Em formação

9.3: Os efeitos do pH no crescimento microbiano - Biologia


objetivos de aprendizado

  • Ilustrar e descrever brevemente os requisitos mínimos, ótimos e máximos de pH para o crescimento
  • Identificar e descrever as diferentes categorias de micróbios com requisitos de pH para o crescimento: acidófilos, neutrófilos e alcalifílicos
  • Dê exemplos de microrganismos para cada categoria de requisito de pH

Pratos temperados com iogurte, picles, chucrute e limão devem seu sabor picante a um alto teor de ácido (Figura ( PageIndex {1} )). Lembre-se de que a acidez é uma função da concentração de íons hidrogênio [H+] e é medido como pH. Ambientes com valores de pH abaixo de 7,0 são considerados ácidos, enquanto aqueles com valores de pH acima de 7,0 são considerados básicos. O pH extremo afeta a estrutura de todas as macromoléculas. As ligações de hidrogênio que mantêm os filamentos de DNA se rompem em pH alto. Os lipídios são hidrolisados ​​por um pH extremamente básico. A força motriz de prótons responsável pela produção de ATP na respiração celular depende do gradiente de concentração de H+ através da membrana plasmática (consulte Respiração celular). If H+ Os íons são neutralizados por íons hidróxido, o gradiente de concentração entra em colapso e prejudica a produção de energia. Mas o componente mais sensível ao pH na célula é seu carro-chefe, a proteína. Mudanças moderadas no pH modificam a ionização de grupos funcionais de aminoácidos e rompem as ligações de hidrogênio, que, por sua vez, promove alterações no dobramento da molécula, promovendo desnaturação e destruindo a atividade.

O pH de crescimento ideal é o pH mais favorável para o crescimento de um organismo. O menor valor de pH que um organismo pode tolerar é chamado de pH mínimo de crescimento e o pH mais alto é o pH máximo de crescimento. Esses valores podem abranger uma ampla gama, o que é importante para a preservação dos alimentos e para a sobrevivência dos microrganismos no estômago. Por exemplo, o pH ótimo de crescimento de Salmonella spp. é 7,0-7,5, mas o pH mínimo de crescimento está mais próximo de 4,2.

A maioria das bactérias são neutrófilos, o que significa que crescem de forma ideal em um pH dentro de uma ou duas unidades de pH do pH neutro de 7 (ver Figura ( PageIndex {2} )). Bactérias mais familiares, como Escherichia coli, estafilococos e Salmonella spp. são neutrófilos e não se saem bem no pH ácido do estômago. No entanto, existem cepas patogênicas de E. coli, S. typhi, e outras espécies de patógenos intestinais que são muito mais resistentes ao ácido estomacal. Em comparação, os fungos prosperam em valores de pH ligeiramente ácidos de 5,0–6,0.

Microorganismos que crescem de maneira ideal em pH inferior a 5,55 são chamados de acidófilos. Por exemplo, a oxidação de enxofre Sulfolobus spp. isolados de campos de lama de enxofre e fontes termais no Parque Nacional de Yellowstone são acidófilos extremos. Essas arquéias sobrevivem em valores de pH de 2,5–3,5. Espécies do gênero arqueano Ferroplasma vivem em drenagem ácida de minas em valores de pH de 0–2,9. Lactobacillus bactérias, que são uma parte importante da microbiota normal da vagina, podem tolerar ambientes ácidos em valores de pH 3,5-6,8 e também contribuir para a acidez da vagina (pH de 4, exceto no início da menstruação) por meio de sua produção metabólica de ácido láctico. A acidez da vagina desempenha um papel importante na inibição de outros micróbios que são menos tolerantes à acidez. Os microrganismos acidofílicos exibem uma série de adaptações para sobreviver em ambientes ácidos fortes. Por exemplo, as proteínas apresentam carga superficial negativa aumentada que as estabiliza em pH baixo. As bombas ejetam H ativamente+ íons para fora das células. As mudanças na composição dos fosfolipídios da membrana provavelmente refletem a necessidade de manter a fluidez da membrana em pH baixo.

Na outra extremidade do espectro estão os alcalifilos, microrganismos que crescem melhor em pH entre 8,0 e 10,5. Vibrio cholerae, o agente patogênico da cólera, cresce melhor com pH ligeiramente básico de 8,0; pode sobreviver a valores de pH de 11,0, mas é inativado pelo ácido do estômago. Quando se trata de sobrevivência em pH alto, o rosa brilhante arqueano Natronobacterium, encontrado nos lagos de soda do Vale do Rift Africano, pode manter o recorde em um pH de 10,5 (Figura ( PageIndex {3} )). Os alcalifilos extremos se adaptaram a seu ambiente hostil por meio da modificação evolutiva da estrutura de lipídios e proteínas e mecanismos compensatórios para manter a força motriz do próton em um ambiente alcalino. Por exemplo, o alcalifilo Bacillus firmus deriva a energia para as reações de transporte e motilidade de um Na+ gradiente de íons, em vez de uma força motriz de prótons. Muitas enzimas de alcalifilos têm um ponto isoelétrico mais alto, devido ao aumento no número de aminoácidos básicos, do que enzimas homólogas de neutrófilos.

SOBREVIVÊNCIA COM O BAIXO PH DO ESTÔMAGO

Úlceras pépticas (ou úlceras estomacais) são feridas dolorosas no revestimento do estômago. Até a década de 1980, acreditava-se que eram causados ​​por alimentos picantes, estresse ou uma combinação de ambos. Os pacientes eram normalmente aconselhados a comer alimentos leves, tomar medicamentos antiácidos e evitar o estresse. Esses remédios não eram particularmente eficazes, e a condição costumava voltar. Tudo isso mudou dramaticamente quando a verdadeira causa da maioria das úlceras pépticas foi descoberta ser uma bactéria delgada em forma de saca-rolhas, Helicobacter pylori. Este organismo foi identificado e isolado por Barry Marshall e Robin Warren, cuja descoberta lhes rendeu o Prêmio Nobel de Medicina em 2005.

A habilidade de H. pylori sobreviver ao baixo pH do estômago parece sugerir que ele é um acidófilo extremo. Acontece que não é esse o caso. Na verdade, H. pylori é um neutrófilo. Então, como ele sobrevive no estômago? Notavelmente, H. pylori cria um microambiente no qual o pH é quase neutro. Ele consegue isso produzindo grandes quantidades da enzima urease, que decompõe a ureia para formar NH4+ e companhia2. O íon amônio aumenta o pH do ambiente imediato.

Esta capacidade metabólica de H. pylori é a base de um teste preciso e não invasivo de infecção. O paciente recebe uma solução de ureia contendo átomos de carbono marcados radioativamente. Se H. pylori está presente no estômago, ele irá quebrar rapidamente a uréia, produzindo CO radioativo2 que pode ser detectado na respiração do paciente. Como as úlceras pépticas podem levar ao câncer gástrico, os pacientes que estão determinados a ter H. pylori as infecções são tratadas com antibióticos.

Exercício ( PageIndex {1} )

  1. Que efeito os extremos de pH têm nas proteínas?
  2. Que tipo de bactéria adaptável ao pH seria a maioria dos patógenos humanos?

Conceitos-chave e resumo

  • Bactérias são geralmente neutrófilos. Eles crescem melhor em pH neutro próximo a 7,0.
  • Acidófilos crescer otimamente em um pH próximo a 3,0. Alcalifilos são organismos que crescem de forma ideal entre um pH de 8 e 10,5. Os acidófilos e alcalifílicos extremos crescem lentamente ou nem chegam perto do pH neutro.
  • Os microrganismos crescem melhor em seus pH de crescimento ideal. O crescimento ocorre lentamente ou não ocorre abaixo do pH de crescimento mínimo e acima do pH de crescimento máximo.

Múltipla escolha

As bactérias que crescem na drenagem de minas em pH 1–2 são provavelmente quais das seguintes?

A. alkaliphiles
B. acidófilos
C. neutrófilos
D. obrigar anaeróbios

B

Bactérias isoladas do Lago Natron, onde o pH da água é próximo a 10, são quais das seguintes?

A. anaeróbios facultativos
C. anaeróbios obrigatórios

UMA

Em que ambiente você tem maior probabilidade de encontrar um acidófilo?

A. sangue humano em pH 7,2
B. um respiradouro quente em pH 1,5
C. intestino humano em pH 8,5
D. leite em pH 6,5

B

Preencher a lacuna

Uma bactéria que se desenvolve em um lago de soda onde o pH médio é de 10,5 pode ser classificada como (n) ________.

alcalifilo

Lactobacillus acidophilus cresce melhor em pH 4,5. É considerado um (n) ________.

acidófilo

Resposta curta

Qual macromolécula da célula é mais sensível às mudanças no pH?

Qual processo metabólico na célula bacteriana é particularmente desafiador em pH alto?

Pensamento crítico

Pessoas que usam inibidores da bomba de prótons ou antiácidos são mais propensas a infecções do trato gastrointestinal. Você pode explicar a observação à luz do que aprendeu?


Assista o vídeo: Microbiologia e Imunologia Aula 04 - Crescimento microbiano e controle (Dezembro 2021).