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Nutrição de Microrganismos 
 
Estudo de micro-organismos em laboratório: 
 
Fornecimento de condições químicas e físicas adequadas 
 
 
 
Crescimento celular: - identificação 
 - caracterização 
 - controle do crescimento 
 
1) Condições químicas: 
 
 - Nutrientes: - síntese dos componentes celulares 
 - obtenção de energia 
 
 - Uso de nutrientes na classificação de microrganismos: 
 
 - grande diversidade de nutrientes utilizados 
 - exigências nutricionais típicas para cada espécie 
 - localização em determinados ambientes/regiões 
 
- Macronutrientes – grandes quantidades: 
 
 - Fonte de Carbono: 
 
 - Formação de componentes estruturais, obtenção de energia 
 
 Fonte inorgânica (CO2) → Célula autotrófica 
 
 Fonte orgânica (carboidratos, lipídios, proteínas) → Célula 
 heterotrófica 
 
 - Fonte de energia: 
 
 Compostos químicos → Célula quimiotrófica 
 (orgânicos e inorgânicos) 
 
 Luz → Célula fototrófica 
 
 
 Fonte de 
Carbono 
Fonte de 
energia Exemplos 
Quimioheterotrófico Compostos 
orgânicos 
Compostos 
orgânicos 
Várias bactérias, 
algumas arqueas, 
protozoários, 
fungos, animais 
Quimioautotrófico CO2 
Compostos 
inorgânicos 
Bactérias 
nitrificantes, várias 
arqueas 
Fotoautotrófico CO2 Luz 
Algumas bactérias 
fotossintéticas, 
algas, vegetais 
Fotoheterotrófico Compostos 
orgânicos Luz Algumas bactérias 
fotossintéticas 
Bactérias quimioheterotróficas: 
 
 - Importância médica → obtenção de moléculas orgânicas em 
 hospedeiro animal ou vegetal 
 
 - Importância industrial → degradação de poluentes 
 (pesticidas, plásticos, hidrocarbonetos) 
 
 - Versatilidade do metabolismo: 
 
 Algumas bactérias → uso exclusivo de glicose 
 
 Pseudomonas → uso de diferentes carboidratos, aminoácidos, 
 hidrocarbonetos, pesticidas 
 
 
- Fonte de Nitrogênio: - Componente estrutural, obtenção de energia 
 - Proteínas, carboidratos, ácidos nucléicos 
 
 Fonte inorgânica: N2, NO3
-, NO2
-, NH3 
 Fonte orgânica: aminoácidos, peptídeos 
 
 
- Fonte de Enxofre: - Componente estrutural, obtenção de energia 
 - Proteínas 
 
 Fonte inorgânica → SO4
2-, H2S 
 Fonte orgânica → aminoácidos sulfurados (cisteína, metionina) 
 
 
- Fontes de Potássio, Magnésio, Cálcio, Sódio, Ferro, Fosfato 
 
 
 
- Micronutrientes ou elementos-traço: 
 
 - Necessários em pequenas quantidades 
 - Presença na água e outros componentes 
 
 - Zn → cofator de enzimas 
 - Co → vitamina B12 
 - Mn, Vn 
 
 - Fatores de crescimento: 
 
 - Compostos orgânicos que não são sintetizados por determinado 
 microrganismo 
 - Não são utilizados para obtenção de energia 
 - Variável para cada espécie 
 - Aminoácidos, nucleotídeos, vitaminas 
 
 
- Microrganismo prototrófico: 
 
 - Não necessita de fatores de crescimento 
 - Grande capacidade biossintética 
 - Microrganismos do solo, água 
 - Ex: Escherichia coli, algumas leveduras 
 
 
- Microrganismo auxotrófico: 
 
 - Precisa de fatores de crescimento 
 - Menor capacidade biossintética 
 - Microrganismos de alimentos, mucosas, sangue 
 
 Microrganismos patogênicos 
 
 - Ex: Staphylococcus aureus, Salmonella typhi, Bacillus anthracis 
 
 
 
- Meios de cultura: 
 
 - Grande quantidade de água (70-80% peso celular) 
 - Nutrientes necessários 
 - Meio básico: - fonte de Carbono 
 - fonte de Nitrogênio 
 - sais minerais 
 
 - Meio mínimo: 
 
 - mínimo necessário para o desenvolvimento de um 
 microrganismo 
 - sem fatores de crescimento 
 - cultivo de microrganismos prototróficos 
 
 
 - Meio definido: 
 
 - constituintes conhecidos qualitativamente e 
 quantitativamente 
 - com fatores de crescimento 
 - cultivo de microrganismos auxotróficos de metabolismo 
 conhecido 
 
 - Meio complexo: 
 
 - composição química indefinida 
 - todos os fatores de crescimento presentes 
 - sangue, extrato de levedura, extrato de carne, peptona, 
 leite 
 - cultivo de microrganismos auxotróficos de metabolismo 
 desconhecido 
 
- Bactérias que não crescem em meios de cultura: 
 
 - Falta de um meio de cultura universal 
 - Necessidade de grande quantidade de fatores de 
 crescimento 
 - Patógenos intracelulares obrigatórios 
 - Uso de culturas de células, animais de laboratório, ovos 
 embrionados 
 - ex: Treponema pallidum 
 
 
2) Condições físicas: 
 
 - Temperatura: - Faixa de temperatura ideal (30-40°C) 
 
 
- Classificação de microrganismos quanto à temperatura de crescimento 
- Microrganismos psicrófilos: 
 
 - Crescimento abaixo de 20°C 
 - Bactérias e arqueas do Ártico, Antártica, geladeira 
 - Limitação: presença de água em estado líquido 
 
 Água do mar, alimentos: congelamento abaixo de 0°C 
 
- Microrganismos mesófilos: 
 
 - Crescimento entre 20°C e 40°C 
 - Microrganismos patogênicos 
 
- Microrganismos termófilos: 
 
 - Crescimento entre 40°C e 70°C 
 - Bactérias e arqueas do solo 
 
 
- Microrganismos hipertermófilos: 
 
 - Extremófilos 
 - Crescimento acima de 70°C 
 - Arqueas de fontes termais, 
 gêiseres 
 
Adaptações a baixas temperaturas: 
 
 - membrana plasmática com ácidos graxos insaturados 
 - proteínas com predomínio de aminoácidos polares 
 
Apenas ácidos graxos saturados são lineares 
O que ocorre abaixo da temperatura mínima de crescimento? 
 
 - membrana com pouca fluidez – interrupção dos mecanismos de 
 transporte e de obtenção de energia em procariotos 
 - enzimas com conformação alterada – desnaturação parcial 
 - interrupção da atividade metabólica – morte celular? 
 
 
Adaptações a altas temperaturas: 
 
 - membrana plasmática em monocamada, ácidos graxos saturados e 
ligações do tipo éter em fosfolipídeos 
 - proteínas com aminoácidos hidrofóbicos no interior da estrutura 
 - teor GC em ácidos nucleicos 
 
 
 
O que ocorre acima da temperatura máxima de crescimento? 
 - membrana com excesso de fluidez – desorganização da membrana 
 - enzimas com conformação alterada – desnaturação total 
 - desnaturação do DNA 
 - lise celular 
- pH: 
 Microrganismo acidófilo: pH abaixo de 7 
 - Fungos, bactérias, arqueas 
 - Presença em certos alimentos → impedem a contaminação por 
 outros microrganismos: iogurte, mucosas 
 
 Microrganismo neutrófilo: pH 7 – 8,5 
 - Bactérias e protozoários patogênicos 
 
 Microrganismo basófilo: pH acima de 8,5 
 - Bactérias, arqueas 
 - Lagos e solos especiais 
 - Aplicação industrial: produção de hidrolases extracelulares 
 basófilas → proteases de detergentes 
 
Presença de determinados microrganismos em determinados 
alimentos/ambientes de acordo com o pH 
 
 
- O2 (potencial de oxi-redução): 
 
 Microrganismo aeróbio obrigatório: 
 - necessidade da presença de O2 → aceptor final de elétrons na 
respiração aeróbia 
 - capacidade de remoção de radicais livres de Oxigênio → presença 
de 3 enzimas: Superóxido dismutase (SOD), Peroxidase e Catalase 
 
 
 
 Microrganismo aeróbio microaerófilo: 
 
 - necessidade de pequena quantidade de O2 
 - presença de moléculas sensíveis a altos níveis de O2 
 
 
 Microrganismo anaeróbio: 
 
 - sobrevivência apenas na ausência de O2 → não usa O2 como 
aceptor final de elétrons na respiração aeróbia 
 - incapacidade de remoção de radicais livres de Oxigênio → 
ausência de SOD, peroxidase e catalase 
 
- Anaeróbio estrito (obrigatório): O2 é letal 
 
- Aerotolerante: - tolera pequenas quantidades de O2 
 - remoção de O2 por oxidação de compostos orgânicos: 
 glicose → ácido glicônico 
Clostridium botulinum: bactéria capaz de esporular e anaeróbia obrigatória 
 
Endosporos presentes no solo 
 
Contaminação de alimentos – se embalados a vácuo, ocorre germinação: 
 
Crescimento em anaerobiose e produção da toxina botulínica 
Prevenção da germinação no alimento: 
 
- Processamento térmico adequado 
- AcidificaçãoMicrorganismo facultativo: 
 - crescimento na presença ou ausência de O2 
 - metabolismo versátil 
 - presença de SOD, peroxidase e catalase 
 
 Grupo Metabolismo Exemplo Habitat 
Aeróbio Respiração aeróbia Micrococcus luteus Pele, meio ambiente 
Facultativo Respiração aeróbia ou 
anaeróbia, fermentação 
Escherichia coli Trato intestinal de 
animais 
Microaerófilo Respiração aeróbia Spirillum volutans Lagos 
Aerotolerante Fermentação Streptococcus 
pyogenes 
Trato respiratório 
superior 
Anaeróbio 
estrito 
Respiração anaeróbia ou 
fermentação 
Clostridium spp., 
Methanobacterium 
spp. 
Alimentos enlatados, 
sedimentos de lagos, 
digestores de lixo 
Metabolismo Quimioheterotrófico em Procariotos 
Células quimioheterotróficas: 
 
 
– Uso de compostos orgânicos como fonte de Carbono e de energia 
 
- Animais, fungos, protozoários, algumas arqueas, várias bactérias 
 
- Processos de obtenção de energia: RESPIRAÇÃO E FERMENTAÇÃO 
 
RESPIRAÇÃO – OXIDAÇÃO COMPLETA DA GLICOSE: 
 
 C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O 
 Glicose 
 
Número de oxidação dos átomos de Carbono na glicose: 0 
 Glicose: C6H12O6 O = -2 H = +1 6 C = 0 
Número de oxidação do átomo de Carbono em CO2: + 4 
 CO2 – forma mais oxidada do átomo de Carbono na natureza 
 
 
- Três etapas: 1 - Via glicolítica 
 2 - Ciclo de Krebs 
 3 - Fosforilação oxidativa 
 
1 – Via glicolítica de Embden-Meyerhof: 
 
 
- Via glicolítica clássica 
 
- Citoplasma de eucariotos e 
procariotos 
 
- Produção de ATP e NADH durante 
a via glicolítica 
 
 
Glicose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 
  
2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH 
 
 
ATP – principal molécula de transferência 
de energia nas células 
2 - Ciclo de Krebs: 
 - Citoplasma de procariotos 
 - Oxidação total da glicose 
 - Grande produção de coenzimas reduzidas 
Glicose 
 ↓ 
2 Piruvato + 2 ADP + 2 Pi + 
2 FAD+ + 8 NAD+ 
 
 
 
6 CO2 + 2 ATP + 
2 FADH2 + 8 NADH 
3 - Fosforilação oxidativa: 
 
 - Cadeia transportadora de elétrons: 
 
 - membrana plasmática de procariotos 
 - composição variada: flavoproteínas / quinonas / citocromos 
 - organização em valores crescentes de Potencial de redução ( E ) 
 
 
 - Potencial de redução: Medida da afinidade diferenciada das moléculas 
 por elétrons 
 
 Menor valor de E → tendência a perder elétrons (oxidação) 
 
 Maior valor de E → tendência a receber elétrons (redução) 
 
 Par oxidação-redução (redox): Menor valor de E  Maior valor de E ( E ) 
 
 
Par redox E (V) 
2 H+ / H2 - 0,42 
NAD+ / NADH - 0,32 
S0 / H2S - 0,28 
FAD+ / FADH2 - 0,22 
SO3
2- / H2S - 0,17 
Citocromo b oxidado/reduzido + 0,035 
Ubiquinona oxidada/reduzida + 0,11 
Citocromo c oxidado/reduzido + 0,25 
Citocromo a oxidado/reduzido + 0,39 
NO3
2- / NO2
- + 0,42 
NO3
2- / N2 + 0,74 
Fe3+ / Fe2+ + 0,76 
O2 / H2O + 0,82 
Tabela de valores de E: 
 
- relacionamento de pares redox 
entre si 
- determinação do fluxo de elétrons 
entre pares de oxidação-redução 
 
 
Quanto maior ΔE, 
maior a energia (G) liberada: 
G = - nE 
 
 
O2 – maior valor de E: 
maior liberação de energia possível 
- Coenzimas reduzidas na via glicolítica, ciclo de Krebs  baixo valor de E 
 
- Compostos inorgânicos (O2, NO3
-) → alto valor de E (aceptores de elétrons)
 
- Energia liberada → formação de gradiente de prótons na membrana → 
força próton-motiva 
 
- ATPase (ATP sintase) na membrana: - canal de prótons 
 - síntese de ATP 
 
1 NADH → síntese de 3 ATP 1 FADH2 → síntese de 2 ATP 
 
- Força próton-motiva em procariotos: 
 
- síntese de ATP pela ATP sintase 
 
- movimento do flagelo 
 
- transporte de substratos contra 
o gradiente de concentração (simporte) 
 
- efluxo de compostos (antimicrobianos) 
(antiporte) 
- Respiração aeróbia: O2 é o aceptor final dos elétrons da cadeia 
 eucariotos, vários procariotos 
 
- Produção de 38 ATP por molécula de glicose em procariotos 
Respiração anaeróbia: - O2 não é o aceptor final de elétrons da cadeia 
 - vários procariotos, alguns fungos e alguns protozoários 
 - processo anaeróbico 
 
 
 Menores valores de E do que O2 → menor liberação de energia: 
 
 1 NADH → 1 ou 2 ATP 1 FADH2 → 1 ATP ou menos 
 
 
 - capacidade de ocupação de diferentes ambientes anaeróbios 
 - crescimento mais lento do que em aerobiose 
 - grande consumo dos aceptores de elétrons 
 
 Possíveis aceptores de elétrons na respiração anaeróbia: 
 
 NO3
- → NO2
- SO4
2- → H2S 
 Fe3+ → Fe2+ S0 → H2S 
FERMENTAÇÕES 
 
- Processo de obtenção de energia realizado por seres vivos quimioheterotróficos: 
 
 Várias bactérias, algumas arqueas, algumas leveduras, alguns protozoários 
 
 Animais: apenas 1 tipo de fermentação encontrado 
 
- Ocorrência: solo, sedimentos marinhos, trato intestinal, mucosas e 
 cavidade oral de animais 
 
- Processo realizado principalmente na ausência de O2 
 
- Principal método de obtenção de energia: via glicolítica clássica 
 
- Objetivo: reoxidação das coenzimas reduzidas durante a oxidação da glicose 
ou outra molécula orgânica → baixa [NADH] celular 
2 piruvato + 2 NADH → 2 NAD+ + [Moléculas orgânicas] 
 
 
- Variedade de processos fermentativos em bactérias 
 
- Nomenclatura: geralmente o produto formado ao final da fermentação 
 
- Destino do produto final: excreção (“efluxo do produto final”) 
 
- Importância: 
 
 - Identificação de microrganismos 
 - Processos industriais (Biotecnologia) 
 - Controle do crescimento de outros microrganismos 
 
 
Fermentação: Oxidação incompleta dos átomos de Carbono 
 Menor rendimento energético 
 
1 – Fermentação lática: 
 
 - Produto final – lactato 
 
 - Reação total: Glicose + 2 ADP + 2 Pi → 2 lactato + 2 ATP 
 
 - Lactato desidrogenase: uso de NADH como coenzima 
 
 
- Ocorrência da fermentação lática: 
 
 
 - Bactérias anaeróbias: Streptococcus, Lactobacillus, Bifidobacterium 
 
 Lactato liberado para o meio extracelular – acidificação do ambiente 
 
 
Acidificação de mucosas: 
 
impedimento da colonização por espécies patogênicas (pH neutro) 
 
adição em alimentos – probióticos: 
 
“organismos vivos que, quando administrados em quantidades 
adequadas, conferem benefício à saúde do hospedeiro” 
 
 
- Intolerância à lactose – falta da produção da enzima lactase (β-galactosidase) 
no intestino delgado 
 
Acúmulo de lactose 
no intestino grosso: 
 
 - migração de água para 
 o lúmen intestinal 
 - fermentação lática e 
 outras fermentações 
 no intestino grosso 
 - sintomas de intolerância 
 à lactose 
 
 
Tratamento: remoção do leite e derivados da dieta ou uso da enzima lactase – Ou: 
 
Leite acidófilo: leite contendo Lactobacillus acidophilus (produção de ácido lático) 
Leite acidófilo: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei 
 
 - Leite pasteurizado / esterilizado 
 - Inoculação da bactéria lática 
 - Fermentação lática por 12 horas a 37°C 
 - Ácido lático 0,6 – 0,7% 
 - Resfriamento a 5°C 
 
Diminuição do teor de lactose do leite / 
Fornecimento da enzima lactase ao organismo 
 
 
“Leites fermentados” - alimentos probióticos: 
 
 - Leite acidófilo 
 - Iogurtes 
 
(Outras vantagens, além da produção de ácido lático) 
- Aspecto maléfico da fermentação lática: 
 
 
Adesão de Streptococcus mutans via cápsula na interface gengiva-dente 
 
Formação de biofilme 
 
Fermentação lática 
 
Queda drástica do pH 
 
Desmineralização do esmalte dos dentes 
 
Cárie 
 - Fermentação lática também ocorre em tecido muscular esquelético de 
vertebrados em atividade intensa - fornecimento insuficiente de O2 
 
FERMENTAÇÃO ≠ RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA 
 
2 - Fermentação etanólica: 
 
Ocorrência:Leveduras 
(Saccharomyces cerevisiae) 
 
Algumas bactérias 
(Zymomonas) 
 
 
 
Uvas prensadas (Mosto) 
 
 SO2 Leveduras 
 
 
Fermentação etanólica 
(2-3 semanas) 
 
Nova prensagem 
 
Descarte da polpa 
 
 SO2 
 
Envelhecimento em barris, tonéis 
(anos) 
 
Filtração e envase do vinho 
- Importância econômica 
 do etanol e do CO2: 
 
Etanol – produção de 
bebidas alcoólicas e 
álcool combustível 
 
CO2 – vinho espumante, 
fermento biológico 
- Comparação Respiração x Fermentação: 
Respiração aeróbia Respiração 
anaeróbia Fermentação 
Oxidação da 
molécula orgânica Total – CO2 Total – CO2 
Parcial – lactato, 
etanol... 
Aceptor de 
elétrons Externo - O2 
Externo - NO3
-, 
Fe3+... 
A molécula orgânica 
oxidada (piruvato) 
Rendimento de 
ATP por glicose Alto (38) Alto (