METABOLISMO E CRESCIMENTO BACTERIANO

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METABOLISMO E CRESCIMENTO BACTERIANO 
 
Metabolismo bacteriano 
 Importância do metabolismo 
 Diversidade bioquímica 
 Relação microrganismos e doenças 
 Cultivo, crescimento e controle (ex de 
controle: resfriamento, congelamento) 
 Controle dos processos de deterioração 
de materiais 
Composição química de uma célula 
procariótica 
 
Reações catabólicas e anabólicas 
 O metabolismo é a soma das reações químicas dentro do organismo vivo 
 Dentro de uma célula bacteriana as reações químicas são catalisadas por enzimas 
 
As reações catabólicas fornecem os blocos construtivos e a energia necessária para as reações 
anabólicas ou biossintéticas 
 
 
Produção de energia 
 TRIFOSFATO DE ADENOSINA (ATP) 
 Funciona como carreador de energia para as células 
 A hidrólise do ATP em ADP (difosfato de adenosina) e fosfato inorgânico libera energia para 
as reações biossintéticas 
 
 
Reações de oxidação-redução 
 
 
NUTRIÇÃO BACTERIANA 
 Para caracterizar suas propriedades (MORFOLÓGICAS, FISIOLÓGICAS E METABÓLICAS) 
é necessário o cultivo em laboratório 
 Cultivo in vitro: quando se conhece as exigências nutricionais 
 Cultivo in vivo: quando exigências nutricionais específicas são desconhecidas 
Cultivo “in vitro”: 
 Conhecer as exigências nutricionais e ambientais dos microrganismos 
 O cultivo in vitro utiliza meios de cultura que simulam as condições naturais 
 Os elementos químicos principais para o crescimento das células são: C, N, H, O, S e P 
 O carbono é um dos elementos mais importantes para o crescimento microbiano – todos 
requerem carbono 
 
FATORES DE CRESCIMENTO 
Estes compostos entram na composição das células ou de precursores dos constituintes 
celulares – não produzem – meio de cultura 
 aminoácidos - fundamentais para a síntese proteica 
 purinas e pirimidinas - fundamentais na composição dos ácidos nucléicos 
 vitaminas - fazem parte de cofatores enzimáticos 
 
CLASSIFICAÇÃO 
 
As bactérias são classificadas metabolicamente de acordo com seus padrões nutricionais 
QUIMIOTRÓFICOS – microrganismos que utilizam compostos químicos (orgânicos ou 
inorgânicos) como fonte de energia 
 se a fonte for orgânica - quimiorganotróficos – maioria que é cultivada em laboratório – 
oxidação do composto 
 se a fonte é inorgânica - quimiolitotróficos – bactérias e arqueias 
 
FOTOTRÓFICOS - contêm pigmentos que os permitem converter a energia luminosa em energia 
química 
Fonte de carbono utilizada na biossíntese celular – todos precisam 
Heterotróficos – carbono celular é obtido a partir de algum composto químico orgânico. Ex: 
carboidratos 
Autotróficos – dióxido de carbono (CO2) como sua fonte de carbono 
 
MEIO DE CULTURA 
 Nutriente preparado no laboratório para crescimento de microrganismos 
 Muito variados 
 Não funcionam para todo microrganismo 
 Algumas bactérias crescem em qualquer meio, outras têm necessidades especiais 
 Microrganismos são preparados para o meio de cultura: inóculo 
 Após crescerem: cultura 
RECIPIENTES: 
 Placas de Petri 
o Placas para o meio sólido 
 Tubos 
o Meio líquido 
o Meio sólido 
o Meio semi-sólido 
o Inclinado: aumenta superfície de crescimento 
o Vertical: crescimento de profundidade 
Classificação 
CLASSIFICAÇÃO DOS MEIOS QUANTO AO ESTADO FÍSICO: 
 Líquido: obtenção de biomassa e de metabólitos, enriquecimento 
 Sólido: permite a obtenção de cultura pura, isolamento - caracterizar 
 Semisólido: observação de motilidade 
 
CLASSIFICAÇÃO QUANTO À COMPOSIÇÃO: 
 Meios definidos 
o Composição química exata é conhecida 
 Meios Complexos 
o Composição química exata não é conhecida 
o Úteis para cultura de microrganismos com requerimentos nutricionais complexos ou 
desconhecidos 
CLASSIFICAÇÃO QUANTO À FINALIDADE: 
 MEIOS DIFERENCIAIS - permitem a distinção entre diferentes grupos de microrganismos 
 MEIOS DE ENRIQUECIMENTO - São meios líquidos, que favorecem o crescimento de 
determinadas espécies aumentando a sua quantidade relativamente a outras, facilitando o 
isolamento de um microrganismo de interesse 
• Ex: caldo de selenito de sódio - permite enriquecimento de Salmonella e Shigella 
 MEIOS DE CULTURA SELETIVOS - Permitem apenas o crescimento de certas espécies de 
bactéria 
• Ex: Meio de McConkey – Gram negativo 
 
 
OBTENÇÃO DE CULTURAS PURAS 
Método do esgotamento 
 
 
CONCEITOS BÁSICOS 
 A glicose é o carboidrato fornecedor de energia mais comum – lipídeos e proteínas 
 Para produzir energia a partir da glicose, os microrganismos utilizam a respiração celular e a 
fermentação – primeiro ocorre a glicólise 
Após a glicose ter sido quebrada em ácido pirúvico, o ácido pode seguir a via da fermentação ou 
da respiração 
Respiração significa um processo gerador de atp no qual o aceptor final de elétrons é uma 
molécula inorgânica 
 respiração aeróbica – o aceptor final de elétrons é o o2 
 respiração anaeróbica – aceptor final de elétrons diferente do o2 
O oxigênio aceita os elétrons e é reduzido a água 
 
 
Respiração anaeróbica 
 O aceptor final de elétrons é uma molécula inorgânica diferente do O2 
 Incluem nitrato (NO3), nitrogênio gasoso (N2 ), sulfato (SO4 -2 ), óxido trimetilamina e 
fumarato 
 Rendimento total de ATP é menor que na respiração aeróbica 
 Os anaeróbios tendem a crescer mais lentamente que os aeróbios 
 
Fermentação 
 Libera energia a partir de açúcares ou outras moléculas orgânicas, como aminoácidos, ácidos 
orgânicos, purinas e pirimidinas 
 Não requer oxigênio (mas algumas vezes pode ocorrer presença dele) 
 Utiliza uma MOLÉCULA ORGÂNICA como aceptor final de elétrons 
 
 
 
 A glicose é o principal carboidrato do suprimento de energia 
 Contudo, os microrganismos também oxidam LIPÍDEOS E PROTEÍNAS, e as oxidações de 
todos esses nutrientes estão relacionadas 
 Utilizam a energia para 
 Transporte substâncias através das membranas plasmáticas (transporte ativo) 
 Movimento flagelar 
 Produção de componentes celulares - biossíntese 
 Divisão celular 
 
Crescimento Microbiano 
 Aumento da população bacteriana mas 
não do tamanho da célula 
 A divisão bacteriana ocorre por FISSÃO 
BINÁRIA (brotamento e fragmentação) 
TEMPO DE GERAÇÃO 
 O tempo necessário para população 
dobrar de tamanho 
 O tempo de geração pode variar de 20 
minutos a 24 horas 
 Uma célula, após sete horas 
em crescimento, gera cerca de um 
milhão de células 
 
 
Fases do crescimento - quatro fases 
básicas de crescimento 
 Fase lag 
 Fase log 
 Fase estacionária 
 Fase de morte celular 
 
FASE LAG 
 Ocorre logo após as células serem 
inoculadas no meio 
 Fase de adaptação metabólica ao novo 
ambiente 
 Estado de latência - o número de células 
não aumenta 
 Ocorre pouca ou nenhuma divisão 
 Intensa atividade metabólica - Produção 
de enzimas e de moléculas variadas 
FASE LOG 
 Início do processo de divisão 
 Tempo de geração com valor constante 
 Por estarem em crescimento, são sensíveis 
às mudanças ambientais 
 Antibióticos e radiação são mais eficazes 
nesse momento 
 
FASE ESTACIONÁRIA 
 Se a fase log continuasse, população 
alcançaria níveis altíssimos – não ocorre 
 Número de novas células = células mortas 
 Atividade metabólica decresce 
 Motivos relacionados com 
 Uso dos nutrientes 
 Produtos de degradação tóxicos 
 Alteração do pH 
 
FASE DE MORTE CELULAR 
 Pode ser evitada em processos industriais 
e fase estacionária pode ser mantida 
 Células mortas excedem as novas 
 Varia conforme espécie 
 
FATORES NECESSÁRIOS PARA O 
CRESCIMENTO MICROBIANO 
FATORES FÍSICOS: TEMPERATURA: 
 Influencia no crescimento microbiano 
 Cada espécie possui suas temperaturas 
ótimas 
 Crescimento das bactérias cai nos 
extremos tolerados 
 Termo estabilidade das Proteínas 
Os microrganismos são classificados em 
três grupos principais com base em sua faixapreferida de temperatura 
 Psicrófilos - crescem em baixas 
temperaturas 
 Mesófilos - crescem em temperaturas 
moderadas 
 Termófilos - crescem em altas 
temperaturas 
Temperaturas de crescimento 
 Mínima 
 Ótima 
 Máxima 
CONTROLE DO CRESCIMENTO POR 
TEMPERATURA 
 Diminuição não mata imediatamente 
 Diminui curva de crescimento 
 Número de bactérias pode reduzir 
 Afeta a taxa de crescimento por afetar a 
taxa das reações enzimáticas celulares 
 
PSICRÓFILOS 
 Temperatura ótima: 15°C 
 Encontrados em oceanos e regiões da 
Ártica 
 Não causam problemas na preservação de 
alimentos 
 
PSICROTRÓFICOS 
 Temperatura ótima 12 a 17°C (crescem até 
30°C) 
 Responsáveis pela degradação dos 
alimentos em baixa temperatura; interfere 
no processo de coagulação do leite, reduz 
a produção de derivados, como queijos 
 Resistem bem às temperaturas baixas 
 Crescem lentamente na geladeira 
 Cuidado no resfriamento de alimentos 
 
MESÓFILOS 
 Mais comumente encontrados 
 Maior parte dos microrganismos 
patogênicos e degradadores de alimentos 
 Temperatura ótima entre 25 e 40°C 
 37°C = bactérias patogênicas 
 Adaptados ao corpo de animais 
 Fermentação 
 
TERMÓFILOS 
 Temperatura ótima entre 50 e 60°C 
 Solo aquecido pelo sol e águas 
termais 
 Não crescem abaixo de 45°C 
 Não são problemas de saúde pública 
 
HIPERTERMÓFILOS 
 Temperatura ótima entre 80 e 110°C 
 Pressão nas profundezas mantém estado 
líquido da água 
 Fontes de água quentes associadas à 
atividade vulcânica 
 Enxofre costuma ser elemento importante 
no metabolismo 
 Maioria Archea 
 
FATORES FÍSICOS: PH. 
 Neutrófilos: crescem na faixa de 
pH entre 5 a 8 
 Acidófilos: crescem melhor em 
valores <5 
 Alcalófilos: crescem melhor em 
valores >5 
 Quando bactérias são cultivadas no 
laboratório, elas com frequência produzem 
ácidos que algumas vezes interferem com 
o seu próprio crescimento 
 Para neutralizar os ácidos e manter o pH 
apropriado, tampões químicos são incluídos 
no meio de cultura 
 Peptonas e os aminoácidos atuam como 
tampões em alguns meios, e muitos meios 
também contêm sais de fosfato 
 
FATORES FÍSICOS: PRESSÃO 
OSMÓTICA. 
 Não halofílicos 
 Halofílicos 
 Extremos - Resistem à 
concentrações muito altas de sais 
 Obrigatórios extremos - Vivem em 
altas concentrações de sais como 
no Mar Morto 
 Facultativos - Mais comuns e não 
precisam de altas concentrações 
salinas (2 a 15%) 
 Importância – conservação 
alimento 
 
FATORES QUÍMICOS: CARBONO. 
 Além da água, um dos elementos mais 
importantes para o crescimento 
microbiano 
 Essencial para a síntese de todos os 
compostos orgânicos 
 NITROGÊNIO, ENXOFRE E FÓSFORO 
 Síntese proteica = N e S 
 Síntese de RNA, DNA e ATP = N e P 
 
FATORES QUÍMICOS: 
OLIGOELEMENTOS. 
 Necessários em pequena quantidade – 
elementos traços 
 Ferro, cobre, molibdênio e zinco 
 Essenciais como cofatores de enzimas 
 Precisam ser adicionados em alguns meios 
de cultura ou estão presentes na água 
 
FATORES QUÍMICOS: OXIGÊNIO. 
 De acordo com resposta ao O2, os 
microrganismos são classificados em: 
Aeróbicos. 
 Necessitam de oxigênio, conseguem 
produzir mais energia – 
 Respiração aeróbica 
 Estritos: só crescem na presença 
de oxigênio 
Microaerófilos. 
 Precisam de oxigênio, mas só crescem 
em pequenas concentrações (inferiores 
à atmosfera) 
 Respiração aeróbica 
Anaeróbicos. 
 Não necessitam ou não podem crescer 
na presença de oxigênio 
 Produzem menos energia 
 Aerotolerantes: não necessitam de O2 
mas podem tolerar sua presença 
(fermentação) 
 Facultativos: não necessitam de O2 mas 
crescem melhor na sua presença 
(fermentação, respiração aeróbica) 
 Estritos (obrigatórios): não toleram O2 
(letal) (fermentação, respiração 
anaeróbica) 
Por que o O2 é tóxico para os 
anaeróbios? 
 O2 é um poderoso agente oxidante e 
excelente aceptor de elétrons na 
respiração 
 Processos celulares geram formas reativas 
de O2 - são oxidantes poderosos que 
destroem constituintes celulares 
 Células precisam ter mecanismo de 
proteção contra as formas tóxicas 
 Exemplo: enzima superóxido dismutase 
 Na ausência dela, oxigênio se torna tóxico 
 
Métodos para quantificação do crescimento microbiano 
 Contagem do número de microrganismos 
 Turbidez: espectrofotômetro, maior turbidez maior número células, não distingue células vivas e mortas 
Contagem microscópica e eletrônica: 
 Usando uma câmara de contagem (câmara de Petroff-Hauser; Neubauer) 
 Vantagens: direto, econômico; informação sobre o tamanho e morfologia dos microrganismos. 
 Desvantagem: não permite distinguir as células vivas das células mortas, coloração, imobilização, células 
muito pequenas 
Contagem em placas: 
 O número original de microrganismos na amostra (UFC/mL) pode ser calculado a partir do número de 
colônias formado e da diluição feita 
Contagem de bactérias pelo método de filtração: 
 Sistema de filtragem Células bacterianas na superfície da membrana (poros) A membrana filtrante é 
colocada sobre o meio de cultura e a placa incubada 
Método do número mais provável (NMP): 
 Princípio: pelo número de tubos positivos em cada uma das diluições emprega-se o NMP tendo como base 
uma tabela 
 Análises microbiológicas de alimentos e de água 
COLORAÇÃO 
 Como a maioria dos micro-organismos aparece quase incolor quando observada através de um microscópio 
óptico padrão, muitas vezes devemos prepará-los para a observação 
 Uma das formas pelas quais isso pode ser é através da coloração da amostra 
 Coloração significa corar os microrganismos com um corante que enfatize certas estruturas 
 Devem ser fixados (aderidos) à lâmina do microscópio 
 Quando uma amostra precisa ser fixada, um filme delgado de material contendo os microrganismos é 
espalhado sobre a superfície da lâmina 
 Esse filme, denominado esfregaço, é deixado secar ao ar 
 Na maioria dos procedimentos de coloração, a lâmina é então fixada pela passagem, várias vezes, sobre 
a chama de um bico de Bunsen, com o lado do esfregaço para cima, ou recobrindo a lâmina com álcool 
metílico por um minuto 
 A coloração é aplicada e então lavada com água; a seguir, a lâmina é seca com papel absorvente 
 Sem a fixação, a coloração poderia lavar os micróbios da lâmina. Os micro-organismos corados estão 
agora prontos para o exame microscópio