Em formação

17.1: Crescimento bacteriano - Biologia


objetivos de aprendizado

  1. Descreva resumidamente o processo de fissão binária em bactérias, declarando as funções das proteínas Par, do divisomo e das proteínas FtsZ.
  2. Defina o seguinte:
    1. tempo de geração
    2. progressão geométrica
  3. Desenhe uma curva generalizada de crescimento bacteriano, identifique as fases e descreva resumidamente o que está acontecendo durante cada fase.

Crescimento Bacteriano

As bactérias se replicam por fissão binária, um processo pelo qual uma bactéria se divide em duas. Portanto, as bactérias aumentam seu número por progressão geométrica, em que sua população dobra a cada geração. O tempo de geração é o tempo que leva para uma população de bactérias dobrar de número. Para muitas bactérias comuns, o tempo de geração é bastante curto, 20-60 minutos em condições ideais. Para a maioria dos patógenos comuns no corpo, o tempo de geração é provavelmente de cerca de 5 a 10 horas. Como as bactérias crescem por progressão geométrica e a maioria tem um curto período de geração, elas podem aumentar seu número astronomicamente em um curto período de tempo.

A relação entre o número de bactérias em uma população em um determinado momento (Nt), o número original de células bacterianas na população (No), e o número de divisões que essas bactérias sofreram durante esse tempo (n) pode ser expressa pela seguinte equação:

[N_t = N_o vezes 2 ^ n ]

Por exemplo, Escherichia coli, em condições ideais, tem um tempo de geração de 20 minutos. Se um começou com apenas 10 E. coli (No = 10) e permitiu que eles crescessem por 12 horas (n = 36; com um tempo de geração de 20 minutos, eles se dividiriam 3 vezes em uma hora e 36 vezes em 12 horas), inserindo os números na fórmula, o número de bactérias após 12 horas (Nt) seria

[10 vezes 2 ^ {36} = N_t = 687.194.767.360 : E. : coli ]

Em geral, pensa-se que durante a replicação do DNA (discutido na Unidade 6), cada fita do DNA bacteriano em replicação se liga a proteínas no que se tornará o plano de divisão celular. Por exemplo, as proteínas Par funcionam para separar os cromossomos bacterianos em pólos opostos da célula durante a divisão celular. Eles se ligam à origem da replicação do DNA e fisicamente separam ou separam os cromossomos, semelhante ao aparato mitótico das células eucarióticas.

No centro da bactéria, um grupo de proteínas chamadas proteínas Fts (filamentosas sensíveis à temperatura) interagem para formar um anel no plano de divisão celular. Essas proteínas formam o aparelho de divisão celular conhecido como divisome e estão diretamente envolvidas na divisão celular bacteriana por fissão binária (ver Figura ( PageIndex {1} ) e Figura ( PageIndex {2} )).

  • micrografia eletrônica de um divisome: veja em Bacterial Cell Division, Jon Beckwith's Lab.

O divisomo é responsável por direcionar a síntese de nova membrana citoplasmática e novo peptidoglicano para formar o septo divisor. A função de uma série de proteínas divisome foi identificada, incluindo:

  • MinE: Direciona a formação do anel FtsZ e do complexo divisomo no plano de divisão da bactéria.
  • FtsZ: Semelhante à tubulina em células eucarióticas, FtsZ forma um anel de constrição no local da divisão. À medida que o FtsZ despolimeriza, ele direciona um crescimento interno da parede celular para formar o septo de divisão. É encontrado em ambos Bactérias e Archaea, bem como nas mitocôndrias e cloroplastos.
  • ZipA: Uma proteína que conecta o anel FtsZ à membrana citoplasmática bacteriana.
  • FtsA: Uma ATPase que decompõe o ATP para fornecer energia para a divisão celular e também ajuda a conectar o anel FtsZ à membrana citoplasmática bacteriana.
  • FtsK: ajuda a separar o cromossomo bacteriano replicado.
  • FtsI: Necessário para a síntese de peptidoglicano.

A Curva de Crescimento Populacional

Embora as bactérias sejam capazes de se replicar geometricamente como resultado da fissão binária, na realidade isso só ocorre enquanto houver espaço para crescer, nutrientes suficientes e uma maneira de descartar os resíduos. Como esses fatores limitam a capacidade de se replicar geometricamente, ao longo do tempo em um sistema de crescimento fechado, uma população bacteriana geralmente exibe um padrão de crescimento previsível - sua curva de crescimento - que segue vários estágios ou fases:

1. A fase de latência

Durante a fase de latência, o crescimento é relativamente estável e a população parece não estar crescendo ou crescendo muito lentamente (consulte a Figura ( PageIndex {3} )). Durante essa fase, as células recém-inoculadas estão se adaptando ao novo ambiente e sintetizando as moléculas de que precisam para crescer rapidamente.

2. A fase de crescimento exponencial (também chamada de fase logarítmica ou logarítmica)

Esta é a fase em que a população aumenta geometricamente, desde que haja comida e espaço suficientes para o crescimento (ver Figura ( PageIndex {3} )).

3. A fase estacionária de crescimento

Aqui, a população cresce lentamente ou para de crescer (ver Figura ( PageIndex {3} )) por causa da diminuição dos alimentos, do aumento do desperdício e da falta de espaço. A taxa de replicação é equilibrada pela taxa de inibição ou morte.

4. O declínio ou fase de morte

Aqui, a população morre exponencialmente com o acúmulo de produtos residuais (ver Figura ( PageIndex {3} )), embora a taxa de morte dependa do grau de toxicidade e da resistência das espécies e células viáveis ​​podem permanecer por semanas para meses.

Resumo

  1. As bactérias se replicam por fissão binária, um processo pelo qual uma bactéria se divide em duas.
  2. O tempo de geração é o tempo que leva para uma população de bactérias dobrar de número. Para muitas bactérias, o tempo de geração varia de minutos a horas.
  3. Por causa da fissão binária, as bactérias aumentam seus números por progressão geométrica, em que sua população dobra a cada geração.
  4. As proteínas Par funcionam para separar os cromossomos bacterianos em pólos opostos da célula durante a divisão celular bacteriana.
  5. A divisão bacteriana é responsável por direcionar a síntese de nova membrana citoplasmática e novo peptidoglicano para formar o septo divisor.
  6. Embora as bactérias sejam capazes de se replicar geometricamente como resultado da fissão binária, isso só ocorre enquanto houver espaço para crescer, nutrientes suficientes e uma maneira de descartar os resíduos.
  7. Em um sistema de crescimento fechado, uma população bacteriana geralmente exibe um padrão de crescimento previsível - sua curva de crescimento - que segue vários estágios ou fases.
  8. Durante a fase de latência, o crescimento é relativamente plano e a população parece não estar crescendo ou crescendo muito lentamente à medida que as células recém-inoculadas se adaptam ao novo ambiente.
  9. Durante a fase de crescimento exponencial (fase log), a população aumenta geometricamente, desde que haja comida e espaço suficientes para o crescimento.
  10. Durante a fase estacionária, a população cresce lentamente ou para de crescer devido à diminuição dos alimentos, aumento do desperdício e falta de espaço.
  11. Durante a fase de morte (declínio), a população morre exponencialmente devido ao acúmulo de produtos residuais.

Adicionando função ao genoma da África Salmonella Typhimurium ST313 cepa D23580

Conceituação de funções, curadoria de dados, análise formal, aquisição de financiamento, investigação, metodologia, administração de projetos, supervisão, validação, visualização, redação - rascunho original, redação - revisão e edição

Affiliation Institute of Integrative Biology, University of Liverpool, Liverpool, Reino Unido

Investigação, redação de papéis - revisão e edição

Endereço atual: Departamento de Biologia Celular e Molecular, Uppsala University, Uppsala, Suécia

Affiliation Institute of Integrative Biology, University of Liverpool, Liverpool, Reino Unido

Investigação de funções, redação - revisão e edição

Endereço atual: Departamento de Microbiologia, Escola de Genética e Microbiologia, Instituto Moyne de Medicina Preventiva, Trinity College Dublin, Irlanda

Affiliation Institute of Integrative Biology, University of Liverpool, Liverpool, Reino Unido

Funções Análise formal, visualização, redação - revisão e edição

Endereço atual: Departamento de Informática Biomédica, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts, Estados Unidos da América

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Investigação de funções, validação

Affiliation Institute of Integrative Biology, University of Liverpool, Liverpool, Reino Unido

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Investigação de funções, visualização, redação - revisão e edição

Departamento de Afiliação de Microbiologia e Imunologia, Escola de Medicina da Universidade de Stanford, Stanford, Califórnia, Estados Unidos da América

Departamento de Afiliação de Microbiologia e Imunologia, Escola de Medicina da Universidade de Stanford, Stanford, Califórnia, Estados Unidos da América

Recursos de funções, supervisão

Departamento de Afiliação de Microbiologia e Imunologia, Escola de Medicina da Universidade de Stanford, Stanford, Califórnia, Estados Unidos da América

Recursos de funções, redação - revisão e edição

Affiliation Quadram Institute Bioscience, Norwich Research Park, Norwich, Reino Unido

Análise formal de funções, metodologia

Affiliation Institute of Integrative Biology, University of Liverpool, Liverpool, Reino Unido

Funções Análise formal, metodologia, visualização, redação - revisão e edição

Departamento de Afiliação de Biologia Molecular e Biotecnologia, University of Sheffield, Sheffield, Reino Unido

Curadoria de dados de funções, análise formal, metodologia, visualização

Endereço atual: Scientific Computing Department, STFC Daresbury Laboratory, Warrington, Reino Unido

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Análise formal de funções, metodologia, visualização

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Software de funções, visualização, redação - revisão e edição

Affiliation Department of Genetics, School of Genetics and Microbiology, Smurfit Institute of Genetics, Trinity College Dublin, Irlanda

Recursos de funções, supervisão

Affiliations Institute of Infection and Global Health, University of Liverpool, Liverpool, Reino Unido, Programa de Pesquisa Clínica Malawi-Liverpool-Wellcome Trust, University of Malawi College of Medicine, Malawi, África Central

Conceituação de funções, aquisição de financiamento, administração de projetos, recursos, supervisão, redação - rascunho original, redação - revisão e edição

Affiliation Institute of Integrative Biology, University of Liverpool, Liverpool, Reino Unido


Conteúdo

Os meios de crescimento mais comuns para microrganismos são caldos nutritivos (meio nutriente líquido) ou meio caldo de lisogenia. Os meios líquidos são frequentemente misturados com ágar e despejados por meio de um dispensador de meio estéril em placas de Petri para solidificar. Estas placas de ágar fornecem um meio sólido no qual os micróbios podem ser cultivados. Eles permanecem sólidos, pois muito poucas bactérias são capazes de decompor o ágar (com exceção de algumas espécies do gênero: Cytophaga, Flavobacterium, Bacilo, Pseudomonas, e Alcaligenes) Bactérias cultivadas em culturas líquidas freqüentemente formam suspensões coloidais. [4] [5]

A diferença entre os meios de crescimento usados ​​para cultura de células e aqueles usados ​​para cultura microbiológica é que as células derivadas de organismos inteiros e cultivadas em cultura muitas vezes não podem crescer sem a adição de, por exemplo, hormônios ou fatores de crescimento que geralmente ocorrem na Vivo. [6] No caso de células animais, esta dificuldade é freqüentemente resolvida pela adição de soro sanguíneo ou uma reposição de soro sintético ao meio. No caso dos microrganismos, não existem tais limitações, visto que frequentemente são organismos unicelulares. Uma outra diferença importante é que as células animais em cultura geralmente são cultivadas em uma superfície plana à qual se fixam, e o meio é fornecido na forma líquida, que cobre as células. Em contraste, bactérias como Escherichia coli pode ser cultivado em meio sólido ou líquido.

Uma distinção importante entre os tipos de mídia de crescimento é aquela de mídia definida versus indefinida. [1] Um meio definido terá quantidades conhecidas de todos os ingredientes. Para os microrganismos, eles consistem no fornecimento de oligoelementos e vitaminas exigidas pelo micróbio e fontes de carbono e nitrogênio especialmente definidas. Glicose ou glicerol são freqüentemente usados ​​como fontes de carbono e sais de amônio ou nitratos como fontes de nitrogênio inorgânico. Um meio indefinido tem alguns ingredientes complexos, como extrato de levedura ou hidrolisado de caseína, que consistem em uma mistura de muitas espécies químicas em proporções desconhecidas. Meios indefinidos às vezes são escolhidos com base no preço e às vezes por necessidade - alguns microrganismos nunca foram cultivados em meios definidos.

Um bom exemplo de meio de crescimento é o mosto usado para fazer cerveja. O mosto contém todos os nutrientes necessários para o crescimento da levedura e, em condições anaeróbicas, o álcool é produzido. Quando o processo de fermentação é concluído, a combinação de micróbios médios e latentes, agora cerveja, está pronta para o consumo. Os principais tipos são

  • mídia cultural
  • mídia mínima
  • mídia seletiva
  • mídia diferencial
  • meio de transporte
  • mídia indicadora

Editar mídia cultural

Os meios de cultura contêm todos os elementos de que a maioria das bactérias precisa para crescer e não são seletivos, portanto, são usados ​​para o cultivo geral e a manutenção de bactérias mantidas em coleções de cultura de laboratório.

Um meio indefinido (também conhecido como meio básico ou complexo) contém:

  • uma fonte de carbono como a glicose
  • agua
  • vários sais
  • uma fonte de aminoácidos e nitrogênio (por exemplo, carne bovina, extrato de levedura)

Este é um meio indefinido porque a fonte de aminoácidos contém uma variedade de compostos cuja composição exata é desconhecida.

Um meio definido (também conhecido como meio quimicamente definido ou meio sintético) é um meio no qual

Exemplos de meio nutriente:

Edição de mídia mínima

Um meio definido que tem ingredientes suficientes para suportar o crescimento é chamado de "meio mínimo". O número de ingredientes que devem ser adicionados a um meio mínimo varia enormemente dependendo de qual microrganismo está sendo cultivado. [7] Meios mínimos são aqueles que contêm o mínimo de nutrientes possível para o crescimento da colônia, geralmente sem a presença de aminoácidos, e são frequentemente usados ​​por microbiologistas e geneticistas para cultivar microorganismos "selvagens". Os meios mínimos também podem ser usados ​​para selecionar a favor ou contra recombinantes ou exconjugantes.

O meio mínimo normalmente contém:

  • uma fonte de carbono, que pode ser um açúcar, como glicose, ou uma fonte menos rica em energia, como succinato
  • vários sais, que podem variar entre as espécies de bactérias e as condições de crescimento, geralmente fornecem elementos essenciais como magnésio, nitrogênio, fósforo e enxofre para permitir que as bactérias sintetizem proteínas e ácidos nucleicos
  • agua

Meios mínimos suplementares são meios mínimos que também contêm um único agente selecionado, geralmente um aminoácido ou um açúcar. Esta suplementação permite a cultura de linhagens específicas de recombinantes auxotróficos.


Categoria: Biologia PreAP

1. Moléculas com uma extremidade ligeiramente negativa e uma extremidade ligeiramente positiva são chamadas de ___________________ _____________________________.

2. Um monômero de proteína é denominado __________________ __________________.

3. Uma força atrativa entre partículas semelhantes é chamada de ___________________________.

4. As moléculas orgânicas que catalisam reações em sistemas vivos são ______________________.

5. O composto encontrado nos seres vivos que fornece energia em uma de suas ligações químicas diretamente às células é ______________________.

6. As enzimas reduzem a energia de ativação em ____________ para as ligações ____________________ e ______________________ dentro de ________________________.

7. Os monômeros que constituem os ácidos nucléicos são chamados de __________________________.

8. O tipo de atração que mantém duas moléculas de água juntas é chamado de __________________________ __________________________.

9. O compartilhamento de três pares de elétrons é chamado de ___________________ _____________.

10. O bloco de construção estrutural que determina as características de um composto é denominado _____________________________ _______________________.

11. Grandes compostos de carbono são construídos a partir de moléculas menores chamadas ______________________________.

12. Qual é o tipo de reação que forma moléculas grandes a partir de moléculas menores? _________________________________ _____________________________.

13. Que tipo de reação divide moléculas grandes em menores? _______________________

14. Qual é o subproduto de uma reação de condensação? __________________________

15. A força atrativa entre partículas diferentes é chamada de ____________________________.

16. Um composto que é armazenado como glicogênio em animais e como amido em plantas é ____________________________________.

17. Os lipídios são boas moléculas de armazenamento de energia porque têm muitas ligações _________________-___________________.

18. Quais são os componentes de muitos lipídios? ________________________ ______________________

19. Qual é o monômero de muitos polissacarídeos? ______________________________

20. Que tipo de reação permite que os aminoácidos se liguem? ________________________________ _____________________________.

21. Os ácidos nucleicos funcionam principalmente para transportar __________________________ ____________________ e direcionar _____________________ ______________________.

22. Tende a não reagir com água, & # 8220 Temor de água & # 8221 ________________________________

23. Atraído por moléculas de água, & # 8220Water Loving & # 8221 _________________________________

24. A água é chamada de ___________________________ ___________________________.
INSTRUÇÕES: Leia o Capítulo 3, Bioquímica, e responda às perguntas abaixo da maneira mais completa e completa possível. Responda à pergunta na forma de redação (não na forma de esboço), usando frases completas. Você pode usar diagramas ou imagens para complementar suas respostas, mas um diagrama ou imagem sozinho, sem uma discussão apropriada, é inadequado.

1. Descreva a estrutura de uma molécula de água e explique como a carga elétrica é distribuída pela molécula.

2. Descreva a estrutura dos aminoácidos e proteínas.

3. Quais são as diferenças estruturais entre monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos?

4. O que é capilaridade? Inclui a definição de adesão e coesão.

5. Como uma reação de condensação difere de uma reação de hidrólise?

6. Dê três razões pelas quais a água é um solvente eficaz.

7. O que é um composto orgânico?

8. Que propriedade permite que compostos de carbono existam em várias formas?

9. A presença de quatro elétrons no nível de energia mais externo de um átomo de carbono permite
átomos de carbono para formar o que TRÊS coisas.

10. Os seres vivos contêm muitas proteínas diferentes de formas e funções muito diferentes.
O que determina a forma e, portanto, a função de uma proteína específica?

11. Como funciona a estrutura de um fosfolipídeo, moléculas lineares com uma extremidade polar e um
extremidade apolar, relaciona-se com sua função na membrana celular?


Assista o vídeo: Reino Monera - O Crescimento Bacteriano e a Função Exponencial. Profs. Samuel Cunha e Paulo (Janeiro 2022).