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fisiologia-e-crescimento-e-metabolismo-bacteriano

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E
IMUNOLOGIA
Fisiologia e Crescimento Bacteriano
Disciplina: Biologia de Microrganismos
Professora: Alessandra Machado
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 catalisadas
por enzimas.
 Metabolismo - conjunto de todas as reações químicas
Anabolismo – conjunto de processos biossintéticos que requerem
energia e que forma os componentes celulares a partir de moléculas
menores: os nutrientes.
Catabolismo - conjunto de processos de degradação de moléculas
e 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.
Macronutrientes
NUTRIENTES
Micronutrientes
Fatores de crescimento
Macronutrientes – necessários em grandes quantidades
Macronutrientes
Funções
Carbono (Compostos orgânicos, CO2)
Oxigênio
(O2, H2O, comp. orgânicos)
Nitrogênio (NH4, NO3, N2, comp. org.)
Hidrogênio (H2, H2O, comp. Orgânicos)
Constituintes de carboidratos, lipídeos, proteínas e
ácidos nucleicos.
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
membranas
Ferro (Fe2+/Fe3+)
Constituição de citocromos e proteínas ferro enxofre
(transportadores de elétrons), cofator de enzimas.
enzimas,
estabiliza
ribossomos
e
Micronutrientes – requeridos em pequenas quantidades
Fatores de crescimento
 Compostos orgânicos requeridos em pequenas quantidades e somente por algumas
bactérias que não podem sintetizá-los.
 Muitos microrganismos são capazes de sintetizá-los.
 Estes compostos entram na composição das células ou de precursores dos
constituintes celulares.
 Três grupos principais
Aminoácidos
Purinas e pirimidinas
Vitaminas
 Ácidos graxos insaturados, colesterol, poliaminas e colinas.
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 composto
orgânico como fonte de carbono. Ex: carboidratos.
Autotróficos – Microrganismos que utilizam
inorgânico como fonte de carbono. Ex: CO2
composto
Fototróficos – microrganismos que utilizam a luz como fonte de
energia.
Quimiotróficos – microrganismos que utilizam compostos
químicos (orgânicos ou inorgânicos) como fonte de energia.
Formas de obtenção de energia
Respiração
aeróbia
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
Piruvato
NAD+ + CoA
Ciclo de
krebs
Acetil CoA
NADH + H+ + CO2
CoA
Oxalacetato
NADH + H+
Citrato
CoA
NAD+
Isocitrato
Malato
NAD+
NADH + H+ + CO2
Fumarato
-cetoglutarato
CoA
FADH2
CoA
FAD+
Succinato
NAD+
NADH + H+ + CO2
Succinil CoA
ATP + CoA ADP + Pi
Cadeia de transporte de elétrons
 Os elétrons transportados pela cadeia são
fornecidos por NADH e FADH2 que foram
reduzidas durante a glicólise e ciclo de Krebs.
 As reações de oxirreduções envolvendo uma série
de transportadores de elétrons geram energia síntese de ATP.
H+
Exterior
H+
H+
Energia
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.
Fermentação: processo no qual os
compostos orgânicos são parcialmente
degradados.
• Não requer o uso do ciclo de Krebs ou
cadeia de transporte de elétrons.
• Utiliza uma molécula
aceptor final de elétrons.
•
orgânica
como
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).
Produtos finais de várias fermentações microbianas a partir do piruvato
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
Crescimento microbiano
Crescimento microbiano – refere-se ao aumento do número e
não do tamanho das células.
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.
Condições necessárias para o crescimento
microbiano
Químicos
Físico-químicos
(ambientais)
• Água
• Macronutrientes
• Micronutrientes
• Fatores de crescimento
• Temperatura
• pH
• Pressão osmótica
• O2
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 cresce
melhor dentro de variações
pequenas de pH, sempre perto
da neutralidade, entre pH 6,5 e
7,5.
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).
Pressão Osmótica
• Halotolerantes: toleram altas concentrações de sais-10% NaCl
• Halofílicos: requerem altos níveis de NaCl (Vibrio cholerae).
Ciclo celular bacteriano
 As bactérias se multiplicam por fissão binária, um processo que
ocorre devido à formação de septos, que se dirigem da superfície
para o interior da célula, dividindo a bactéria em duas células filhas.
 A fissão é precedida pela duplicação do DNA, que se processa de
modo semi-conservativo, e cada célula filha recebe uma cópia do
cromossomo da célula-mãe.
 O período da divisão celular depende do tempo de geração de cada
bactéria.
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
Curva de crescimento bacteriano
Quando uma bactéria é semeada em um meio apropriado, nas condições apropriadas, o
seu 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.
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