a Nutrição e o Crescimento de Bactérias (página 4)
(Este capítulo tem 6 páginas)
© Kenneth Todar, Doutorado
Física Requisitos Ambientais e de forMicrobial Crescimento
O procaryotes existe na natureza sob uma enorme gama de physicalconditions, tais como a O2 concentração de Hidrogênio ionconcentration(pH) e da temperatura. Os limites de exclusão da vida no planeta, no que diz respeito aos parâmetros ambientais, são sempre definidos por um organismo somemico,na maioria das vezes um procariote, e frequentemente um Arceão. Aplicado a todos osmicroorganismos é um vocabulário de termos usados para descrever o seu crescimento (capacidade de crescimento)dentro de uma gama de condições físicas. Um termófilo cresce a altas temperaturas, um acidífilo cresce a baixo pH, um osmófilo cresce a alta soluteconcentração, e assim por diante. Esta nomenclatura será utilizada nesta secção para descrever a resposta dos procariotas a uma variedade de condições físicas.
O Efeito do oxigénio
O oxigénio é um componente universal das células e é sempre fornecido pela H2O. No entanto, os procariontes apresentam uma vasta gama de respostas ao oxigénio molecular O2 (Quadro 6).os aeróbios obrigatórios requerem O2 para o crescimento; eles usam O2 como um aceitador final de elétrons na respiração aeróbica.os anaeróbios obrigatórios (ocasionalmente chamados aerófobos)não necessitam ou utilizam O2 como nutriente. Na verdade, O2 é uma substância tóxica, que mata ou inibe o seu crescimento.Os procariontes anaeróbicos obrigatórios podem viver por fermentação,respiração anaeróbica, fotossíntese bacteriana ou o novo processo de metanogênese.anaeróbios facultativos (ou aeróbios facultativos) são organismos que podem alternar entre os tipos de metabolismo aeróbico e anaeróbico.Sob condições aeróbias (sem O2), crescem por fermentação ou por respiração esterobica, mas na presença de O2 mudam para uma respiraçãoerobica.os anaeróbios Aerotolerantes são bactérias com um tipo de metabolismo exclusivamente anaeróbico(fermentativo), mas são insensíveis à presença de O2. Vivem apenas por fermentação, quer o O2 esteja ou não presente no seu ambiente.
Tabela 6. Termos usados para descrever relações de microorganismos.
| Environment | |||
| Group | Aerobic | Anaerobic | O2 Effect |
| Obligate Aerobe | Growth | No growth | Required (utilized for aerobic respiration) |
| Microaerophile | Growth if level not too high | No growth | Required but at levels below 0.2 atm |
| Obrigar Anaerobe | o crescimento | Crescimento Tóxicos | |
| Facultativo Anaerobe (Facultativo Aerobe) | Crescimento | Crescimento | Não é necessário para o crescimento, mas utilizado whenavailable |
| Aerotolerant Anaerobe | Crescimento | Crescimento | Não é necessário e que não é utilizada |
A resposta de um organismo ao O2 em seu ambiente de dependsupon a ocorrência e distribuição de várias enzimas que reactwithO2 e vários radicais de oxigênio que são invariavelmente geradas por células na presença de O2. Todas as células contêm enzimas capazes de reagir com O2. Por exemplo, oxidações offlavoproteínas por O2 invariavelmente resultam na formação de H2O2(peróxido) como um produto principal e pequenas quantidades de um radical ainda mais isento de oxidação, superóxido ou O2.-. Além disso, clorofilas outros pigmentos nas células podem reagir com O2 na presença de luz e gerar oxigénio único, outra forma radical de oxigenocomportante potente em sistemas biológicos.em aeróbios e anaeróbios aerotolerantes, o potencial de letalacumulação de superóxido é prevenido pela enzima superóxido dismutase (Figura1).Todos os organismos que podem viver na presença de O2 (quer não o utilizem no seu metabolismo) contêm superoxidedismutase.Quase todos os organismos contêm a enzima catalase, que se decompõe em H2O2.Apesar de certas bactérias aerotolerantes, como a catalase láctica acidacterialack, elas decompõem H2O2 por meio de peroxidaseenzimas que derivam elétrons de NADH2 para reduzir o peroxideto H2O. Os anaeróbios obrigatórios carecem de superóxido dismutase e/ou peroxidase e, por conseguinte, sofrem oxidações letais por vários radicais oxigenados quando são expostos a O2. Ver Figura 3 abaixo.todos os organismos fotossintéticos (e alguns não fotossintéticos) são protegidos de oxidações letais de oxigénio Único pela sua posse de carotenóides que reagem fisicamente com o radical de oxigénio único e conduz a um “solo” não tóxico (tripleto). Os carotenóides são ditos para”apagar” os radicais de oxigênio singlet.
Figura 3. The action ofsuperoxidedismutase, catalase and peroxidase. These enzymes detoxify oxygenradicalsthat are inevitably generated by living systems in the presence of O2.The distribution of these enzymes in cells determines their ability toexist in the presence of O2
Table 7. Distribution ofsuperoxidedismutase, catalase and peroxidase in procaryotes with different O2tolerances.
| Group | Superoxide dismutase | Catalase | Peroxidase |
| Obligate aerobes and most facultativeanaerobes (e.g.Enterics) | + | + | – |
| Most aerotolerant anaerobes (e.g.Streptococci) | + | – | + |
| Obligate anaerobes (e.g. Clostridia,Methanogens, Bacteroides) | – | – | – |
The Effect of pH on Growth
The pH, or hydrogen ion concentration, , of naturalenvironmentsvaries from about 0.5 in the most acidic soils to about 10.5 in themostalkaline lakes. Apreciando que o pH é medido numa escala logarítmica, os ambientes naturais variam mais de um bilião de folhas e alguns microorganismos vivem nos extremos, bem como em todos os pontos entre os extremos! A maioria dos procariotas vivos livres pode crescer ao longo de uma gama de 3 unidades de pH, cerca de mil vezes. O pH mínimo, abaixo do qual o organismo não pode crescer, o pH máximo, acima do qual o organismo não pode crescer, e o pH ótimo,no qual o organismo cresce melhor. Para a maior parte das bactérias, verifica-se um aumento considerável da taxa de crescimento entre o mínimo e o ideal e uma diminuição acentuada da taxa de crescimento entre o pH óptimo e o pH máximo,reflectindo o efeito geral da alteração nas taxas de reacção enzimática (Figura 4).os microrganismos que crescem a um pH óptimo bem abaixo da neutralidade(7.0)são chamados acidófilos. Os que crescem melhor em neutrófilos neutros e aqueles que crescem melhor sob condicionantes alcalinizantes são chamados alkalifiles. Os acidófilos obrigatórios, como algumas espécies de Tiobacilus, na verdade requerem um baixo pH para o crescimento, uma vez que seus membranasdissolve e as células lêem em neutralidade. Vários géneros de Archaea, incluindo o Sulfolobus e o Termoplasma, são acidófilos obrigatórios. Entre os eucariontes,manyfungi são acidófilos, mas o campeão do crescimento a baixo pH é o cianídio da cesarioticalga, que pode crescer a um pH de 0.
na construção e utilização de meios de cultura, deve-se sempre considerar o pH ideal para o crescimento de um organismo desejado e incorporar tampões para manter o pH do meio no meio em mudança de produtos de resíduos bacteriais que se acumulam durante o crescimento. Muitos bacteriaexibit patogénicos uma faixa relativamente estreita de pH sobre a qual crescerão. Mostdiagnostic media for the growth and identification of human pathogenshavea pH near 7.
Figura 4. Taxa de crescimento vs pH para três classes ambientais de procariontes. Most free-livingbacteriagrow over a pH range of about three units. Note the symmetry of thecurvesbelow and above the optimum pH for growth.
Table 8. Minimum, maximumandoptimum pH for growth of certain procaryotes.
| Organism | Minimum pH | Optimum pH | Maximum pH |
| Thiobacillus thiooxidans | 0.5 | 2.0-2.8 | 4.0-6.0 |
| Sulfolobus acidocaldarius | 1.0 | 2.0-3.0 | 5.0 |
| Bacillus acidocaldarius | 2.0 | 4.0 | 6.0 |
| Zymomonas lindneri | 3.5 | 5.5-6.0 | 7.5 |
| Lactobacillus acidophilus | 4.0-4.6 | 5.8-6.6 | 6.8 |
| Staphylococcus aureus | 4.2 | 7.0-7.5 | 9.3 |
| Escherichia coli | 4.4 | 6.0-7.0 | 9.0 |
| Clostridium sporogenes | 5.0-5.8 | 6.0-7.6 | 8.5-9.0 |
| Erwinia caratovora | 5.6 | 7.1 | 9.3 |
| Pseudomonas aeruginosa | 5.6 | 6.6-7.0 | 8.0 |
| Thiobacillus novellus | 5.7 | 7.0 | 9.0 |
| Streptococcus pneumoniae | 6.5 | 7.8 | 8.3 |
| Nitrobacter sp | 6.6 | 7.6-8.6 | 10.0 |
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