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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