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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E IMUNOLOGIA
Disciplina: Biologia de MicrorganismosProfessora: Alessandra Machado
Fisiologia e Crescimento Bacteriano
Composição química de uma célula procariótica
As células procarióticas são compostas por água, macromoléculas, outros
compostos orgânicos e íons.
Dentro de uma célula bacteriana ocorrem reações químicas catalisadaspor enzimas.
Metabolismo - conjunto de todas as reações químicas
Anabolismo – conjunto de processos biossintéticos que requeremenergia e que forma os componentes celulares a partir de moléculasmenores: os nutrientes.
Catabolismo - conjunto de processos de degradação de moléculase nutrientes que liberam energia. As reações catabólicas fornecem
energia para as reações anabólicas ou biossintéticas,
Acoplamento das reações anabólicas e catabólicas é
obtido através do ATP
Nutrição dos microrganismos
• Os microrganismos necessitam de um ambiente propício com todos os
constituintes físicos e químicos necessários para seu crescimento.
• As substâncias ou elementos retirados do ambiente são utilizados
como blocos para a construção da célula.
NUTRIENTES
Macronutrientes
Micronutrientes
Fatores de crescimento
Macronutrientes – necessários em grandes quantidades
Macronutrientes Funções
Carbono (Compostos orgânicos, CO2)
Constituintes de carboidratos, lipídeos, proteínas e
ácidos nucleicos.
Oxigênio (O2, H2O, comp. orgânicos)
Nitrogênio (NH4, NO3, N2, comp. org.)
Hidrogênio (H2, H2O, comp. Orgânicos)
Fósforo (PO4)
Enxofre (SO4, HS, S, comp. enxofre)
Potássio (K+) Atividade enzimática, cofator para várias enzimas
Cálcio (Ca2+) Cofator de enzimas, componente do endósporo
Magnésio (Mg2+) Cofator de enzimas, estabiliza ribossomos e
membranas
Ferro (Fe2+/Fe3+) Constituição de citocromos e proteínas ferro enxofre
(transportadores de elétrons), cofator de enzimas.
Micronutrientes – requeridos em pequenas quantidades
Fatores de crescimento
Compostos orgânicos requeridos em pequenas quantidades e somente por algumasbactérias que não podem sintetizá-los.
Muitos microrganismos são capazes de sintetizá-los.
Estes compostos entram na composição das células ou de precursores dosconstituintes celulares.
Três grupos principais
Ácidos graxos insaturados, colesterol, poliaminas e colinas.
Aminoácidos Purinas e pirimidinas
Vitaminas
Vitaminas requeridas pelos microrganismos e suas funções
Processo de nutrição em procariotos
Gram positivos X Gram negativos
Gram positivas
Gram negativas
Processo de nutrição em procariotos
1) Gram positivas
Sintetizam exoenzimas que são liberadas no meio, clivando os
nutrientes, que são captados por proteínas transportadoras.
2) Gram negativas
Apresentam grande número de porinas associadas à membrana externa
que permitem a passagem de moléculas hidrofílicas, de baixa massa
molecular.
No espaço periplasmático são encontrados proteases, fosfatases, lipases,
nucleases e enzimas de degradacão de carboidratos.
Fontes de carbono e energia para o crescimento bacteriano
As bactérias, de acordo com a fonte de carbono e de energia que utilizam,
podem ser classificadas em:
Heterotróficos – microrganismos que utilizam compostoorgânico como fonte de carbono. Ex: carboidratos.
Autotróficos – Microrganismos que utilizam compostoinorgânico como fonte de carbono. Ex: CO2
Fototróficos – microrganismos que utilizam a luz como fonte deenergia.
Quimiotróficos – microrganismos que utilizam compostosquímicos (orgânicos ou inorgânicos) como fonte de energia.
Formas de obtenção de energia
Respiraçãoaeróbia
Respiração anaeróbia
Fermentação
Conceitos básicos
• Glicólise: oxidação da glicose a ácido pirúvico com produção de
ATP e energia contida em NADH.
• Ciclo de Krebs: oxidação de um derivado do ácido pirúvico
(acetil coenzima A) a dióxido de carbono, com produção de ATP,
energia contida em NADH e FADH2.
• Cadeia de transporte de elétrons: NADH e FADH2 são
oxidados. Cascata de reações de oxirredução envolvendo uma
série de transportadores de elétrons. A energia dessas reações é
utilizada para gerar grande quantidade de ATP.
Glicólise
Glicólise
Oxalacetato
IsocitratoMalato
-cetoglutarato
NAD+
NADH + H+ + CO2
Succinil CoA
CoA
NAD+
NADH + H+ + CO2
CoA
Succinato
ADP + PiATP + CoA
Fumarato
FAD+
FADH2
NAD+
NADH + H+
Piruvato
Acetil CoA
CoA
NAD+ + CoA
NADH + H+ + CO2
CitratoCoA
Ciclo de
krebs
Cadeia de transporte de elétrons
Energia
H+
H+
H+
Exterior
Os elétrons transportados pela cadeia sãofornecidos por NADH e FADH2 que foramreduzidas durante a glicólise e ciclo de Krebs.
As reações de oxirreduções envolvendo uma sériede transportadores de elétrons geram energia -síntese de ATP.
Respiração
a) Respiração aeróbia
- Compostos orgânicos são
completamente degradados.
- O2 é o aceptor final dos
elétrons.
b) Respiração anaeróbia: processo no qual os compostos orgânicos são
completamente degradados, e uma molécula diferente do O2 é o
aceptor final dos elétrons (carbonato, sulfato, nitrato, fumarato).
A quantidade de ATP gerada na respiração anaeróbia varia de
acordo com o microrganismo e a via.
Tem rendimento energético menor do que a respiração aeróbia.
• Não requer o uso do ciclo de Krebs ou
cadeia de transporte de elétrons.
• Utiliza uma molécula orgânica como
aceptor final de elétrons.
• Não requer oxigênio, mas algumas vezes
pode ocorrer na presença deste.
• Produz somente pequenas quantidades de
ATP (grande parte da energia original dos
compostos catabolizados permanece ainda
nas ligações químicas dos compostos
orgânicos formados).
Fermentação: processo no qual oscompostos orgânicos são parcialmentedegradados.
Organismo Produtos finais da fermentação
Streptococcus, Lactobacillus,
Bacillus
Ácido láctico
Saccharomyces Etanol e CO2
Propionibacterium Ác. propiônico, ác. acético, CO2, H2
Clostridium Ác. butírico, butanol, acetona, álcool
isopropílico e CO2
Escherichia, Salmonella Etanol, ác. láctico, ác. succínico, ác.
acético, CO2, H2
Enterobacter Etanol, ác. láctico, ác. fórmico, butanodiol,
acetoína, CO2, H2
Produtos finais de várias fermentações microbianas a partir do piruvato
Os microrganismos em crescimento estão, na
verdade, aumentando o seu número e se
acumulando em colônias
COLÔNIAS => grupos de células => visualização
sem utilização de microscópio.
Crescimento microbiano – refere-se ao aumento do número e
não do tamanho das células.
Crescimento microbiano
Condições necessárias para o crescimento
microbiano
Físico-químicos
(ambientais)
• Temperatura
• pH
• Pressão osmótica
• O2
Químicos
• Água
• Macronutrientes
• Micronutrientes
• Fatores de crescimento
Fatores ambientais que interferem no crescimento microbiano
Temperatura
pH
Oxigênio
Pressão osmótica
Efeito da temperatura no crescimento microbiano
Classificação dos microrganismos quanto à temperatura de
crescimento
Efeito do pH no crescimento microbiano
A maioria das bactérias crescemelhor dentro de variaçõespequenas de pH, sempre pertoda neutralidade, entre pH 6,5 e7,5.
Oxigênio
• Componente universal das células.
Formas reativas (tóxicas) de oxigênio
Mecanismo de detoxificação
Classificação quanto à exigência de oxigênio
a) Aeróbios obrigatórios – exigem a
presença de oxigênio.
b) Anaeróbios obrigatórios – não
toleram a presença de oxigênio.
c) Anaeróbios facultativos – crescem
na presença ou ausência de oxigênio.
d) Microaerófilos – exigem a presença
de oxigênio em pequena quantidade,
não toleram as pressões normais de
oxigênio atmosférico.
Pressão Osmótica
• Halotolerantes: toleram altas concentrações de sais-10% NaCl
• Halofílicos: requerem altos níveis de NaCl (Vibrio cholerae).
• Halotolerantes: toleram altas concentrações de sais-10% NaCl
• Halofílicos: requerem altos níveis de NaCl (Vibrio cholerae).
Pressão Osmótica
Ciclo celular bacteriano
As bactérias se multiplicam por fissão binária, um processo queocorre devido à formação de septos, que se dirigem da superfíciepara o interior da célula, dividindo a bactéria em duas células filhas.
A fissão é precedida pela duplicação do DNA, que se processa demodo semi-conservativo, e cada célula filha recebe uma cópia docromossomo da célula-mãe.
O período da divisão celular depende do tempo de geração de cadabactéria.
Tempo de geração: tempo necessário para uma célula se dividir em duas
->Invaginação da membrana citoplasmática,
parede celular e em gram negativa da mb
externa também.
-> DNA completo, todas as
macromoléculas, monômeros e
íons inorgânicos
Quando uma bactéria é semeada em um meio apropriado, nas condições apropriadas, oseu crescimento segue uma curva definida e característica:
A – Fase Lag: pouca divisão celular, os
microrganismos estão se adaptando ao
meio em que estão crescendo. As
células aumentam de tamanho, mas não
em número.
B – Fase exponencial (log):
crescimento exponencial, divisões
celulares sucessivas, grande atividade
metabólica.
C – Fase estacionária: decréscimo na
taxa de divisão celular, onde a
velocidade de crescimento = velocidade
de morte.
D – Fase de declínio ou morte:
condições impróprias para o
crescimento, meio deficiente em
nutrientes e rico em toxinas, onde as
células mortas excedem o número de
células vivas.
Curva de crescimento bacteriano