivamente ou negativamente de acordo com o microrganismo em questão.

23 Temperatura Corresponde a um dos principais fatores ambientais que influenciam o desenvolvimento bacteriano. A medida que há um aumento da temperatura, as reações químicas e enzimáticas na célula tendem a tornar-se mais rápidas, acelerando a taxa de crescimento. Entretanto, em determinadas temperaturas inicia-se o processo de desnaturação de proteínas e ácidos nucléicos, inviabilizando a sobrevivência celular.

24 Grupos: 1. Psicrófilos – temperatura ótima abaixo de 15 o C, suscetíveis de crescer a 0 o C. 2. Mesófilos – temperatura ótima entre o C, maioria dos patógenos humanos. 3. Termófilos – temperatura ótima acima de 45 o C.

25 m velocidade específica de crescimento máxima Ponto de máximo crescimento do microrganismo

26 Oxigênio Aeróbio Anaeróbio Facultativo Microaerófilo Anaeróbio aerotolerante Meio gelatinoso com indicador redox: Rosa quando oxidado Incolor quando reduzido Durante as reações de redução do O 2 são formados vários intermediários tóxicos. Ex: H 2 O 2, OH°, O 2 - Os microrganismos aeróbios e facultativos utilizam enzimas como a catalase para destruir as formas tóxicas Extremamente importante no desenvolvimento, uma vez que os microrganismos comportam-se de forma bastante distinta, sendo classificados como aeróbios, anaeróbios estritos, anaeróbios facultativos, microaerófilos e anaeróbios aerotolerantes.

27 pH Ao contrário da temperatura, o pH ótimo para o crescimento encontra-se no valor médio da variação sobre o qual o crescimento acontecerá. Os ambientes naturais tem uma faixa de pH de 5 a 9, o que comporta o crescimento de diferentes tipos de microrganismos. Bactérias - faixa entre 7, com algumas acidófilas (Thiobacillus de 0,5 a 6,0 com ótimo entre 2 e 3,5) e outras alcalifílicas (Bacillus e Archaea). Fungos - tendem a ser mais acidófilos que as bactérias (pH <5). Quando cultivados in vitro, o meio sofrerá alterações à medida que os metabólitos ácidos ou alcalinos são produzidos. Necessário a adição de um tampão ao meio.

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29 Fungos Bactérias m velocidade específica de crescimento máxima

30 Pressão osmótica Não devem existir grandes diferenças na concentração de solutos dentro e fora da célula, pois podem desidratar-se ou romper-se. Exemplo: microrganismos marinhos necessitam de teores de sais mais elevados. Desidratação Rompimento Equilíbrio


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