Crescimento e Regulação Do Metabolismo Microbiano

Prof.: Wendel Silveira Aula 05: Crescimento e Regulação do Metabolismo Microbiano

Aula 05: Crescimento e Regulação do Metabolismo Microbiano – Parte I

Ao final da aula, você deverá ser capaz de:

• Definir o crescimento microbiano;

• Descrever o processo de divisão celular por fissão binária;

• Identificar os parâmetros cinéticos do crescimento microbiano;

• Descrever as fases do crescimento microbiano;

• Definir o crescimento diáuxico;

• Explicar, usando o modelo do operon lac, a regulação da síntese de enzimas induzidas;

• Descrever os mecanismos de regulação da atividade de enzimas;

• Descrever os fatores ambientais que afetam o crescimento de micro-organismos.


Crescimento microbiano

É resultado do aumento da densidade populacional, isto é número ou massa

de células.


O crescimento depende de uma série de reações metabólicas

Nutriente ENERGIA: ATP

UNIDADES MONOMÉRICAS

Catabolismo Hidrólise

e oxidação

MACRO- MOLÉCULAS

Anabolismo Biossíntese

“Polimerização”

ULTRAESTRUTURAS Montagem


Divisão celular por fissão binária

Tempo de geração

Fonte: Madigan et al., 2004 – Microbiologia de Brock 10ª edição


Período de geração

Durante o período de geração o crescimento é dito balanceado.

Os constituintes celulares aumentam proporcionalmente.


Cinética de crescimento

Progressão geométrica de quociente 2 do crescimento populacional bacteriano

tg

tg tg

Equação geral do crescimento exponencial: N= 2n N0

Onde: N = Número total de células na população

n = Número de gerações

N0 = Número inicial de células na população

N0 2N0 4N0 8N0 . . .

20 N0 21 N0 22 N0 23 N0 . . . 2n N0

tg

tg

tg



N = 2n N0

Resolvendo a equação:

log N = n log 2 + log N0 T

n = tg

log N = log 2 + log N0

T

tg

log N = T + log N0

tg

log 2



log N

Tempo (h)

Relação linear entre log N X T

Velocidade específica de crescimento (µ) = coeficiente

angular da reta tangente= log2/tg

µ (h- 1)

(Expressão do crescimento na fase log) log N = T + log N0 tg

log2


Fases do crescimento microbiano

Fase lag

log N

Tempo (h)

Curva de crescimento

Fase exponencial

(log)

Fase de

morte Fase

estacionária

(Fase lag, fase exponencial, fase estacionária e fase de morte)


Quais fatores limitam o crescimento bacteriano em uma cultura em batelada?

• Consumo de nutrientes;

• Limitação de oxigênio;

• Acúmulo de metabólitos.


Crescimento de E. coli em glicose e lactose lactoseediáuxico Crescimento diáuxico

Atividade de Beta-

galactosidase

Glicose

Lactose

log de N Concentração de açúcar

Tempo

Repressão catabólica

Aula 05: Crescimento e Regulação do Metabolismo Microbiano – Parte II

Regulação da síntese enzimas

Lactose

Induz a transcrição dos genes do operon da lactose, que codificam enzimas de assimilação

de lactose.


Regulação da síntese de enzimas

E. coli não consome lactose na presença de glicose.

Não ocorre indução do operon lac na presença de glicose.

Como ocorre a repressão por glicose?


Enzimas Induzidas e Enzimas Constitutivas

Enzimas Induzidas

Enzimas de fonte alternativa a glicose, como por exemplo as

de assimilação de lactose.

Enzimas constitutivas

Enzimas das vias metabólicas centrais, como por exemplo, de catabolismo de

glicose.


Regulação da atividade de enzimas

• Propriedades cinéticas de enzimas

• Modificações covalentes de enzimas

• Modificações não covalentes de enzimas alostéricas


Regulação da atividade de enzimas alostéricas

Substrato

Enzima alostérica

Sítio ativo

Sítio alostérico

Substrato

Enzima alostérica

Sítio ativo

Sítio alostérico Efetor

alostérico positivo

Efetor alostérico negativo


Regulação da atividade de enzimas alostéricas

↑ [ATP]

↑ [ADP e AMP]

V

[Frutose-6-P]

Fosfofrutocinase Frutose-6-P Frutose 1-6-P

ATP ADP


Isocitrato desidrogenase

Acetato

[Isocitrato]

V

Não fosforilada

Fosforilada

Oxaloacetato citrato

Malato Isocitrato

Succinil-CoA

Succinato

Acetil-CoA

Glioxilato

Acetil-CoA Isocitrato liase

CO2

CO2

α-cetoglutarato

Regulação da atividade de enzimas: modificação covalente e propriedades cinéticas

Ciclo de Krebs

Desvio do glioxilato

Aula 05: Crescimento e Regulação do Metabolismo Microbiano – Parte III

Fatores ambientais que afetam o crescimento microbiano

• Temperatura

• pH

• Disponibilidade de água

• Disponibilidade de oxigênio


Efeito da temperatura no crescimento microbiano

Temperatura (°C)

Taxa

de

cre

scim

ento

Mínima

Ótima

Máxima

Reações enzimáticas com

velocidade máxima

Reações enzimáticas com

velocidade crescente

Desnaturação de proteínas;

Colapso da membrana plasmática; Lise celular

Solidificação da membrana; Diminuição do transporte de substâncias;

Paralização do crescimento


Classificação dos micro-organismos quanto à temperatura de crescimento

Hipertermófilos Ex: Thermococcus

celer

Mesófilos Ex: Escherichia coli

Termófilos Ex: Bacillus

stearothermophilus

Psicrófilos Ex: Flavobacterium

sp

-10 10 0 20 30 60 80 110 40 50 70 90 100

Temperatura (°C)

Taxa

de

cres

cim

ento


Classificação dos micro-organismos quanto à faixa de pH de crescimento

Acidófilos Ex: Acidithiobacillus sp

Neutrófilos Ex: Escherichia coli

Alcalifílicos Ex: Bacillus sp

1 3,5 7 9 14

pH

Taxa

de

cres

cim

ento


Classificação dos micro-organismos quanto à concentração de NaCl requerida para o crescimento

Halófilos Ex: Vibrio fischeri

Concentração salina (NaCl)

Taxa

de

cre

scim

en

to

Halotolerantes Ex: Staphylococcus

aureus

Não halófilos Ex: Escherichia coli

Halófilos extremos Ex: Halobacterium

salinarium


Por que os halotolerantes, halófilos e halófilos extremos crescem em meio com baixa

atividade de água?

São eficientes para produzir ou acumular solutos compatíveis no citoplasma, no intuito de evitar a perda de água para o meio e manter a célula em

um equilíbrio aquoso positivo.


Formas tóxicas de oxigênio

O2 + e- O2- (ânion superóxido)

Efeito da disponibilidade de oxigênio no crescimento microbiano

Causam danos às células

Reações (formação de formas tóxicas de oxigênio)

O2- + e- + 2H+ H2O2 (peróxido de hidrogênio)

H2O2

- + e- + H+ OH● (radical hidroxila)


Por que alguns micro-organsimos toleram a presença de oxigênio e outros não?

Mecanismos de destoxificação: enzimas que eliminam as formas tóxicas.

2 O2- + 2H+ Superóxido dismutase O2 + H2O2

2 H2O2 Catalase 2 H2O + O2

H2O2 + NADH + H+ Peroxidase 2 H2O + NAD+


Classificação dos micro-organismos quanto à disponibilidade de oxigênio requerida para crescimento

Aeróbios estritos

1

2

3

1= Zona óxica; 2= Zona micro-óxica; Zona anóxica.

Microaerófilos

1

2

3

Anaeróbios estritos

1

2

3

Anaeróbios facultativos

1

2

3

Anaeróbios aerotolerantes

1

2

3

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