Crescimento Microbiano

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Metabolismo da Vida Microscópica
Nutrição e crescimento microbiano
Autoras
aula
04
D I S C I P L I N A
Magnólia Fernandes Florêncio de Araújo
Maria Celeste Nunes de Melo
Renata de Fátima Panosso
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Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
1
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4
1
Apresentação
Na Aula 1 (Comparando células procarióticas e células eucarióticas), você aprendeu a caracterizar morfologicamente as células procarióticas. Agora, você irá aprender como essas células crescem e quais os fatores nutricionais e físicos que determinam esse 
evento. Quando falamos em crescimento microbiano, estamos nos referindo ao número e não 
ao tamanho das células. Portanto, crescimento microbiano signifi ca reprodução, ou seja, os 
microrganismos se multiplicam e aumentam o número de suas células. Você perceberá que, 
conhecendo as condições necessárias ao crescimento microbiano, podemos determinar como 
controlar os microrganismos que causam doenças ou que degradam os alimentos, assunto 
que você verá com mais detalhes na Aula 6 (Controlando os microrganismos). Podemos 
também usar essa informação para estimular o crescimento de um microrganismo que estamos 
particularmente interessados em cultivar. Você estudou o cultivo “in vitro” de microrganismos 
na Aula 3 (“Vendo” o invisível). Enfi m, nesta aula você conhecerá os fatores físicos e químicos 
necessários para os microrganismos crescerem e se estabelecerem em um dado ambiente.
Objetivos
Conhecer as exigências nutricionais para o crescimento 
microbiano.
Explicar, em termos gerais, como os elementos químicos 
são utilizados para o desenvolvimento das células 
microbianas.
Descrever como os microrganismos procarióticos se 
reproduzem.
Identifi car uma curva típica de crescimento microbiano.
Reconhecer as condições físicas necessárias para o 
crescimento microbiano.
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica2
De que os microrganismos
se nutrem?
De todos os organismos vivos, os microrganismos são os mais versáteis e diversifi cados em suas exigências nutricionais, ou seja, podem utilizar desde compostos químicos simples, como CO
2
, até compostos orgânicos mais complexos, como carboidratos 
e proteínas. Para se multiplicarem em um ambiente, os microrganismos devem encontrar 
nesse ambiente todas as substâncias requeridas para a geração de energia e para a síntese 
dos seus componentes celulares (Na Aula 5, Obtenção de energia para a vida microbiana, 
você aprenderá como os microrganismos produzem energia). Esses elementos requeridos 
são chamados de nutrientes e existem na natureza em uma grande variedade de compostos 
inorgânicos e orgânicos.
Basicamente, cada microrganismo utiliza os nutrientes presentes no seu habitat natural. 
Porém, quando são removidos do seu meio para serem cultivados em laboratório, é necessário 
que se forneça esses mesmos nutrientes encontrados no ambiente natural. Consegue-se isso 
através da utilização dos meios de cultivo (reveja a defi nição de meio de cultivo na Aula 2, 
Trabalhando no Laboratório de Microbiologia). Veja abaixo os principais elementos químicos 
necessários para o crescimento microbiano.
Carbono – é um dos elementos químicos mais importantes para o crescimento microbiano. 
É o principal constituinte das três maiores classes de nutrientes orgânicos: os carboidratos, os 
lipídeos e as proteínas. Esses compostos são usados como fonte de energia e servem como 
unidade básica dos componentes celulares como parede celular, membrana citoplasmática 
etc. Os microrganismos que utilizam compostos orgânicos e CO2 como sua principal fonte de 
carbono são chamados de Heterotrófi cos e Autotrófi cos, respectivamente (você conhecerá 
mais sobre esses termos na Aula 10, Os microrganismos auxiliam a (re)circulação da matéria 
no planeta).
Nitrogênio – esse elemento é parte essencial dos aminoácidos, os quais formam as proteínas. 
Ao contrário das células eucarióticas, algumas bactérias podem utilizar nitrogênio gasoso ou 
atmosférico para a síntese celular por meio de um processo chamado fi xação de nitrogênio 
(você aprenderá mais sobre esse fenômeno na Aula 10). Outras utilizam compostos 
nitrogenados inorgânicos, tais como nitratos, nitritos ou sais de amônia, e ainda podem utilizar 
compostos nitrogenados orgânicos, tais como aminoácidos ou peptídeos.
Hidrogênio, Oxigênio, Enxofre e Fósforo – o hidrogênio e o oxigênio fazem parte de 
muitos compostos orgânicos como, por exemplo, a glicose. O enxofre é necessário para 
a biossíntese dos aminoácidos, como a cisteína, cistina e metionina. Esses aminoácidos 
formarão as proteínas. O fósforo é essencial para a síntese de ácidos nucleicos (DNA e RNA) 
e para a molécula de ATP. Esse último composto é muito importante para o armazenamento 
e transferência de energia para a célula (você verá como os microrganismos sintetizam essa 
molécula na Aula 5).
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
Atividade 1
3
Oligoelementos – os chamados oligoelementos ou elementos-traço são aqueles que são 
requeridos em pequena quantidade. Podemos citar, por exemplo, o zinco (Zn+2), o cobre 
(Cu+2), o manganês (Mn+2), o molibdênio (Mo+6) e o cobalto (Co+2). O principal papel desses 
elementos é na ativação de enzimas importantes para o metabolismo dos microrganismos. As 
vitaminas como o ácido fólico, a B
12
 e a vitamina K também são importantes na ativação de 
enzimas. Alguns microrganismos podem sintetizar algumas vitaminas para seu metabolismo 
e essas podem inclusive serem utilizadas pelo homem.
A bactéria Escherichia coli, que está presente no intestino humano, benefi cia 
seu hospedeiro produzindo a vitamina K, a qual ajuda na coagulação sanguínea.
Baseado no que você aprendeu sobre os fatores químicos necessário para o 
crescimento microbiano, preencha o quadro a seguir.
ELEMENTO QUÍMICO FUNÇÃO NO CRESCIMENTO MICROBIANO
CARBONO
NITROGÊNIO
HIDROGÊNIO
OXIGÊNIO
FÓSFORO
OLIGOELEMENTOS
Crescimento microbiano
Como já foi dito a você, o termo crescimento microbiano é diferente do que usamos 
na linguagem cotidiana, na qual nos referimos ao aumento de tamanho. As crianças, outros 
animais e vegetais crescem, ou seja, aumentam de tamanho, mas os organismos unicelulares 
no máximo dobram de tamanho e logo se dividem em duas novas células. Dessa forma, 
crescimento microbiano é sinônimo de multiplicação microbiana, ou seja, aumento do númerode células, e não de tamanho. Assim como determinados elementos químicos (nutrientes) são 
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
Parede celular
Alongamento da célula
e replicação do DNA
Início da divisão da
parede celular e da
membrana plasmática
Formação das paredes
em torno das regiões
contendo DNA replicado
Separação
das células
Membrana plasmática
DNA
4
exigidos ao crescimento microbiano, determinados fatores físicos também são indispensáveis. 
Antes de falarmos dessas exigências ambientais, vamos aprender como os microrganismos 
procarióticos se multiplicam?
Multiplicação das células procarióticas
A divisão celular nas bactérias, diferentemente daquela nos seres eucariontes, ocorre por 
um processo assexuado, ou seja, sem o envolvimento de células sexuais (gametas). A maioria 
das bactérias de dividem pelo processo de divisão binária ou às vezes por brotamento.
Divisão binária – processo em que uma célula parental se divide em duas outras células 
idênticas. Anteriormente à divisão, o conteúdo celular se duplica, e o cromossoma é replicado 
(você verá detalhes da replicação do cromossoma bacteriana na Aula 7, (A genética dos 
microrganismos). Nesse momento a célula parental aumenta, a membrana citoplasmática 
se estende e os cromossomas recém-duplicados se separam. Após esse evento, ocorre 
uma invaginação, formando um septo na membrana e na parede celular, dividindo a célula 
parental em duas novas células idênticas. Algumas células não se separam completamente e 
permanecem acopladas, formando arranjos em forma de cadeia, tétrades, duplas etc. (reveja 
os diferentes tipos de arranjos que as bactérias podem formar na Aula 1). Veja na Figura 1 as 
diferentes etapas da divisão celular.
F
o
n
te
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To
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ra
, 
Fu
n
ke
 e
 C
as
e 
(2
0
0
5
).
Figura 1 – Etapas da divisão de uma célula bacteriana
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
Atividade 2
5
Brotamento – processo no qual uma pequena protuberância cresce em uma extremidade 
da célula. Esse brotamento aumenta e se separa da célula parental. As leveduras (fungos 
unicelulares) também se dividem por brotamento. Veja a Figura 2.
Figura 2 – Brotamento em levedura
Fonte: <http://blogosferagg.blogspot.com/2009/06/reino-fungi.html>. Acesso em: 10 dez. 2009.
Cada centímetro da nossa pele hospeda, em média, 100.000 organismos. As 
bactérias se reproduzem tão rápido que sua população é restaurada dentro de 
algumas horas após a lavagem.
Faça um desenho esquemático das etapas da divisão binária de uma célula 
procariótica e descreva o que acontece em cada etapa.
su
a
 r
e
sp
o
st
a
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica6
Os microrganismos também 
passam por fases de crescimento
Quando um microrganismo cresce em um meio de cultivo rico em nutrientes, ele passa por 
quatro principais fases de crescimento: 1) fase lag, 2) fase log ou logarítmica, 3) fase estacionária 
e 4) fase de declínio ou de morte. Essas fases formam a curva de crescimento bacteriano.
Fase lag – Essa fase é uma fase de adaptação do microrganismo ao meio. Ele não se 
multiplica, porém, está em intensa atividade metabólica, ou seja, produzindo energia na forma 
de ATP, enzimas e várias outras moléculas. Essa fase é também denominada de latência e o 
tempo de duração depende das condições do meio e da espécie microbiana.
Fase log – É nessa fase que ocorre a divisão celular de fato e a população dobra de tamanho. 
Cada espécie leva um tempo geneticamente determinado para se dividir e esse intervalo é 
denominado de tempo de geração. Nessa fase, as células crescem em velocidade exponencial 
ou logarítmica (log), ou seja, a população dobra a cada tempo de geração. Por exemplo, uma 
cultura contendo 1.000 organismos com um tempo de geração de 20 minutos conteria 2.000 
organismos após 20 minutos, 4.000 após 40 minutos e 8.000 após 60 minutos (1 hora).
Fase estacionária – Fase em que as novas células são produzidas com a mesma velocidade 
com que as células antigas morrem e assim o número de células vivas permanece constante.
Fase de declínio (morte) – Nessa fase ocorre uma redução do número de células vivas, 
pois muitas perdem a capacidade de se multiplicar e morrem. Isso ocorre porque o meio de 
cultivo vai fi cando cada vez mais desfavorável à multiplicação, pois os nutrientes se tornam 
escassos e também há um acúmulo de resíduos tóxicos, originados pelo próprio metabolismo 
microbiano. Veja na Figura 3 um gráfi co representando uma curva de crescimento típica.
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
Atividade 3
Lag Log
L
o
g
 -
 n
º d
e 
cé
lu
la
s
Estacionária Declínio
tempo em horas
1
2
3
Tempo
Nº de
células 4
7
Em condições ideais de crescimento, a espécie bacteriana Escherichia coli possui 
um tempo de geração de até 12,5 minutos, e a Mycobacterium tuberculosis, 
agente etiológico da tuberculose, possui um tempo de geração de 13 a 15 horas, 
ou seja, essa última espécie levará muito mais tempo para ter sua população 
dobrada de tamanho em um determinado meio.
Figura 3 – Etapas da divisão de uma célula bacteriana
Fonte: <http://vsites.unb.br/ib/cel/microbiologia/crescimento/crescimento.html>. Acesso em: 10 dez. 2009.
Observe o gráfi co abaixo de uma curva de crescimento bacteriano e descreva o 
que ocorre em cada fase indicada pelos números 1, 2, 3 e 4.
1 ______________________
2 ______________________
3 ______________________
4 ______________________
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
Atividade 4
8
Fatores físicos que afetam
o crescimento microbiano
Como você já sabe, os microrganismos estão praticamente em todos os ambientes da terra, inclusive em ambientes nos quais nenhuma outra forma de vida pode sobreviver. Isso ocorre por causa do seu pequeno tamanho, de serem facilmente dispersáveis, 
ocuparem pouco espaço e ainda por serem bastante diversifi cados quanto as suas exigências 
nutricionais. Assim, para praticamente qualquer substância, há um microrganismo que pode 
utilizá-la como nutriente e ainda para praticamente qualquer mudança ambiental, há algum 
microrganismo que pode sobreviver.Diferentes espécies de microrganismos podem crescer em 
ambientes que podem variar desde extremamente ácidos até os alcalinos, no gelo da Antártida 
às fontes termais, em água pura ou em pântanos e até mesmo em fendas de vapor fervente no 
fundo do oceano. Então, cada espécie possui seu crescimento infl uenciado por um conjunto 
de características físicas do ambiente como, por exemplo, pH, temperatura, concentração 
de oxigênio, umidade, pressão osmótica etc. Vamos então entender como esses fatores 
infl uenciam no crescimento dos microrganismos.
pH – Esse termo signifi ca “potencial hidrogeniônico”, ou seja, é a quantidade de H+ em uma 
solução e representa a acidez ou a alcalinidade de um meio. Os valores de pH variam de 0 a 
14. O valor 7 representa um meio neutro, abaixo desse valor o meio é considerado ácido e 
acima, básico. De acordo com sua tolerância à acidez ou à alcalinidade, os microrganismos 
podem ser classifi cados em: acidófi los (organismos que têm tolerância por meios ácidos; 
pH de 0,1 a 5,4), neutrófi los (organismos que têm tolerância por meios neutros; pH de 5,4 
a 8,5) ou alcalófi los (organismos que têm tolerância por meios alcalinos; pH de 7 a 11,5). 
As bactérias de um modo geral crescem melhor em pH variando de 4 a 9 e os fungos em pH 
mais baixos entre 5 e 6.
De acordo com o que você aprendeu, complete o quadro abaixo.
Acidófi lo
Neutrófi lo Organismos que têm tolerância por meios neutros
Alcalófi lo
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
Atividade 5
9
Temperatura – Os microrganismos podem variar muito quanto a sua tolerância à 
temperatura. De acordo com esse fator, os microrganismos podem ser classifi cados em: 
psicrófi los (organismos que gostam do frio; crescem melhor entre 15 e 20 C̊), mesófi los 
(crescem melhor entre 25 e 40 C̊) e termófi los (organismos que gostam do calor; crescem 
melhor entre50 e 60 C̊). Nenhum psicrófi lo sobrevive no corpo humano, mas alguns são 
conhecidos por causarem deterioração em alimentos refrigerados. A maioria das bactérias 
que causam doença no homem são termófi las, pois crescem a uma temperatura próxima à 
do corpo humano (37 C̊).
De acordo com o que você aprendeu, complete o quadro abaixo.
Psicrófi los
Mesófi los Organismos que crescem melhor entre 25 e 400C
Termófi los
Oxigênio – Estamos acostumados a pensar no oxigênio molecular (O
2
) como um 
elemento essencial à vida, mas em algumas circunstâncias esse elemento pode se tornar um 
gás venenoso, como, por exemplo, pode acontecer com alguns microrganismos. Esses, de 
acordo com sua tolerância ao oxigênio, podem ser classifi cados em aeróbios obrigatórios 
(necessitam de oxigênio para crescer), anaeróbios facultativos (crescem tanto na presença 
como na ausência de oxigênio), anaeróbios obrigatórios (não sobrevivem na presença de 
oxigênio) e microaerófi los (crescem na presença de oxigênio, porém, em concentrações 
inferiores àquelas do ar).
Essa tolerância ao oxigênio é determinada pela capacidade do microrganismo de produzir 
algumas enzimas que degradam os produtos tóxicos formados no meio composto por oxigênio 
molecular (O
2
), como, por exemplo, o radical superóxido (O
2
–), o peróxido de hidrogênio e o 
radical hidroxila (OH). Os microrganismos que conseguem sobreviver na presença do oxigênio 
molecular (O
2
) é porque escapam da toxicidade desses compostos produzindo enzimas que 
convertem os compostos tóxicos em outros não tóxicos. Essas enzimas são a superóxido 
dismutase, a catalase e a peroxidase. A superóxido dismutase converte o radical superóxido 
em peróxido de hidrogênio e oxigênio molecular. Veja a equação abaixo.
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
a. Aeróbicos
 obrigatórios
Somente crescimento 
aeróbico; necessidade de 
oxigênio.
Crescimento somente após 
a difusão de altas 
concentrações de oxigênio 
para o meio de cultura.
Presença das enzimas 
catalase e superóxido 
dismutase (SOD) permite a 
neutralização das formas 
tóxicas de oxigênio; pode 
usar oxigênio.
 
 
 
Efeito do oxigênio sobre 
o crescimento
Tubo de ensaio com 
crescimento bacteriano 
em meio sólido
Explicação para os padrões 
de crescimento
Explicações para os efeitos 
do oxigênio
b. Anaeróbicos
 facultativos
Crescimento aeróbico e 
anaeróbico; aumento do 
crescimento na presença 
de oxigênio.
Melhor crescimento nas 
regiões de maior 
concentração de oxigênio, 
mas ocorre em todo o meio.
Presença das enzimas 
catalase e SOD permite a 
neutralização das formas 
tóxicas de oxigênio; pode 
usar oxigênio. 
c. Anaeróbicos
 obrigatórios
Somente crescimento 
anaeróbico; não há 
crescimento na presença 
do oxigênio.
Crescimento nas regiões 
onde não há oxigênio.
Ausência das enzimas que 
neutralizam as formas 
tóxicas do oxigênio; não 
tolera oxigênio.
d. Microaerófilos
Somente crescimento 
aeróbico; necessidade 
de oxigênio em baixas 
concentrações.
Crescimento ocorre onde 
uma baixa concentração 
de oxigênio está difusa 
no meio.
Produção de quantidades 
letais das formas tóxicas 
de oxigênio quando 
expostos à atmosfera 
normal de oxigênio.
10
Figura 4 – Efeito do oxigênio sobre o crescimento de diferentes bactérias
Fonte: Tortora, Funke e Case (2005).
A catalase e a peroxidase convertem o peróxido de hidrogênio em oxigênio e água e 
somente água, respectivamente. Veja as equações abaixo.
2H
2
O
2 
 Catalase 2H
2
O + O
2
Peróxido de 
hidrogênio
Água Oxigênio
Peróxido de 
hidrogênio
Água
H
2
O
2
 + 2 H+ Peroxidase 2H
2
O
Os anaeróbios obrigatórios não conseguem crescer na presença do oxigênio molecular 
(O
2
) porque não produzem essas enzimas e morrem na presença desses compostos tóxicos. 
Veja na Figura 4 o efeito do oxigênio sobre o crescimento dos microrganismos.
Radical 
superóxido
Peróxido de 
hidrogênio
Oxigênio
O
2
– + O
2
– + 2 H+ superóxido dismutase 2H
2
O
2
 + O
2
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
Atividade 6
Solução isotônica
quando a concentração de 
solutos é igual dentro e 
fora da célula.
Solução hipertônica
quando a concentração de 
solutos do meio é maior 
do que a do interior 
da célula.
Hipotônico
Solução hipotônico: 
quando a concentração de 
solutos do meio é menor 
do que a do interior
da célula.
11
De acordo com o que você aprendeu, responda: por que alguns microrganismos 
não conseguem sobreviver na presença do oxigênio?
Pressão osmótica – Esse termo é defi nido como a pressão necessária para impedir o 
fl uxo de água de um meio de maior concentração para um de menor concentração através de 
uma membrana semipermeável.
Os microrganismos retiram da água, presente em seu meio ambiente, a maioria dos seus 
nutrientes solúveis. Portanto, eles necessitam de água para seu crescimento e seu conteúdo 
celular é composto de cerca de 80 a 90% de água. Dessa forma, quando uma célula microbiana 
está num meio aquoso, não devem existir grandes diferenças na concentração de solutos 
dentro e fora, ou as células poderiam perder água ou romper-se.
Quando uma célula está em uma solução isotônica, o fl uxo de água para dentro e para 
fora da célula está em equilíbrio e a célula cresce normalmente. Porém, a água presente 
dentro da célula pode ser removida por elevações na pressão osmótica. Por exemplo, quando 
uma célula microbiana se encontrar em uma solução hipertônica, ou seja, contendo uma 
concentração de solutos superior àquela do interior da célula, ocorrerá a passagem de água 
de dentro da célula para o meio através da membrana plasmática e o crescimento microbiano 
será inibido. Esse fenômeno de perda de água pela célula é chamado de plasmólise. Ao 
contrário, quando o meio é hipotônico contendo uma concentração menor de solutos, a água 
fl ui para dentro da célula rompendo-a. Veja na Figura 5 uma célula em uma solução isotônica, 
hipotônica e hipertônica.
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
Atividade 7
Solução hipertônica
(hiperosmótica) - 
a água se move para fora da célula,
fazendo sua membrana plasmática
encolher (plasmólise)
c
Solução hipotônica (hiposmótica) - 
a água se move para dentro da
célula e pode causar sua ruptura se 
a parede estiver fraca ou danificada
(liseosmótica)
ba
Parede
celular
Soluto
Membrana
plasmáticaCitoplasma
Solução isotônica (isosmótica) - 
sem movimento total de água
12
Figura 5 – Uma célula em uma solução a) isotônica, b) hipotônica e c) hipertônica
Fonte: Tortora, Funke e Case (2005).
Baseado no que aprendeu, responda: por que você acha que salgando a carne, 
ela dura mais tempo, mesmo fora da geladeira?
Entenda que os mesmos fatores que afetam o crescimento microbiano podem ser utilizados 
como estratégias para controlar os mesmos, desde que você altere as condições ótimas de 
cada fator. Por exemplo, quando colocamos um alimento na geladeira estamos impedindo 
que os microrganismos mesófi los cresçam nesse alimento, pois esses microrganismos não 
crescem na temperatura da geladeira, que é em torno de 4 C̊.
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
Resumo
1
2
3
4
5
6
7
13
Nesta aula, você aprendeu que o crescimento microbiano pode ser defi nido 
como um aumento no número de células, e não um aumento de tamanho. Você 
aprendeu, também, que os microrganismos procarióticos se multiplicam por um 
mecanismo chamado de divisão binária, no qual uma célula parental se parte em 
duas células idênticas e que algumas espécies podem se multiplicar por outro 
mecanismo chamado de brotamento. E, ainda, que durante seu crescimento, 
o microrganismo passa por diferentes fases. Finalmente, você compreendeu 
que cada espécie microbiana possui exigências próprias com relação a fatores 
nutricionais e físicos para seu crescimento. Por fi m, você compreendeu que os 
mesmos fatores que afetam o crescimento microbiano podem ser usados para 
controlar seu crescimento.
Autoavaliação
Explique o que é crescimento microbiano.Qual o signifi cado do crescimento exponencial de uma cultura microbiana? 
Discuta a utilização nutricional do carbono e do nitrogênio pelos microrganismos.
Descreva como os microrganismos aeróbios, anaeróbios e facultativos crescem em 
meio de cultivo com ágar de camada alta.
Se uma espécie microbiana é produtora da enzima superóxido dismutase, o que se 
pode dizer sobre sua fi siologia?
Quais as principais condições físicas que devem ser consideradas no cultivo dos 
microrganismos?
O que é pressão osmótica e como ela afeta o crescimento das células microbianas?
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
Anotações
14
Referências
BLACK, J. G. Microbiologia fundamentos e perspectivas. 4. ed. Rio de Janeiro: Editora 
Guanabara Koogan, 2002.
PELCZAR, M. J. et al. Microbiologia: conceitos e aplicações. São Paulo: Makon Books, 1996.
TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. I. Microbiologia. 8. ed. Porto Alegre: Editora 
Artmed, 2005.
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
Anotações
15
Aula 04 Metabolismo da Vida Microscópica
Anotações
16
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