Leveduras I

Aula de leveduras I, Professor Julio C. Ferreira, LFBM, Disciplina de Vegetais Inferiores, 1 0 sem. 2006. Leveduras:

Leveduras são definidas como fungos que têm a fase unicelular como predominante em seu ciclo de vida, nos quais a reprodução se dá por brotamento ou por fissão. Embora haja fungos que apresentem uma fase leveduriforme em seu ciclo de vida, esta tem que ser   predominante para que um fungo possa ser classificado como levedura. Porém, o termo levedur leveduraa não tem nenhum nenhum signif significa icado do taxonô taxonômic mico, o, denotan denotando do apenas apenas uma forma forma de crescimento de fungos. Deste modo, existem várias espécies de zigomicetos, ascomicetos,  basidiomicetos e deuteromicetos que podem apresentar crescimento tanto micelial como leveduriforme, de acordo com as condições ambientais. A orde ordem m Sacc Sacchar harom omyc ycet etal ales es é a que que conc concen entr traa a maio maiorr part partee das das leve levedur duras as conhecidas, embora haja também leveduras basiodiomicetos, ficomicetos e em outras ordens ordens de ascomi ascomicet cetos. os. Esta Esta ordem ordem é caract caracteri erizad zadaa não pela fase levedurif leveduriform ormee de crescimento, mas sim pela ausência de ascocarpos e de hifas ascogênicas. A plasmogamia nesta ordem ocorre pela fusão das células que funcionam como gametângios e a cariogamia ocorre logo após a plasmogamia de forma que não existe estágio dicariótico. Dependendo da espécie, a fase diplóide é predominante, porém, existem casos nos quais a fase aploide é a predominante. Fungos dimórficos

São fungos que podem crescer tanto unicelularmente como pluricelularmente. Quando o crescimeto é unicelular se diz que é leveduriforme, quando é pluricelular se diz que é micelial. Para que um fungo seja considerado dimórfico ele precisa apresentar as duas formas de crescimento, que variam conforme c onforme as condições ambientais . Como exemplos podemos citar o fungo Patogênico  Histoplasma  Histoplasma capsulatum capsulatum, que no ambiente cresce micelialmente e quando infecta o homem e outros animais cresce na forma leveduriforme, o meio, externo ou interno, constitui a condição ambiental determinante da forma de crescimento. Outras condições como a presença de determinados nutrientes no mei meio ou a tempe empera rattura ura pode podem m tam também bém dete deterrmi mina narr a form formaa de cres cresci cim mento ento e conseqüentemente o dimorfismo.

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Acima pode-se ver à esquerda o fungo crescido no organismo a 37oC, à direita se se vê fungo crescido em cultura a 25oC Pseudohifas

São formas alternativas ao crescimento leveduriforme, nas pseudohifas as células são alongadas, na forma de hifas, porem não há divisão entre elas, não há septo e existe apenas um núcleo. Em Candida albicans são muito freqüentes, principalmente nas formas invasivas dos tecidos.

Acima pode-se ver à esquerda material contendo Candida albicans de cavidade oral, onde e observa formas leveduriformes e pseudohifas, à direita se vê a cavidade oral infectada (sapinho). Ocorrência das leveduras

A maioria das espécies de leveduras ocorre na natureza em exudatos açucarados de  plantas, e no néctar das flores, também há muitas espécies que ocorrem na superfície de frutas frescas ou em frutas apodrecidas. Em comum, todos os habitats contêm altas concentrações de açucares. Como as leveduras têm grande capacidade de resistência ao estresse osmótico, é comum encontrá-las como contaminantes em produtos industrializados derivados derivados de frutas ou em salmouras salmouras de conservas de alimentos. alimentos. Há também leveduras leveduras associadas a águas doces e salgadas, solos, excrementos e trato digestivo de animais. Existem ainda leveduras associadas a insetos, que as dispersam.

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Histórico: 1680 - As leveduras foram visualizadas pela primeira vez

em 1680 por Antony van

Leewenhoeck em material recolhido de dornas de cervejaria.

Antony van Leewenhoeck, inventor do microscópio e primeiro a observar os microrganismos. microrganismos. 1837 - A levedura de cervejaria foi classificada por Schwann como fungo do açúcar, em

alemão zuckerpilz, e em latim Saccharomyces. 1866 – Pasteur publica sue trabalho clássico “Études sur lê vin”, no qual reconhece as

leveduras (Saccharomyces) como agente de fermentação. 1876 – Pasteur publica outro trabalho clássico “Études sur la

bière” atribuindo às leveduras

(Saccharomyces) papel na cervejaria idêntico ao exercido na fermentação do vinho.

À esquerda, Louis Pasteur, é o criador da microbiologia científica, científica, estudou as doenças contagiosas relacionando-as com os microrganismos, as fermentações, a assepsia e as vacinas. À direita capa de um de seus trabalhos clássicos. 1893 – Schizosaccharomyces pombe foi isolada de cerveja artesanal africana. 1912 – Guillermond publica o primeiro trabalho sobre

a sistemática das leveduras,

descrevendo várias espécies. 1910 a 1980 – Desenvolvimento das técnicas de genética de leveduras.

Aula de leveduras I, Professor Julio C. Ferreira, LFBM, Disciplina de Vegetais Inferiores, 1 0 sem. 2006. 1996 – Liberada a seqüência do genoma de Saccharomyces, primeiro eucarioto a ter seu

genoma seqüenciado. 1970 a 2006 – Desenvolvimento das técnicas de biologia molecular de leveduras, que ainda

estão em desenvolvimento. Importância

Leveduras estão associadas aos seguintes produtos: Panificação Cervejaria Vinícola Farmacêutica (produção de riboflavina e outras o utras vitaminas do complexo B) Álcool combustível Fermentações em geral Produção de ácido cítrico Também são importantes como: Suplemento alimentar  Fitopatógenos Micoparasitas Patógenos humanos e animais (candidiases, criptococose, histoplasmose) Contaminantes de alimentos Componentes de ecossistemas Modelo científico Leveduras e industria de alimentos:

As leveduras, principalmente as do gênero Saccharomyces, estão ligadas ao homem desde tempos pré-históricos, participando dos processos de panificação, de produção de vinho, de cerveja e de outras bebidas fermentadas. O uso de extrato de leveduras como complemento alimentar humano nem sempre é recomendado devido à sua grande concentração de ácidos nucléic nucléicos, os, que geram geram ácido ácido úrico úrico em sua metabo metaboliz lizaçã ação. o. Devido Devido à sua versat versatili ilidade dade metabólica as leveduras são usadas para a produção de proteínas destinadas principalmente à nutrição animal. Como exemplo podemos citar o uso de Saccharomyces e Kluyveromyces no enriquecimento protéico de matérias nutritivamente pobres como melaço e soro de leite

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respectivamente. Também subprodutos oriundos do processamento industrial de materiais amilác amiláceos eos,, papel, papel, laticí laticínio nios, s, cervej cervejari ariaa e ind indust ustri rias as alimen alimentar tares es em geral geral podem podem ser  enriquecidos em proteínas através da levedura Candida utilis . Espécies

Atualmente estão definidas cerca de 500 espécies de leveduras distribuídas em 59 gêneros, sendo que destes, 35 são classificados como ascomicetos, 6 como basidiomicetos e 18 como deuteromicetos. Muitas Muitas espéci espécies es de levedur leveduras as têm grande grande impor importân tância cia econôm econômica ica,, por estare estarem m envolvidas em processos industriais de bebidas, laticínios, de alimentos em geral e de   produtos químicos como enzimas, ácido cítrico, ácido lático, etanol etc. Em processos industriais, são desejáveis as características de crescimento em altas e baixas ba ixas temperaturas e a tolerância a altas concentrações de solutos. Principais espécies   Saccharomuces Saccharomuces cerevisiae cerevisiae:

É a leve levedu dura ra de pani panifi fica caçã ção, o, cerv cervej ejar aria ia e dorn dornas as de

fermentação fermentação.. As leveduras leveduras são recolhidas recolhidas após os processos de fermentação fermentação e depois de secas a vapor são vendidas como alimento tanto para humanos como para animais. Leveduras cruas ou na forma de extrato de levedo são fontes de vitaminas do complexo B. Candida utilis:

Levedura capaz de crescer em no resíduo de processamento da indústria de

 papel e celulose, este resíduo é chamado licor e é rico em pentoses. O crescimento de Candida utilis

no licor reduz sua demanda biológica de oxigênio, tornando mais fácil seu

descarte no ambiente além de gerar biomassa usada para alimentação animal.   Kluyveromyces marxianus: Esta

levedura cresce em soro de leite e é também usada para

diminuir a DBO deste efluente da indústria de laticínios e para produzir biomassa para alimentação animal.  Phaffia  Phaffia rhodozyma rhodozyma :

Produz o corante astaxantina, que é usado na psicultura de salmão e

truta, carcinocultura, e avicultura. Também pode ser usada como complemento alimentar  humano.  Shizosaccharomyces pombe: Usada como modelo científico Cryptococcus neoformans: Patógeno humano, causador de micoses sistêmicas. Candida albicans: Patógeno humano causador de micoses (candidiases) superficiais (pele e

mucosas) e profundas (sistêmicas, invasivas de órgãos e tecidos)

Aula de leveduras I, Professor Julio C. Ferreira, LFBM, Disciplina de Vegetais Inferiores, 1 0 sem. 2006.   Blastomyces Blastomyces spp:

Patógeno humano causador de micoses (blastomicoses) superficiais

(pele e mucosas) e profundas (sistêmicas, invasivas de órgãos e tecidos)  Paracoccidio  Paracoccidioides ides brasiliensis brasiliensis:

Patógeno Patógeno humano causador de micoses micoses (blastomic (blastomicoses) oses)

superficiais (pele e mucosas) e profundas (sistêmicas, invasivas de órgãos e tecidos) Formas de Reprodução

As leveduras podem se reproduzir por: -Gemulação

Saccharomyces cerevisiae, cerevisiae, microfotografias, óptica (esquerda) e eletrônica (direita) mostrando o processo de gemulação ou brotamento.

-Fissão

Microfotografia Microfotografia óptica se Schizosacharomyces Schizosacharomyces pombe, mostrando a divisão por fissão.

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-Esporulação, que pode ser: Asexuada por formação de esporos assexuados como

conídia, artrosporos, blastosporos,

clamidosporos etc. Sexuada (formação de ascosporsos, basidiosporos etc)

Ciclos homotálico e heterotálico de Saccharomyces, mostrando os esporos sexuais (ascósporos). (ascósporos). O ciclo heterotálico, representado representado à direita é o que permite que se faça genética clássica de leveduras, por meio da dissecção dos ascos e isolamento isolamento dos respectivos respectivos esporos.

Citologia

A citologia das leveduras é a das células eucarióticas, com exceção dos cloroplastos elas têm todas as demais organelas eucarióticas. A parede celular é composta por plissacarídeos de glicose (glucanas β 1 __ >6), polímeros de manose (mananas) e quitina.

Organelas e compartimentos em uma célila de levedura Metabolismo

As leveduras são capazes de crescer tanto em aerobiose como em anaerobiose, quando há a  presença  presença de açucares açucares fermentávei fermentáveiss no meio, como glicose, glicose, frutose, sacarose sacarose ou maltose, maltose, o

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crescimento é anaeróbico, as enzimas da cadeia respiratória e do ciclo de Krebs têm sua síntese reprimida, num fenômeno chamado repressão catabólica por glicose. Quando da ausência desses açucares no meio, as enzimas do metabolismo respiratório passam a ser  sintetizadas e o crescimento passa a ser aeróbico. Devido a isto as leveduras são capazes de fazer a fermentação alcoólica. A descoberta da fermentação alcoólica foi, provavelmente, muito bem recebida pela humanidade, devido ao fato de preservarem alimentos tanto dim diminui inuind ndoo o pH com como pel pela prod produç ução ão de etan etanol ol,, cond condiições ções nas nas quai quaiss pouc poucos os microrganismos, além das leveduras, sobrevivem.

Esquema mostrando as duas formas de crescimento possível em leveduras, aeróbica à esquerda, ou anaeróbica à direita.