Metabolismo e crescimento bacteriano

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MICROBIOLOGIA 
19/11/2021 – BACTERIOLOGIA BÁSICA 
Metabolismo e crescimento bacteriano 
Metabolismo microbiano 
 
As bactérias da nossa microbiota ou 
patogênicas: são quimiorganotróficas, 
precisarão de compostos orgânicos, 
geralmente baseados na glicose. Teremos 
respiração celular ou fermentação que gerará 
ATP. 
Temos outros microrganismo que retirarão de 
compostos inorgânicos ou farão fotossíntese. 
Esse ATP participará de toda a fisiologia, 
metabolismo da célular bacteriana. 
 
 
As reações que envolverão a fisiologia e 
metabolismo dessas células bacterianas 
dependerão de compostos químicos 
(microrganismos quimiotróficos). 
Temos como fonte de carbono principalmente 
os compostos orgânicos. 
Posso ter nesse processo final de 
metabolismo um aceptor final de elétrons que 
é o oxigênio, a gente pensa na respiração 
celular aeróbica. 
No caso das células procarióticas, onde ocorre 
o processo de respiração celular, onde temos 
a cadeia de transporte de elétrons, e como 
receptor final de elétrons o oxigênio → 
mitocôndrias. 
Mitocôndria → talvez a evolução de uma 
célula bacteriana, estruturas parecidas 
Bactérias não possuem mitocôndria, ocorrerá 
nos mesossomos da membrana celular 
(processo semelhante). 
Vários microrganismos não vão realizar essa 
geração de ATP baseado nessa cadeia 
respiratória, cadeia de transporte elétrons, e 
como receptor final de elétrons o oxigênio. 
Teremos então as bactérias que farão 
fermentação ou terão esse processo de 
respiração com outros receptores finais de 
elétron. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Metabolismo dos carboidratos 
Fonte primária de energia celular → 
metabolismo de carboidratos (glicose); 
Produção de energia e biossíntese de 
componentes celulares e aminoácidos; 
 
Respiração: 
• Respiração aeróbica; 
• Respiração anaeróbica; 
A diferença entre elas é o aceptor final de 
elétrons. Aeróbica: oxigênio e anaeróbica: 
outros compostos orgânicos. 
 
Fermentação: 
• Fermentação homolática (gera um único 
tipo de produto final de fermentação); 
• Fermentação alcóolica (vinho, cerveja, gera 
um produto alcóolico); 
• Fermentação heterolática (acontece com 
boa parte das bactérias, gera mais de um 
tipo de produto final de fermentação); 
 
Metabolismo microbiano 
 
Respiração tem geração de NADH, FADH, ciclo 
de Krebs (total ou parcial), e no final a cadeia 
transportadora de elétrons onde teremos a 
geração maior de oxigênio. 
Bactérias que são fermentadoras precisam 
fermentar grande quantidade de substrato 
para gerar uma mesma quantidade de ATP que 
teríamos pela via respiratória. 
Fermentação: glicose quebrada em duas 
moléculas de ácido pirúvico e o que mudará 
são os caminhos a partir do ácido pirúvico. 
Teremos diferentes produtos finais. 
 
Diversas vias glicolíticas 
1.Via Embden-Meyerhoff-Parnas (EMP) 
• Glicólise “clássica”; 
• Presente em todos os organismos vivos. 
 
2.Via Pentose monofosfato (HMP) 
• Quebra de açúcar com 5 carbonos; 
• Síntese de ácidos nucleicos. 
 
3.Via Etner-Doudoroff (ED) 
• Encontrada das Pseudomonas e gêneros 
relacionados (bactérias que degradam de 
forma ruim alimentos ou que fazem a 
fermentação alcóolica); 
• Piruvato reduzido a etanol. 
 
Ciclo de Krebs/ 
respiração aeróbica 
• Bactérias não tem mitocôndrias, o ciclo 
ocorre no citoplasma e depois a cadeia de 
transporte de elétrons vai ocorrer nos 
mesossomos da membrana 
citoplasmática; 
• O ciclo é funcional em muitas bactérias 
aeróbicas, protozoários e maioria das algas 
e fungos; 
• E. coli (anaeróbicas facultativas) não usa 
este ciclo completo em condições 
anaeróbicas ou quando a concentração de 
glicose é alta. 
 
 
 
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Ocorre oxidação energética gerando as 
coenzimas importantes FADH e NAD, sempre 
liberando CO2. 
A cadeia de transporte de elétrons ocorre nos 
mesossomos da membrana citoplasmática. 
Temos a membrana dividida em membrana 
interna e externa. 
Processo oxidativo, de respiração celular, há 
uma geração de uma grande quantidade de 
ATP. Algumas enzimas importantes auxiliam 
na entrada e saída de ATP. 
 
Respiração anaeróbica 
• O aceptor final de elétrons são compostos 
inorgânicos diferente de O2; 
• Ex: NO3, NO2, N2O, N2, SO4, H2S, CO3, etc; 
• Produção de ATPs menor, crescimento 
mais lento; 
• Glicólise + fermentação. 
 
 
 
Glicólise: vias de fermentação 
a) Fermentação homolática 
Ácido pirúvico → Ácido lático 
Bactérias que fazem a deterioração dos 
alimentos, mas também que geram alimentos. 
Ex: Streptococcus, Lactobacillus 
 
b) Fermentação alcóolica 
Ácido pirúvico → Etanol 
Ex: Leveduras (Saccharomyces spp) 
 
c) Fermentação mista ou heterolática 
Ácido pirúvico → Ácido lático/ácido 
acético/ácido succínico 
Pode gerar etanol também - H2 + CO2 + Etanol 
Ex: Escherichia coli e algumas enterobactérias 
 
Glicólise gera duas moléculas de ácido 
pirúvico, isso gera enzimas e uma pequena 
parte de moléculas de ATP, nesse caminho o 
ácido pirúvico pode ir a fermentação lática 
gerando duas moléculas de ácido lático ou 
pode ir gerar o etanol. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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A célula bacteriana para sobreviver e fazer 
multiplicação precisa não apenas de ATP. 
Precisará fazer metabolismo de lipídeos para 
extrair energia dessas vias, como de proteínas. 
 
Metabolismo lipídeos 
Lipases: produzem enzimas extracelulares, 
essas serão jogadas para fora do espaço 
intracelular das bactérias e irão quebrar os 
lipídeos em ácido graxo e glicerol. 
 
Metabolismo oxidativo de proteínas 
Desaminação: remoção do grupo amino 
(convertido em NH4+ e excretado da célula) e 
ácidos orgânicos (ciclo de Krebs); 
Descarboxilação: remoção de COOH; 
Desidrogenação: remoção de OH. 
 
Crescimento microbiano 
Crescimento de uma população de células 
bacteriana (uma célula dará origem à outras 
células, dependendo do tempo de geração ou 
de duplicação). 
Tempo de geração: cada vez que temos uma 
célula se dividindo por fissão binária (célula 
mãe → duas células filhas). Vai duplicando, 
multiplicando-se (diferente do vírus que se 
replica). 
UFC: unidade formadora de colônia. 
 
Fatores físicos 
Temperatura, pH e pressão osmótica 
(contração de sal). 
 
1. Temperatura: 
A maioria dos microrganismos crescem bem 
nas temperaturas ideais para os seres 
animais/humanos. 
Temperatura de crescimento mínimo: menor 
temperatura onde a espécie é capaz de 
crescer; 
Temperatura de crescimento ótima: onde a 
espécie apresenta melhor crescimento (ótimo 
exponencial em curto espaço de tempo); 
Temperatura de crescimento máxima: maior 
temperatura, onde ainda é possível o 
crescimento (sem ter inativação ou morte). 
 
 
 
Classificação dos 
microrganismos 
3 grupos: 
Psicrófilos: 
• Crescem em baixas temperaturas (-10 a 
15ºC); 
• Temperatura ótima: 15ºC; 
• Oceano, regiões polares; 
• Não causam problemas na preservação de 
alimentos. 
 
Mesófilos: 
• Crescem temperaturas moderadas (10 a 
50ºC); 
• Temperatura ótima: 25 a 40ºC; 
• Bactérias patogênicas: temperatura ótima 
37ºC; 
• Deterioração de alimentos e são 
patogênicos. 
 
 
 
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Psicrotróficos: (mesófilos) 
• Temperatura ótima: 20 a 30ºC; 
• Crescem em temperatura de refrigeradores 
(4ºC); 
• Deterioração de alimentos. 
 
Termófilos: 
• Crescem em altas temperaturas (40 a 
70ºC); 
• Temperatura ótima: 50 a 60ºC; 
• Não crescem em temperatura abaixo de 
45ºC; 
• Águas termais. 
Termófilos extremos: 68 a 110ºC 
 
 
 
2. pH: 
• Maioria cresce melhor em pH neutro (6,5-
7,5); 
• Poucas bactérias são capazes de crescer 
em pH ácido (pH 4,0); 
 
Excreções: 
Bactérias acidófilas: tolerância a acidez 
Thiobacillus → pH 0,5-6,0 
 
Bactérias alcalófilas: tolerância à alcalinidade 
Bacillus e Archaea → pH 10-11 
 
Fungos: tendem a ser mais acidófilos que as 
bactérias → pH <5 
3. Pressão osmótica: força exercido 
pela H2O dentro da célula 
A quantidade de solutopresente vai interferir 
na atividade de água que a gente vai ter no 
meio extracelular. 
Conteúdo celular: 80-90% água 
 
Se a bactéria for colocada em uma solução 
hipertônica (alta concentração de sais) → 
ocorre plasmólise, devido a perda de H2O por 
osmose 
Adição de sais: alta concentração de sal ou 
açúcar → plasmólise bacteriana para 
preservação de alimentos 
 
Não halófilos: não toleram a presença de sal 
no meio 
Halotolerantes: não necessitam de sal, mas 
toleram 
Halófilos (facultativos): necessitam de sal em 
concentração moderada 
Halófilos extremos (obrigatórios): necessitam 
de sal em altas concentrações 
 
 
 
Fatores químicos 
• Água; 
• Fontes de carbono e nitrogênio; 
• Minerais; 
• Oxigênio; 
• Fatores orgânicos. 
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1. Água: 
Ambiente com menor concentração de água: 
• Microrganismos aumentam concentração 
de solutos intracitoplasmáticos para tentar 
fazer o bombeamento de mais íons para o 
interior celular, mais água na célula; 
• Síntese de solutos orgânicos (açúcares, 
álcoois, aminoácidos). 
 
2. Fontes de carbono, nitrogênio, 
enxofre e fósforo: 
Carbono: 
• Essencial para a síntese de todos os 
compostos orgânicos; 
• Organismos quimio-heterotróficos: obtém 
C a partir de compostos orgânicos como 
proteínas, carboidratos e lipídeos; 
 
Nitrogênio: 
Fontes: 
Decomposição de matéria orgânica (proteínas, 
aminoácidos); 
Amônia (NH4+); 
Nitrato (NO3-). 
 
Enxofre: 
Fontes de S: íon sulfato (SO4-2), sulfito de 
hidrogênio e aminoácidos; 
• Síntese de aminoácidos contendo S e 
vitaminas (tiamina e biotina); 
 
Fósforo: 
Fontes de P: íon fosfato (PO4-3), DNA, RNA, 
ATP. 
• Faz síntese de ácidos nucleicos, ATP e 
fosfolipídeos da membrana celular; 
 
Potássio, Magnésio e Cálcio 
 
Elementos traços (quantidade pequena): 
Ferro, Cobre, Molibdênio, Zinco* 
*presentes na água destilada 
 
São cofatores essenciais para atividades de 
algumas enzimas. 
 
3. oxigênio: 
Aeróbios: utilizam 
Estritos (obrigatórios): necessitam de O2; 
Microaerófilo: necessitam de O2, mas em 
níveis menores; 
Anaeróbicas facultativas: crescem melhor 
com O2, mas podem viver em anaerobiose. 
 
Anaeróbios: não utilizam 
Estritos (obrigatórios): não toleram O2 (letal); 
Aerotolerantes: não necessitam de O2, mas 
podem crescer na presença de O2 
 
Catalase e a superóxido dismutase (SOD): 
reduzem para H2O os compostos tóxicos do 
oxigênio. 
 
Efeito do oxigênio sobre o crescimento de 
vários tipos de bactérias: 
 
 
 
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Meios de cultura 
Material nutriente preparado no laboratório 
(esterilizado) para o crescimento de 
microrganismos. 
• Formulação correta do meio (nutrientes); 
• pH ajustado; 
• Estéril; 
• Características de incubação (TºC, O2, 
tempo). 
 
Meio pode estar em estado (depende da 
concentração de ágar): 
• Líquido: observa-se o crescimento pela 
turvação do meio ou nuvem de 
crescimento; 
• Semissólidos (ágar até 0,5%); 
• Sólidos (ágar de 1 a 2%): colônias 
evidenciadas, consegue-se observar o 
crescimento das colônias. 
 
Meios: 
Complexo: depende da matéria orgânica, 
nutrientes que está sendo utilizado (quanto de 
proteína? variação, não tem mensuração 
exata). 
Quimicamente definido: depende da matéria 
orgânica, nutrientes que está sendo utilizado. 
Ex: ágar sangue, tem-se quantidades que vai 
utilizar, mas quanto temos dentro dos 
constituintes de determinado ingrediente de 
determinada fonte nutricional não temos essa 
descrição. Já o ágar de citrato de sódio temos 
definido. 
Seletivo: algum ingrediente daquele meio vai 
facilitar o crescimento de algum 
microrganismo ou inibir. Ex: grande 
quantidade de sal, as bactérias não alofílicas 
terão dificuldade de crescer. 
Diferencial: dentro das bactérias que podem 
crescer naquele meio, dará alguma 
informação que diferencia alguma dessas 
espécies. Dependendo da bactéria que cresce 
terá uma coloração, ou o resultado do 
metabolismo vai alterar o meio. 
Enriquecedores: algumas bactérias de 
dificuldades de se adaptar nesses meios, 
principalmente sobre amostras que podem 
estar diluídas (ex: urina). Como as bactérias já 
estarão em suspensão, quando coloca isso no 
meio de cultura há dificuldade de se adaptar e 
crescer. Pode ser utilizados meios líquidos 
que por não ter o meio ágar, as bactérias 
crescerão numa velocidade maior, se adaptam 
mais rápido. 
Manutenção: mais básicos, não tão ricos, 
geralmente usados para manter, estocar, 
congelar a bactéria. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Crescimento das culturas 
bacterianas 
Divisão bacteriana: é considerado o aumento 
do número de indivíduos e não do tamanho 
celular. 
Fissão binária: 
(1) Alongamento da célula e a replicação do 
DNA cromossomal; 
(2) Início da invaginação da parede celular e da 
membrana plasmática; 
(3) As duas seções da parede celular se 
encontram; 
(4) Produção de duas células individuais 
idênticas à célula mãe. 
 
Tempo de geração: tempo necessário para 
uma célula se dividir. Varia com o organismo, 
depende das condições ambientais 
(nutricionais, temperatura, pH), maioria das 
bactérias 1-3h. 
2y y = número de gerações 
 
Fases de crescimento: 
Curva de crescimento: demonstra o 
crescimento das células durante um período 
de tempo. Obtida pela contagem da população 
em intervalos de tempo após inocular 
bactérias em meio de cultura. 
• Fase lag: ausência/pouca divisão celular 
(adaptação) maior ou igual a 1 hora 
(depende do microrganismo e do meio). 
Estado de latência, intensa atividade 
metabólica. 
• Fase log: crescimento / aumento 
logarítmico. Tem muitas células jovens. 
Fase sensível às mudanças ambientais e 
antibióticos. 
• Fase estacionária; diminuição da 
velocidade de crescimento. 
N° de células vivas = n° de células mortas 
• Fase de morte celular: n° células mortas 
excede células novas 
 
 
Métodos para quantificar o 
crescimento 
Quantificação direta: 
Contagem em placas: técnica mais utilizada 
na determinação do tamanho da população 
bacteriana. 
Vantagem: qualificação de células viáveis 
Desvantagem: tempo (24h para o 
aparecimento das colônias) 
Temos a bactéria isolada crescida no 
laboratório, será diluída as amostras da base 
10, tendo uma solução final de 10ml 
(proporção de 1 pra 10). Diluição depende do 
material. Material muito contaminado precisa 
de mais diluições. Depois do crescimento se 
observa para fazer contagem. 
 
 
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Método do número mais provável; 
Filtração; 
Contagem direta ao microscópio; 
 
Quantificação indireta: 
Turbidimetria: monitoramento do crescimento 
bacteriano através da turbidez. 
Espectrofotômetro (660nm). 
Quantidade de luz que atravessa o detector é 
inversamente proporcional ao nº de bactérias. 
Quanto maior o número de bactérias, menor a 
quantidade de luz que é transmitida. 
 
Atividade metabólica: quantidade de um certo 
produto (como ácido ou CO2) é diretamente 
proporcional ao número de células 
bacterianas. 
Peso Seco: principalmente para fungos 
filamentosos. 
(A) Fungo é removido do meio por filtração; 
(B) Seco em dessecador; 
(C) Posterior pesagem.