Efectele pH-ului asupra microbiologiei creșterii microbiene
Iaurtul, murăturile, varza murată și felurile de mâncare condimentate cu var, toate își datorează gustul acidulat unui conținut ridicat de acid (Figura 1). Amintiți-vă că aciditatea este o funcție a concentrației ionilor de hidrogen [H +] și este măsurată ca pH. Mediile cu valori ale pH-ului sub 7,0 sunt considerate acide, în timp ce cele cu valori ale pH-ului peste 7,0 sunt considerate bazice. PH-ul extrem afectează structura tuturor macromoleculelor. Legăturile de hidrogen care țin împreună fire de ADN se separă la pH ridicat. Lipidele sunt hidrolizate de un pH extrem de bazic. Forța motrice a protonului responsabilă de producerea de ATP în respirația celulară depinde de gradientul de concentrație de H + pe membrana plasmatică (vezi Respirația celulară). Dacă ionii H + sunt neutralizați de ioni hidroxid, gradientul de concentrație se prăbușește și afectează producția de energie. Dar componenta cea mai sensibilă la pH din celulă este calul său de lucru, proteina. Modificările moderate ale pH-ului modifică ionizarea grupărilor funcționale ale aminoacizilor și perturbă legătura de hidrogen, ceea ce, la rândul său, promovează schimbări în plierea moleculei, promovând denaturarea și distrugerea activității.
Figura 1. Bacteriile lactice care fermentează laptele în iaurt sau transformă legumele în murături prosperă la un pH apropiat de 4,0. Varza verde și felurile de mâncare, cum ar fi pico de gallo, își datorează aroma acidulată acidității lor. Alimentele acide au fost un pilon al dietei umane de secole, în parte, deoarece majoritatea microbilor care cauzează deteriorarea alimentelor cresc cel mai bine la un pH aproape neutru și nu tolerează bine aciditatea. (credit „iaurt”: modificare a lucrării prin „nina.jsc”/Flickr; credit „murături”: modificare a lucrării de Noah Sussman; credit „varză murată”: modificare a lucrării de Jesse LaBuff; credit „pico de gallo”: modificare de lucru de „regan76 ″/Flickr)
creșterea optimă a pH-ului este cel mai favorabil pH pentru creșterea unui organism. Cea mai mică valoare a pH-ului pe care un organism o poate tolera se numește pH minim de creștere iar cel mai mare pH este pH maxim de creștere. Aceste valori pot acoperi o gamă largă, care este importantă pentru conservarea alimentelor și pentru supraviețuirea microorganismelor în stomac. De exemplu, pH-ul optim de creștere al Salmonella spp. este de 7,0-7,5, dar pH-ul minim de creștere este mai apropiat de 4,2.
Figura 2. Curbele arată intervalele aproximative de pH pentru creșterea diferitelor clase de procariote specifice pH-ului. Fiecare curbă are un pH optim și valori extreme ale pH-ului la care creșterea este mult redusă. Majoritatea bacteriilor sunt neutrofile și cresc cel mai bine la pH aproape neutru (curba centrală). Acidofilii au o creștere optimă la valori de pH apropiate de 3, iar alcalifilii au o creștere optimă la valori de pH peste 9.
Majoritatea bacteriilor sunt neutrofile, adică cresc în mod optim la un pH în una sau două unități de pH de pH neutru de 7 (vezi Figura 2). Cele mai cunoscute bacterii, cum ar fi Escherichia coli, stafilococi și Salmonella spp. sunt neutrofile și nu se descurcă bine în pH-ul acid al stomacului. Cu toate acestea, există tulpini patogene de E. coli, S. typhi și alte specii de agenți patogeni intestinali care sunt mult mai rezistenți la acidul stomacal. În comparație, ciupercile prosperă la valori ușor acide ale pH-ului de 5,0-6,0.
Se numesc microorganisme care cresc optim la pH mai mic de 5,55 acidofili. De exemplu, oxidantul de sulf Sulfolobus spp. izolate de câmpurile de nămol de sulf și izvoarele termale din Parcul Național Yellowstone sunt acidofile extreme. Aceste arhee supraviețuiesc la valori de pH de 2,5–3,5. Specie din genul arhaean Ferroplasma trăiesc în drenajul acid al minelor la valori de pH de 0-2,9. Lactobacillus bacteriile, care sunt o parte importantă a microbiotei normale a vaginului, pot tolera mediile acide la valori de pH 3,5–6,8 și, de asemenea, contribuie la aciditatea vaginului (pH de 4, cu excepția menstruației) prin producția metabolică de acid lactic. Aciditatea vaginului joacă un rol important în inhibarea altor microbi care sunt mai puțin toleranți la aciditate. Microorganismele acidofile prezintă o serie de adaptări pentru a supraviețui în medii acide puternice. De exemplu, proteinele prezintă o încărcare de suprafață negativă crescută care le stabilizează la pH scăzut. Pompele evacuează activ ioni H + din celule. Modificările în compoziția fosfolipidelor de membrană reflectă probabil necesitatea de a menține fluiditatea membranei la pH scăzut.