Nutricao e metabolismo - ICB-USP
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Nutrição e metabolismo microbiano Nutrição e Metabolismo microbiano 1. Introdução 2. Necessidades nutricionais e meios de cultivo bacteriológicos 3. Cultivo e crescimento bacteriano Nutrição e metabolismo microbiano Origem dos seus precursores •retirados do meio •sintetizados a partir de compostos mais simples 1. Introdução O que contém uma célula bacteriana? De que compostos químicos ela se constitui? Atlas, 1997 Nutrição e metabolismo microbiano Que componentes químicos estão combinados para formar proteínas e ácidos nucleicos (DNA e RNA)? Que estrutura química têm os compostos precursores das macromoléculas? 1 Nutrição e metabolismo microbiano Que componentes químicos estão combinados para formar proteínas e ácidos nucleicos (DNA e RNA)? Nutrição e metabolismo microbiano De onde as bactérias captam estes elementos? •Do seu habitat - grande diversidade de nichos onde bactérias podem ser encontradas •Dos meios de cultura laboratoriais quando se quer estudá-las em ambiente controlado •O QUE É PRECISO CONTER? •COM FORMULAR? Que componentes químicos estão combinados para formar proteínas e ácidos nucleicos (DNA e RNA)? Nutrição e crescimento microbiano 2. Necessidades nutricionais e meios de cultivo bacteriológicos •Elementos químicos como nutrientes •Fonte de carbono •Nitrogênio Material plástico Blocos construtores da estrutura celular •H, O, S, P •Outros elementos 2. Necessidades nutricionais e meios de cultivo bacteriológicos 2. Necessidades nutricionais e meios de cultivo bacteriológicos •Elementos químicos como nutrientes •Elementos químicos como nutrientes Nitrogênio •Fonte de carbono Orgânico oxidação e geração de energia Inorgânico redução e gasto de energia Heterotróficos Autotróficos CO2 Uso de compostos nitrogenados inorgânicos - NO3-, NO2-, NH4+ orgânicos- aminoácidos e peptídeos Fixação de nitrogênio atmosférico 2 2. Necessidades nutricionais e meios de cultivo bacteriológicos 2. Necessidades nutricionais e meios de cultivo bacteriológicos •Elementos químicos como nutrientes •Elementos químicos como nutrientes •H, O, S, P •H e O - necessários aos compostos orgânicos •S - aminoácidos (cisteína, cistina e metionina) •P - síntese de ácidos nucleicos e ATP 2. Necessidades nutricionais e meios de cultivo bacteriológicos •Elementos químicos como nutrientes •Outros elementos •Outros elementos - necessários em quantidades menores •Cofatores de enzimas, facilitação de transporte intermembranas (Na+) Fe : citocromos, catalase e outras enzimas Elementos-traços - Co++, Mn++, Zn++ (oligonutrientes, micronutrientes) K+, Ca++ Cu++, Mo6+ Classificação nutricional Quimioautotróficos ÁGUA Fatores (orgânicos) de crescimento Quimioheterotróficos Ex. vitaminas para humanos Bactérias em geral sintetizam, Vitaminas, aminoácidos, purinas e pirimidinas fatores de crescimento para algumas espécies Fotoautotróficos Fotoheterotróficos Nutrição e metabolismo microbiano Os nutrientes apresentados até agora, seriam suficientes para permitir que uma cultura bacteriana crescesse? Condições físicas para o cultivo de bactérias Temperatura pH Atmosfera gasosa Pressão osmótica Pressão hidrostática Luz 3 Nutrição e metabolismo microbiano Condições físicas para o cultivo de bactérias Temperatura Faixas de temperauras de crescimento de vários grupos fisiológicos, excetuando-se os termofílicos extremos (archaebactérias temperatura ótima de crescimento Psicrófilos Mesófilos Termófilos Condições físicas para o cultivo de bactérias Temperatura Resposta típica de crescimento bacteriano a diferentes temperaturas Pelczar et al., 1993 Nutrição e metabolismo microbiano Condições físicas para o cultivo de bactérias Nutrição e metabolismo microbiano Condições físicas para o cultivo de bactérias Temperaturaa Temperaturaa Temperaturaa Temperaturaa pH pH pH ótimo para cada bactéria Classificação geral pH próximo do neutro para a maioria Acidófilos Valores extremos são restritos a alguns grupos pH 1,8-5 Nutrição e metabolismo microbiano Condições físicas para o cultivo de bactérias Neutrófilos 5-9 Alcalófilos 9-11 Nutrição e metabolismo microbiano Condições físicas para o cultivo de bactérias Temperatura a Temperatura a pH a pH a Atmosfera gasosa Atmosfera gasosa Bactérias aeróbias facultativas anaeróbias microaerófilas Black, 1999 4 Nutrição e metabolismo microbiano Condições físicas para o cultivo de bactérias Temperatura a Efeito da pressão osmótica sobre a célula bacteriana pH a Crescimento influenciado condições de pressão Atmosfera gasosa pelas Soluções isotônicas soluções hipertônicas Soluções hipotônicas O oxigênio pode ser tóxico Pelczar1993 Nutrição e metabolismo microbiano Condições físicas para o cultivo de bactérias Nutrição e metabolismo microbiano Pressão hidrostática Temperatura a Exercida pelo peso da água existente sobre eles microrganismos isolados das profundezas oceânicas pH a Atmosfera gasosa a não cultiváveis nas condições normais de laboratório Pressão osmótica a Pressão hidrostática Microrganismos barófilos Pelczar, 1993 Nutrição e metabolismo microbiano Nutrição e metabolismo microbiano Temperatura a pH a Luz Atmosfera gasosa a Bactérias fotossintetizantes Pressão osmótica a Bactérias inibidas pela luz Pressão hidrostá hidrostática a Luz 5 Nutrição e metabolismo microbiano Nutrição e metabolismo microbiano 3. Cultivo e crescimento bacteriano Temperatura a •Meios para cultivo de bactérias pH a Atmosfera gasosa a Mistura dos nutrientes necessários ao crescimento Pressão osmótica a Pressão hidrostá hidrostática a Luz a Nutrição e metabolismo microbiano Exemplos de meios para cultivo de bactérias Meio de cultura quimicamente definido para bactérias quimioautotróficas 3. Cultivo e crescimento bacteriano Componente •Meios para cultivo de bactérias (NH4)2SO 4 Função Quantidade Fonte de nitrogênio e 0,5 g energia •Quimicamente definidos Sólidos NaHCO3 Semi-sólidos •Complexos - quimicamente não definidos A composição do meio de cultura deve ser compatível com a bactéria a ser cultivada Exemplos de meios para cultivo de bactérias Função Fonte de carbono e Na2HPO4 Tampão e íon essencial KH2PO4 Tampão e íon essencial 0,7 g MgSO4.7H2O Íon essencial 0,1 g FeCl3.6H2O Íon essencial 0,014 g CaCl2.2H2O Íon essencial 0,18 g Água Solvente 1000 ml (q.s.p.) Exemplos de meios para cultivo de bactérias Quantidade 1g Componente Extrato de carne Fonte de nitrogênio, tampão Tampão e íon essencial de Quantidade tecido animal 3g compostos orgânicos nitrogenados, 5g vitaminas e sais e íon essencial K2HPO4 Função Substâncias solúveis em água: carboidratos, energia NH4H2PO4 13,5 g Composição do Caldo Nutriente, um meio complexo para o crescimento de bactérias heterotróficas Meio de cultura quimicamente definido para bactérias heterotróficas Glicose 0,5 g de CO2 em solução aquosa Líquidos Componente Fonte de carbono na forma 1g Peptona Nitrogênio orgânico e algumas 5g vitaminas NaCl Íon essencial 5g MgSO4.7H2O Íon essencial 0,2 g Água Solvente 1000 ml (q.s.p.) Os componentes acima representam a composição mínima de um meio para bactérias não fastidiosas como uma Escherichia coli selvagem. Para espécies fastidiosas, tais como Lactobacillus acidophilus , outras substâncias como amino ácidos e vitaminas têm que ser adicionadas ao meio. Cloreto de sódio Necessidades osmótica e iônica 8g Água Solvente 1000 ml (q.s.p.) Se o meio sólido for necessário, 18 g de ágar é adicionado e o meio é denominado Ágar Nutriente. 6 Meios para cultivo de bactérias Meios para cultivo de bactérias Estratégias: Meios para fins especiais - anaeróbios Meios seletivos Meios diferenciais inibir do desenvolvimento de determinados grupos bacterianos anaeróbios evidenciar atividades metabólicas diferentes diferenciar colônias Metabolismo Diversidade metabólica Ocupação microbiana em diferentes nichos Necessidade de sintetizar os mesmos componentes celulares independente das condições de cultivo x oferta de substratos x capacidade metabólica 40 41 7 COMO A CÉLULA OBTÉM •OS 12 METABÓLITOS PRECURSORES, •ATP E •PODER REDUTOR? •Observar as questões sobre tipos metabólicos bacterianos Independente da condição de cultivo e do tipo metabólico 42 43 44 45 46 47 8 Vias metabólicas Catabolismo e anabolismo 48 49 Glicólise Etapas principais da glicólise: P representa o grupo PO4C6 representa hexose C3 representa triose http://www.genome.ad.jp/kegg http://biocyc.org/ECOLI/ Regulação 9 Ciclo de Krebs (Ciclo dos ácidos tricarboxílicos) 54 Cadeia de transporte de elétrons Teoria quimiosmótica de Mitchell e geração de energia 57 Biossíntese Macromoléculas Gliconeogênese Aminoácidos – proteínas Ácidos nucleicos – DNA RNA Lipídeos 10 Precursores para biossíntese Ciclo de Calvin Benson 11
