NUTRIÇÃO E METABOLISMO BACTERIANOS

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<p>NUTRIÇÃO E METABOLISMO</p><p>BACTERIANOS</p><p>Professora: Karlete Vieira</p><p>INTRODUÇÃO À NUTRIÇÃO</p><p>◻ Todos os micro-organismos necessitam de nutrientes</p><p>◻ Para que?</p><p>◻ Nutrição 🡪 metabolismo 🡪 crescimento</p><p>multiplicação</p><p>Onde os nutrientes são usados?</p><p>◻ 🡪 No metabolismo</p><p>◻ 🡪Na formação dos compostos celulares</p><p>◻ 🡪 Obtenção de energia</p><p>* De que depende grande parte do desenvolvimento da Microbiologia?</p><p>VIAS ANABÓLICAS E CATABÓLICAS</p><p>◻ Dentro de uma célula bacteriana ocorrem reações</p><p>químicas catalisadas por enzimas</p><p>◻ O conjunto de transformações da matéria orgânica</p><p>🡪 METABOLISMO (catabolismo + anabolismo)</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>NUTRIENTES</p><p>◻ De que são formadas as bactérias?</p><p>Subst. químicas de vários tipos – nutrientes</p><p>◻ Como esses nutrientes chegam até as bactérias?</p><p>Captados do meio ambiente 🡪 transformados nos constituintes</p><p>celulares através do metabolismo</p><p>◻ Quais os tipos de nutrientes?</p><p>São 3: MACRONUTRIENTES, MICRONUTRIENTES E FATORES DE</p><p>CRESCIMENTO</p><p>classificados de acordo com sua [ ] e importância na celula.</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>NUTRIENTES - MACRONUTRIENTES</p><p>◻ Exigidos em grandes quantidades pelas bactérias.</p><p>◻ Carbono, Nitrogênio, Enxofre e Fósforo 🡪</p><p>elementos principais requeridos por todas as</p><p>bactérias 🡪 juntamente com Hidrogênio e Oxigênio</p><p>🡪 polímeros.</p><p>◻ Potássio, Magnésio, Cálcio, Sódio e Ferro 🡪</p><p>minerais essenciais para funções celulares.</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>NUTRIENTES - MACRONUTRIENTES</p><p>◻ CARBONO (C)</p><p>◻ 50% do peso seco bact.</p><p>◻ Existe em várias formas químicas</p><p>◻ De que depende cada bactéria usar diferentes fontes de C</p><p>orgânico? Função dos compostos orgânicos?</p><p>Enzimas. Dupla, fonte de energia e carbono.</p><p>◻ Algumas fontes de C devem ser hidrolisadas fora da</p><p>bactéria por enzimas extracelulares.</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>NUTRIENTES - MACRONUTRIENTES</p><p>◻ OXIGÊNIO (O)</p><p>◻ 20% do peso seco</p><p>◻ Componente do material celular e água</p><p>◻ Aceptor final e elétrons na resp. aerób.</p><p>◻ Como pode ser obtido?</p><p>Água, O2, comp. orgânicos, CO2</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>NUTRIENTES - MACRONUTRIENTES</p><p>◻ NITROGÊNIO (N)</p><p>◻ 12-14% do peso seco das células</p><p>◻ Componente principal das proteínas, ác. nucléicos e outros.</p><p>◻ Como pode ser encontrado?</p><p>Nas formas inorgânicas (NH4+, NO-3, NO-2)</p><p>Nitrogênio gasoso (N2)</p><p>Comp. orgânicos (uréia, proteínas e aminoácidos)</p><p>◻ O nitrogênio gasoso constitui 78% da atmosfera terrestre e</p><p>precisa ser reduzido a amônia 🡪 compostos orgânicos celulares</p><p>◻ O glutamato e a glutamina 🡪 pontos críticos de entrada</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>NUTRIENTES - MACRONUTRIENTES</p><p>◻ HIDROGÊNIO (H)</p><p>◻ 8% do peso seco</p><p>◻ Pode ser obtido 🡪 da água e compostos orgânicos (os H são seus</p><p>principais componentes)</p><p>◻ FÓSFORO (P)</p><p>◻ 3% do peso seco</p><p>◻ Obtido através de fosfatos inorgânicos (PO4)</p><p>◻ Componente dos ácidos nucléicos, nucleotídeos, fosfolipídeos,</p><p>lipopolissacarídeos (LPS) e ácidos teicóicos e do ATP</p><p>◻ Alguns acumulam 🡪 grânulos de volutina</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>NUTRIENTES - MACRONUTRIENTES</p><p>◻ ENXOFRE (S)</p><p>◻ 1% do peso seco</p><p>◻ Obtido 🡪 sulfato (SO4), sulfeto de H (H2S), sulfeto (S-2) e comp.</p><p>sulfurados orgânicos (cisteína, cistina e metionina)</p><p>◻ Componente 🡪 aminoácidos, coenzimas, proteínas (ferredoxina,</p><p>enzimas de oxirredução atuando como co-fator), aceptor final</p><p>de elétrons.</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>NUTRIENTES - MACRONUTRIENTES</p><p>◻ POTÁSSIO (K)</p><p>◻ 1% do peso seco</p><p>◻ Obtido a partir de sais de potássio</p><p>◻ Principal cátion inorgânico; co-fator p/ enzimas, importante p/ os</p><p>ribossomos.</p><p>◻ MAGNÉSIO (Mg)</p><p>◻ 0,5% do peso seco</p><p>◻ Obtido 🡪 na forma de sais de Mg</p><p>◻ Atua como co-fator e é componente da clorofila; estabiliza</p><p>ribossomos e ácidos nucléicos</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>NUTRIENTES - MACRONUTRIENTES</p><p>◻ CÁLCIO (Ca)</p><p>◻ 0,5% do peso seco</p><p>◻ Obtido 🡪 sais de Ca (CaCl2)</p><p>◻ Importante 🡪 co-fatores; componente dos endosporos</p><p>(estabilidade ao calor); ajuda a estabilizar a parede celular</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>NUTRIENTES - MACRONUTRIENTES</p><p>◻ FERRO (Fe)</p><p>◻ 0,2% do peso seco</p><p>◻ Pode ser obtido por sais de Fe (FeS) ou hidróxido de Fe(OH)3</p><p>◻ Papel importante na respiração celular (citocromos e proteínas</p><p>Fe-S ); componentes de certas proteínas e co-fatores.</p><p>◻ Importante fator de crescimento para bactérias patogênicas</p><p>◻ SÓDIO (Na)</p><p>◻ É requerido por algumas bactérias (marinhas, arqueas halófilas)</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>NUTRIENTES - MICRONUTRIENTES</p><p>◻ Também chamados de ELEMENTOS TRAÇOS</p><p>◻ Requeridos em quantidades mínimas ou muito pequenas 🡪</p><p>difícil medir ou determinar</p><p>◻ Íons metálicos</p><p>◻ Co-fatores para várias enzimas</p><p>◻ Manganês (Mn), Cobalto (Co), Níquel (Ni),</p><p>Selênio (Se), Tungstênio (W), Vanádio (V)</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>NUTRIENTES – FATORES DE CRESCIMENTO</p><p>◻ Compostos orgânicos 🡪 requeridos em baixas</p><p>quantidades 🡪 por bactérias que não podem</p><p>sintetizá-los</p><p>◻ 3 categorias principais: Purinas e pirimidinas;</p><p>aminoácidos e vitaminas (co-enzimas)</p><p>◻ Ác. Graxos insaturados, colesterol, poliaminas, colinas,</p><p>etc.</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>◻ Mediante a presença dos nutrientes</p><p>necessários, as bactérias irão crescer no</p><p>habitat onde elas se encontrem, seja no</p><p>ambiente, no hospedeiro, no alimento ou</p><p>no meio de cultura.</p><p>◻ Algumas mais exigentes do que outras …</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>METABOLISMO</p><p>◻ O que é metabolismo bacteriano?</p><p>◻ Catabolismo e anabolismo.</p><p>◻ E o ATP?</p><p>◻ Qual a importância do metabolismo para as bactérias?</p><p>◻ Quem poderia citar um componente fundamental no</p><p>metabolismo bacteriano?</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>METABOLISMO - ENZIMAS</p><p>◻ Qual a função das enzimas?</p><p>◻ Eficiência das enzimas 🡪 número de retorno (produto/seg.)</p><p>🡪1 – 10.000, exs: DNA polimerase – 15</p><p>Lactato desidrogenase – 1.000</p><p>◻ Nomenclatura e Classificação das enzimas</p><p>◻ Componentes das enzimas</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>METABOLISMO - ENZIMAS</p><p>◻ Fatores que influenciam a atividade enzimática</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>METABOLISMO - ENZIMAS</p><p>◻ Um efetivo caminho para controlar o crescimento bacteriano é</p><p>controlar suas enzimas 🡪 inibição enzimática</p><p>◻ INIBIDORES ENZIMÁTICOS – Competitivos e não –competitivos</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>METABOLISMO - ENZIMAS</p><p>◻ Inibição por retroalimentação</p><p>ou inibição do produto final</p><p>◻ Ribozimas – tipo de RNA</p><p>catalizador</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>METABOLISMO - ENZIMAS</p><p>◻ Reações de oxidação e redução</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>METABOLISMO – PRODUÇÃO DE ENERGIA</p><p>◻ GERAÇÃO DE ATP</p><p>◻ Fosforilação 🡪 adição de um “P” a um composto</p><p>químico</p><p>◻ Fosforilação em nível de substrato</p><p>◻ Fosforilação oxidativa</p><p>◻ Fotofosforilação</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>METABOLISMO – PRODUÇÃO DE ENERGIA</p><p>◻ O que é uma via metabólica?</p><p>◻ Sequencia de reações químicas enzimaticamente</p><p>catalisadas ocorrendo em uma célula.</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>METABOLISMO – VIAS METABÓLICAS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA</p><p>◻ A maioria dos micro-organismos oxida</p><p>carboidratos como sua fonte primária de</p><p>energia celular</p><p>◻ E qual é a fonte mais comum de energia de</p><p>carboidrato utilizada pelas bactérias?</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>METABOLISMO – METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>Visão geral da Respiração e da Fermentação</p><p>◻ O que é glicólise</p><p>ou via Embden-Meyerhof?</p><p>Oxidação da glicose</p><p>à ácido pirúvico.</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS - GLICÓLISE</p><p>◻ Vias alternativas à Glicólise</p><p>◻ Muitas bactérias têm outras vias em</p><p>adição à glicólise para a oxidação da</p><p>glicose 🡪 Via Pentose Fosfato e Via</p><p>Entner-doudoroff</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS – vias alternativas à glicólise</p><p>◻ VIA PENTOSE FOSFATO (ciclo hexose monofosfato)</p><p>◻ Simultâneo à glicólise 🡪 pentoses e</p><p>glicose</p><p>◻ Importante característica 🡪 produz importantes</p><p>pentoses intermediárias utilizadas na síntese: aç.</p><p>nucléicos; aminoácidos; glicose a partir de CO2 na</p><p>fotossíntese; importante produtora de NADPH e</p><p>NADP. 1 mol. ATP/glicose</p><p>◻ Ex: Bacillus subtilis, E. coli, Leuconostoc mesenteroides e</p><p>Enterococcus faecalis</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS – vias alternativas à glicólise</p><p>◻ VIA ENTNER-DOUDOROFF</p><p>◻ Bactérias que possuem as enzimas dessa via podem</p><p>metabolizar a glicose sem a glicólise ou a via pentose</p><p>fosfato</p><p>◻ 2 NADPH e 1 ATP/glicose</p><p>◻ Ex: G(-) Rizobium, Pseudomonas e Agrobacterium</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS - vias alternativas à glicólise</p><p>◻ A respiração celular 🡪 processo de geração de</p><p>ATP 🡪 moléculas são oxidadas 🡪 aceptor final de</p><p>elétrons geralmente é mol. inorgânica.</p><p>◻ Tem uma cadeia de transporte de elétrons.</p><p>◻ Respiração Aeróbica 🡪aceptor final de elétrons:O2</p><p>◻ Respiração Anaeróbica 🡪 mol. Inorgânica ≠ O2,</p><p>mol. orgânica raramente.</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS – RESPIRAÇÃO CELULAR</p><p>◻ O CICLO DE KREBS</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS – RESPIRAÇÃO AERÓBICA</p><p>◻ Cadeia de Transporte de Elétrons</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS – RESPIRAÇÃO AERÓBICA</p><p>◻ Quimiosmose – transporte de elétrons e a geração</p><p>de ATP</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS – RESPIRAÇÃO AERÓBICA</p><p>◻ Resumo da respiração</p><p>aeróbica</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS – RESPIRAÇÃO AERÓBICA</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS – RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA</p><p>◻ Fermentação</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS – RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA</p><p>Vias de fermentação – depende do micro-organinsmo</p><p>◻ Pseudomonas e Bacillus 🡪 íon nitrato (NO3-) acep. final de</p><p>elétrons 🡪íon nitrito (NO2-); óxido nitroso (N2O) ou gás</p><p>nitrogênio (N2)</p><p>◻ Desulfovibrio 🡪 sulfato (SO42-) 🡪 sulfeto de hidrogênio (H2S)</p><p>◻ Resp. anerób. por bactérias que usam esses aceptores é</p><p>essencial p/ os ciclos de N e S.</p><p>◻ Quantos ATP são gerados na resp anaeróbica?</p><p>◻ Depende do micro-organismo e da via</p><p>◻ Só uma parte do ciclo de Krebs funciona 🡪 pouco ATP 🡪</p><p>crescem lentamente</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS – RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA</p><p>◻ Tipos de fermentação</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS – RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA</p><p>◻ Usos industriais para diferentes tipos de</p><p>fermentação</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS CARBOIDRATOS – RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DOS LIPÍDEOS</p><p>◻ As proteínas são muito grandes p/ atravessarem a</p><p>membrana plasmática</p><p>◻ Proteases e peptidases extracelulares 🡪 aminoácidos</p><p>🡪 atravessam a membrana</p><p>◻ Antes de serem catabolizados 🡪 enzimaticamente</p><p>convertidos (desaminação, descarboxilação e</p><p>desidrogenação) a substâncias que possam entrar no</p><p>ciclo de Krebs (ácido orgânico).</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CATABOLISMO DAS PROTEÍNAS</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>INTER-RELAÇÕES DO CATABOLISMO DE</p><p>CARBOIDRATOS, LIPÍDEOS E PROTEÍNAS</p><p>◻ Foto – luz; Síntese – montagem de compostos orgânicos</p><p>◻ Síntese de açúcares 🡪 utilizando átomos de C a partir do</p><p>CO2 🡪 FIXAÇÃO DO CARBONO.</p><p>◻ A continuação da vida como nós conhecemos na Terra</p><p>depende da reciclagem do C nesta via.</p><p>◻ Cinobactérias, algas e plantas verdes</p><p>◻ Acontece em 2 etapas:</p><p>◻ Reações luminosas (dependentes de luz)</p><p>◻ Reações escuras (independentes de luz)</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>FOTOSSÍNTESE</p><p>◻ Reações luminosas</p><p>- Fotofosforilação</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>FOTOSSÍNTESE</p><p>◻ Reações escuras</p><p>- Ciclo de Calvin-Benson</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>FOTOSSÍNTESE</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>CLASSIFICAÇÃO NUTRICIONAL DOS ORGANISMOS</p><p>◻ BIOSSÍNTESE DE POLISSACARÍDEOS</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>VIAS METABÓLICAS DE USO DE ENERGIA - ANABOLISMO</p><p>◻ BIOSSÍNTESE DE LIPÍDEOS</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>VIAS METABÓLICAS DE USO DE ENERGIA - ANABOLISMO</p><p>◻ BIOSSÍNTESE DE AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>VIAS METABÓLICAS DE USO DE ENERGIA - ANABOLISMO</p><p>◻ BIOSSÍNTESE DE PURINAS E PIRIMIDINAS</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>VIAS METABÓLICAS DE USO DE ENERGIA - ANABOLISMO</p><p>Nutrição e metabolismo bacterianos</p><p>A INTEGRAÇÃO DO METABOLISMO</p><p>Vias anfibólicas</p><p>Conclusão</p><p>◻ É a variedade nutricional e a versatilidade do</p><p>metabolismo bacteriano que permitem sua presença</p><p>nos mais diferentes habitats terrestre, seja em</p><p>presença ou ausência de O2, de matéria orgânica</p><p>ou inorgânica, seja na água, no solo, locais frios,</p><p>quentes, sempre nascerá espécies capazes de</p><p>usufruir as condições do meio e crescer.</p><p>Não se perturbe o vosso coração.</p><p>Credes em Deus (Jo 14, 1).</p>