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Nutrição e Crescimento Microbiano Nutrição microbiana Componentes necessários às células Meios de cultura Condições ambientais Crescimento populacional.

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Apresentação em tema: "Nutrição e Crescimento Microbiano Nutrição microbiana Componentes necessários às células Meios de cultura Condições ambientais Crescimento populacional."— Transcrição da apresentação:

1 Nutrição e Crescimento Microbiano Nutrição microbiana Componentes necessários às células Meios de cultura Condições ambientais Crescimento populacional Velocidade de crescimento Tempo de geração Medidas do crescimento

2 Macronutrientes : - Necessários em grande quantidade (C, N, H, O, S, P) - Tem papel importante na estrutura e metabolismo. Micronutrientes : - Necessários em quantidades mínimas (B, Co, Cr, Cu, F, I, Mn, Mo, Se, Zn) - Funções enzimáticas e estruturais das biomoléculas célula Necessidade de elementos nutricionais

3 Componentes necessários às células Macronutrientes Fonte de carbono: - Compostos orgânicos (microrganismos heterotróficos ou quimiorganotróficos): carboidratos lipídeos proteínas - Dióxido de carbono (microrganismos autotróficos ou fotoautotróficos): É a forma mais oxidada do carbono, assim a fonte de energia deve vir da luz ou de outros compostos inorgânicos. Fonte de Nitrogênio: - É elemento necessário em maior quantidade depois do carbono, cerca de 12 %. (constituinte das proteínas, ácidos nucléicos, etc.) moléculas orgânicas (aminoácidos, peptídeos) moléculas inorgânicas (NH 3, NO 3 -, N 2 ) A capacidade de algumas bactérias em utilizar o nitrogênio atmosférico (FBN) é de fundamental importância para a vida de todos os seres.

4 Hidrogênio: -Principal elemento dos compostos orgânicos e de diversos inorgânicos (água, sais e gases) Função: Manutenção do pH Formação de ligações de H (pontes de H) entre moléculas Fonte de energia nas reações de oxirredução na respiração Componentes necessários às células Oxigênio: - Elemento comum encontrado nas moléculas biológicas (aminoácidos, nucleotídeos, glicerídeos) - É obtido a partir das proteínas e gorduras. Na forma de oxigênio molecular (O 2 ), é requerido por muitos para os processos de geração de energia.

5 P – Síntese de ácidos nucléicos, ATP S – Estabilidade de aminoácidos, componente de vitaminas K – Estabilidade dos ácidos nucléicos, bomba de Na/K Mg– Estabilidade dos ribossomos Ca – Estabilidade da parede celular e termoestabilidade de endósporos Na – Requerido em maior quantidade por microrganismos marinhos. Bactérias halofílicas extremas não crescem com menos de 15 % de sal. Fe – Papel-chave na respiração, componente dos citocromos e das proteínas envolvidas no transporte de elétrons. Componentes necessários às células Outros macronutrientes:

6 Metais em quantidades muito pequenas (traços): Zn, Cu, Mn, Co, Mo e B Exercem função estrutural em várias enzimas (ativação) Ex: Mo +6 é necessário para a nitrogenase, a enzima que converte o N 2 para NH 3 durante a FBN. Componentes necessários às células Micronutrientes

7 Fases de crescimento: lag, exponencial (log), estacionária, declínio Curva de crescimento Microbiano 7

8 8

9 Crescimento microbiano Expressão matemática do crescimento –progressão geométrica de quociente 2: X 2º n 9

10 Crescimento microbiano Tempo de geração: tempo necessário para a divisão das células –depende da espécie e das condições de crescimento g = t/n, onde: –g = tempo de geração –t = tempo de crescimento –n = número de gerações dentro de um tempo t de crescimento E. coli: 6-20 min 10

11 11 5 x 10 7

12 Crescimento microbiano A relação entre o número de células e de gerações pode ser expressa em uma série de equações matemáticas: –sendo a população inicial = N 0 1 geração N = N 0 x geração N = N 0 x geração N = N 0 x 2 3 n geração N = N 0 x 2 n população final (N) = N 0 x 2 n 12

13 Crescimento microbiano A relação entre o número de células e de gerações pode ser expressa em uma série de equações matemáticas: –sendo a população inicial = 5 1 geração N = N 0 x 2 1 = 5 x 2 = 10 2 geração N = N 0 x 2 2 = 5 x 2 2 = 20 3 geração N = N 0 x 2 3 = 5 x 2 3 = 40 n geração N = N 0 x 2 n = 5 x 2 n população final (N) = N 0 x 2 n 13

14 Crescimento microbiano Você é contratado para gerenciar um processo industrial de produção de antibióticos. Para que se inicie a extração de quantidades mínimas do antibiótico de interesse, a cultura da bactéria produtora do mesmo deve estar numa concentração mínima de células/mL. Considerando que ela se duplica a cada hora e que você inicia o processo com uma concentração de 250 células/mL, quantas gerações/horas são necessárias antes que se inicie o processo de extração do antibiótico? N 0 = 250 células/mL N = células/mL Tempo de geração = 1 h Gerações (n) = ? população final (N) = N 0 x 2 n 14

15 Crescimento microbiano Você é contratado para gerenciar um processo industrial de produção de antibióticos. Para que se inicie a extração de quantidades mínimas do antibiótico de interesse, a cultura da bactéria produtora do mesmo deve estar numa concentração mínima de células/mL. Considerando que ela se duplica a cada hora e que você inicia o processo com uma concentração de 250 células/mL, quantas gerações/horas são necessárias antes que se inicie o processo de extração do antibiótico? N 0 = 250 células/mL N = células/mL Tempo de geração = 1 h Gerações (n) = ? = 250 x 2 n 15

16 Crescimento microbiano N 0 = 250 células/mL N = células/mL Tempo de geração = 1 h Gerações (n) = ? = 250 x 2 n n = = 2 n n = 10

17 Medidas do crescimento Medidas diretas –Contagem de células totais Câmaras de Petroff-Hausser e de Neubauer Contagem dos viáveis 17

18 Medidas do crescimento Contagem microscópica direta: Câmara de Petroff-Hausser 18

19 Medidas do crescimento Contagem dos viáveis 19 Superfície Pour plate

20 Contagem dos viáveis utilizando a técnica das diluições em série 20

21 Medidas do crescimento Medidas indiretas –Turbidez 21

22 Fatores que afetam o crescimento Fatores químicos: pH : neutrófilos – pH 7.0 acidófilos – pH < 7.0 alcalófilos – pH > 7.0 Importância : Atividade enzimática Conformação protéica Disponibilidade de metais e elementos orgânicos 22

23 23 Archaea acidofílica – área de mineração ácida (extração de ouro, etc.)

24 24 Bactérias acidofílicas – área de mineração carvão e geração de drenagem ácida de mina (DAM) - Acidithiobacillus

25 25 Rochas calcáricas Vermiculita

26 Fatores que afetam o crescimento Fatores químicos: O 2 : Aeróbios obrigatórios Anaeróbios obrigatórios Anaeróbios facultativos Microaerófilos Aerotolerantes Importância : Respiração e produção de energia Reações de óxido-redução Atividade enzimática 26

27 27 aeróbios anaeróbios anaeróbios microaerófilos anaeróbios obrigatórios obrigatórios facultativos aerotolerantes zona óxica zona anóxica

28 28

29 Fatores que afetam o crescimento Fatores físicos: Temperatura : Psicrófilos: - 5 °C a 20 °C Mesófilos: 20 °C a 50 °C Termófilos: 50 °C a 80 °C Termófilos extremos: acima de 80 °C Importância : Altera as respostas enzimáticas Altera as respostas a choques térmicos Influencia na razão de crescimento 29

30 30

31 31

32 32 Chlamydomonas nivalis

33 33

34 34

35 35 Synechococcus cianobactérias

36 36

37 Estratégias de adaptação às altas temperaturas –membranas –ácidos graxos diferenciados: Archaea não tem ácidos graxos nas membranas (têm hidrocarbonetos C 40 com unidades de isopreno) –monocamada lipídica Fatores que afetam o crescimento 37

38 38 Monocamada lipídica Bicamada lipídica

39 Estratégias de adaptação às altas temperaturas –proteínas –tipo de aminoácido: conferem conformação distinta (Glu, Lys, Arg) –velocidade de renovação das células Taq polimerase (Thermus aquaticus) –ácidos nucléicos –maior concentração de GC Fatores que afetam o crescimento 39

40 Fatores que afetam o crescimento Fatores físicos: Pressão osmótica (NaCl): Halotolerantes Halófilos Halófilos extremos Pressão hidrostática Barotolerantes Barófilos 40

41 41 Aliivibrio fischeri

42 Habitat de Archaea: Great Salt Lake (2460 km 2, Utah, EUA Halofílicas extremas 42

43 Halofílicas extremas Evaporadores na Baía de São Francisco, Califórnia, EUA 43

44 Fatores que afetam o crescimento Fatores biológicos: Fauna e o substrato Processos de ingestão Ciclagem de nutrientes Composição da comunidade Interações microbianas Neutralismo Comensalismo Sinergismo Mutualismo Biodisponibilidade Adsorção Solubilidade Especiação química Competição Amensalismo/Antagonismo Parasitismo Predação 44


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