Resumo Microbiologia - bloco 1

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Resumo Microbiologia – Bloco 1
Membrana Citoplasmática
- Delimita o conteúdo citoplasmático
- Permeabilidade seletiva
- Fosfoglicerídeos e glicerídeos contendo ácidos graxos ligados por éster ao glicerol
- Podem ou não conter ou não fosfato
- Presença de haponóides = mantém a rigidez, ganhando resistência e estabilidade
- Presença de proteínas e carboidratos
- Glicoproteínas com ácidos graxos = função de permeabilidade
Parede Celular
Esse organismo precisa ter um envelope celular compatível com a pressão de tubo no interior do citoplasma, para manter a célula viável num ambiente que tem o grau de osmolaridade muito diferenciado, já que a concentração de soluto é maior que o meio, e o envelope segura a célula para não “estourar”.
Na coloração GRAM, algumas bactérias vão se corar em vermelho ou violeta, o que determina essa diferenciação é a espessura da peptideoglicana (parede celular), a cima da membrana citoplasmática.
Gram-positivas(+):
- Peptideoglicana grossa = composta por carboidratos e peptídeos, possui muitas ligações cruzadas constituída por N-acetilmurâmico e N-acetilglicosamina (ligações ẞ14).
- Ácido teitóico = polímero aniônico, sítio de ligação para autolisinas (responsáveis pela remodelação da parede celular), e peptídeos. Previne a fagocitose da bactéria de macrófagos do organismo que se localiza.
- Ácido politeitóico (+componente lipídico) = polímero aniônico, ajuda na adesão à célula hospedeira (se liga inespecificamente a fosfolipídeos).
Gram-negativas(-):
- Peptideoglicana fina = ligações diretas entre D-alanina e D-aminopimerica e poucas ligações cruzadas
- Espaço periplasmático = espaço entre a membrana citoplasmática e membrana externa, se encontra a peptideoglicana. É o local de proteínas de transporte e enzimas.
- Lipoproteínas = ancoram a peptideoglicana à membrana externa
- Membrana externa com lipoproteínas e porinas = localizada a cima da peptideoglicana, é uma barreira contra corantes e também impede a ação de antibióticos para dentro da célula. As moléculas hidrofóbicas não atravessam logo os sais biliares não atravessam e por esse motivo bactérias Gram-negativas sobrevivem no intestino delgado.
Arqueas:
- Possui pseudopeptideoglicana com proteínas, polissacarídeos e glicoproteínas
- Podem não possuir parede celular = essas apresentam camada S
- Camada S = formada por proteínas e glicoproteínas que se agrupam em arranjos simétricos. Possui como função a barreira à passagem de macromoléculas, proteger contra mecanismos de defesa do hospedeiro e prevenis a predação. Também está envolvida na adesão celular e reconhecimento celular.
 Substâncias Poliméricas Extracelulares
Estão localizadas na parte exterior da bactéria, sendo três estruturas: camada S, camada limosa e cápsula. A diferença entre a cápsula e a camada limosa é que a primeira é uma matriz extracelular densa e extremamente aderida na superfície celular, já a segunda é uma estrutura frouxa e pouco aderida na superfície celular.
Cápsula:
- É uma estrutura não essencial. 
- Tem como função a proteção contra dessecação, fagocitose, anticorpos, infecção por fagos (vírus). 
- Tem capacidade de se aderir em tecidos animais específicos (trato intestinal e esmalte dos dentes), causando doenças.
- Formada por polissacarídeos e proteínas.
Fímbrias/Pilis:
- Composto por subunidades proteicas (pilina)
- Filamentos longos e delgados que se projetam para fora da célula
- Tem como função adesão específica, entre bactérias para a transferência de DNA
Flagelo:
- Composta por proteínas = proteína flagelina polimerizada
- Estrutura helicoidal
- Função de mobilidade
- O movimento do flagelo é gerado por uma rotação de anéis, com gradiente H+ na membrana
Endósporos:
- Promovem resistência ao calor, dessecação, radiação, agente químicos
- Não se coram
Nutrição Bacteriana
Os microrganismos precisam de nutrientes para a obtenção de energia e para formação dos componentes celulares, também são essenciais para o crescimento microbiano (proliferação). A diversidade metabólica difere os microrganismos para a sobrevivência em diferentes meios.
Os macronutrientes são requeridos em grande quantidade e são importantes na estrutura e metabolismo celular. Os micronutrientes são requeridos em pequenas quantidades e estão envolvidos na função enzimática e manutenção da estrutura de proteínas. E por fim, os fatores de nutrientes são requeridos também em pequenas quantidades por bactérias que não podem sintetizá-los (ex: purinas e pirimidinas, aminoácidos e vitaminas).
Macronutrientes:
- Carbono = está presente em todos os componentes da célula (proteínas, lipídeos, carboidratos). É usado como obtenção de energia e é um componente estrutural. As fontes de carbono são o carbonati, CO2, aminoácido, ácidos graxos, carboidratos, bases nitrogenadas, compostos aromáticos, etc. Quando um polissacarídeo se aproxima da célula, esta só poderá obtê-la como fonte se possuir enzimas que degradam o polissacarídeo.
- Nitrogênio = está presente em proteínas e ácidos nucleicos na célula, pode ser utilizado como componente estrutural e para obtenção de energia. É oferecido em diferentes fontes, como N2, amônia, nitrito, nitrato, ueria, aminoácidos e proteínas. 
- Oxigênio = é encontrado pela célula em água, O2, CO2 e compostos orgânicos. É utilizado na respiração aeróbica, é o aceptor final da cadeia transportadora de elétrons.
- Fósforo = é importante para obtenção de energia, formação de ácido teicoico e compõe fosfolipídicos e ácidos nucleicos. As fontes são os fosfatos inorgânicos e os meios de cultivo são preparados com sais de fosfato que além de ser fonte de fósforo, servem como agente tampão do meio de cultura.
- Enxofre = está presente em proteínas e em vitaminas. As fontes são o sulfato, sulfeto de hidrogênio, sulfeto e compostos orgânicos.
Micronutrientes:
- Cobalto = usado por organismos que sintetizam vitamina B12
- Cobre = usado na respiração e é presente no citocromo
- Manganês = é um ativador de enzimas no superóxido dismutase
- Ferro = é importante na respiração celular
- Zinco = é também um ativador de enzima e se encontra na DNApolimerase
Fatores de crescimento:
São compostos necessários em pequenas quantidades e apenas por alguns organismos. São vitaminas, aminoácidos e nucleotídeos. 
Classificação de acordo com diferentes tipos nutricionais:
- fotoautotrófico = fonte de energia é a luz e a fonte de carbono é inorgânica
- fotoheterotrófico = fonte de energia é a luz e a fonte de carbono é orgânica
- quimioautotrófico = fonte de energia é composto químico e a fonte de carbono é inorgânica
- quimioheterotrófico = fonte de energia é composto químico e a fonte de carbono é orgânica
Fatores físicos para o crescimento microbiano:
- Temperatura 
 * microrganismo pscicrófilo = 0-20°C, temperatura ideal é 15°C (quando a bactéria cresce mais rápido)
 * microrganismo mesófilo = 25-40°C, temperatura ideal é 35°C (agente patogênico, frequente em humanos)
 * microrganismo termófilo = 45-60°C, temperatura ideal é de 55°C
 * microrganismo termófilo extremo = 70-100°C, arqueobactérias
A temperatura é essencial para que a bactéria fique na temperatura ideal para que todas as suas reações metabólicas ocorram mais rapidamente. Uma baixa temperatura causa diminuição da fluidez da membrana, e uma alta temperatura causa uma desnaturação.
- PH
 * acidófilo = < 7,0
 * neutrófilo = 7,0 – 8,5
 * basófilo = > 8,5
O controle do pH é importante para as bactérias que fazem fermentação, porque durante o metabolismo celular há uma grande produção de ácido, e o pH cria uma solução tampão para manter o pH ideal.
- Oxigênio
Ele é um problema para os microrganismos visto que seu metabolismo libera toxinas prejudiciais. Portanto, há de três enzimas que detoxificam o oxigênio: catalase, peroxidase e superóxido dismutase. Os microrganismos aeróbicos são divididos em:
 * obrigatório = respiração aeróbica
 * microaerófilo = necessita de pequena quantidade de O2
 * aerotolerante = tolera pequenaquantidade de O2
-Pressão osmótica
 * não halófilos = não necessitam de sal e não toleram presença do mesmo no meio
 * halotolerantes = não necessitam de sal, mas toleram a presença no meio
 * halófilos = necessitam de sal em uma concentração moderada
 * halófilos extremos = necessitam de sal em altas concentrações
 Meios de cultura:
Nos meios de cultura, para a bactéria crescer no laboratório é preciso fornecer nutrientes e condições de crescimento adequadas.
- Meio de cultivo seletivo = possui componentes que inibem o crescimento de determinados microrganismos ou favorecem o crescimento de outros de interesse
- Meio de cultivo diferencial = permite o crescimento diferenciado, possuindo componentes que permitem a distinção entre as diferentes bactérias
- Meio de cultivo enriquecimento = favorece o crescimento, possui componentes que favorecem o crescimento de espécies de interesse, mesmo quando ele se encontra em pequeno número na amostra inicial.
Crescimento Microbiano
A definição de crescimento microbiano é o aumento do número de células e está associado ao crescimento de uma população de células.
Um esquema de crescimento em procarioto é chamando de fissão binária. Uma célula dará origem a duas células em um determinado tempo com diversas etapas, esse tempo é chamado de geração. Em uma geração, a primeira etapa é a replicação do DNA, ao mesmo tempo aumento de tamanho. Em seguida, a célula começa a direcionar uma molécula de DNA para uma célula filha, e outra molécula de DNA para outra filha, com isso há formação de um septo para separar as duas células. Seguindo, há a finalização do septo, com a formação de paredes distintas. E por fim, ocorre a separação das duas células filhas com as mesmas características da célula mãe.
Métodos de crescimento:
- crescimento em batelada = curva de crescimento
- crescimento contínuo = manutenção da cultura na fase log (cresce exponencialmente), que utiliza-se um quimiostato que tem nutriente em quantidade limitante de crescimento, então a célula morre por falta de nutriente e também por toxinas liberadas por ela mesma
- crescimento sincrônico = todas as células se dividem ao mesmo tempo
Curva de crescimento:
- fase lag = nenhum crescimento aparente, tempo de adaptação a novas condições ambientais (sintetizando proteínas, etc.)
- fase log = crescimento exponencial = divisões celulares consecutivas, variando de acordo com as condições ambientais e características gênicas
- fase estacionária = número constante de células. Células mais resistentes, formação de endósporos. Extinção de nutrientes, acúmulo de produtos tóxicos, produção de metabólitos secundários.
- fase morte ou declínio = diminuição do número de células viáveis. Se a população permanecer por muito tempo na fase estacionária, acabam morrendo.
Mecanismos de obtenção de energia
O metabolismo é usado pela célula para obtenção de energia, através de várias reações químicas. Os elétrons serão passados de moléculas para moléculas, por vias metabólicas ou vias transportadoras de elétrons, que terá liberação de energia. Essa energia é captada pela célula, normalmente armazenada na forma de ATP, podendo ser usada em diversas vias.
Mecanismos para geração de ATP:
- fosforilação ao nível de substrato = processo no qual o grupo fosfato de um composto químico é removido e adicionado diretamente ao ADP
- fosforilação oxidativa por transporte de elétrons = processo no qual a energia liberada pela oxidação de compostos químicos, é utilizada para a síntese de ATP a partir de ADP
- fotofosforilação = processo no qual a energia da luz é utilizada para a síntese de ATP
- fosforilação por força íon motiva = processo no qual há o acúmulo de íons no meio extracelular pro processos diferentes da fosforilação por transporte de elétrons.
A principal molécula orgânica utilizada na respiração aeróbica é a glicose. Ela será clivada em duas moléculas de piruvato (glicólise), este será descarboxilado no ciclo de Krebs, e os elétrons gerados no processo são mandados para a cadeia respiratória, onde tem redução do oxigênio, formação de água e produção de ATP.
Fermentação:
- É a oxidação parcial da molécula orgânica fonte de carbono e energia. 
- Ocorre na ausência de oxigênio
- Síntese de ATP principalmente através da fosforilação ao nível de substrato
- Gera pouco ATP
A glicose entra na glicólise com um saldo de duas moléculas de ATP e formando duas moléculas de NADH reduzido. O piruvato formado não vai para o ciclo de Krebs, ou seja, não faz fosforilação oxidativa. Ocorre então regeneração do NAD+, levando hidrogênio para a molécula de piruvato, tendo como produto final com o mesmo substrato.
Como não ocorre o ciclo respiratório, a bactéria não tem uma força próton-motiva (força necessária para a movimentação do flagelo, fazer simporte/antiporte, etc. Invés de a célula utilizar ATPase para gerar essa força, ela usa a ATPase de forma inversa, ou seja, quebra ATP para jogar hidrogênio para fora.
- fermentação lática
- fermentação etanoica
- fermentação butirica (manteiga)
- fermentação propiônica (queijo)
A fermentação lática é dividida em homolática (que gera duas moléculas de ATP) e heterolática (molécula de lactato mais etanol ou outro ácido). Na fermentação homolática, a glicose entra na glicólise e forma piruvato, que será o aceptor final de elétrons do NADH, a enzima retira prótons deste e leva a piruvato, gerando duas moléculas de lactato e duas moléculas de ATP. Na fermentação heterolática, fez a via das pentoses, tem a formação de acetil-fosfato, gerando ATP, formando acetato ou ácido acético, o próprio acetil-fosfato por gerar etanol ou gerar lactato pela via comum, que é o piruvato gerando ácido lático.
Agentes Quimioterápicos
A quimioterapia é o método que utiliza compostos químicos no tratamento de doenças causadas por agentes biológicos.
Resistência:
É quando uma bactéria sofre uma mutação e essa pode gerar um gene à bactéria de resistência. 
As bactérias desenvolveram diversos mecanismos para sobreviver ao antibióticos:
- Expressão da membrana celular com bombas de efluxo = antibiótico entra na célula e é expulso pela bomba, logo o fármaco não consegue atingir uma concentração suficiente para gerar a função patológica
- Produção de enzimas quebradoras de antibióticos = pode ser citoplasmática ou membramática
- Uma célula alternativa na via metabólica
- Mecanismo que diminui a captação de antibiótico
- Alteração do sítio de ação do fármaco, ou seja, ele se liga em uma enzima que foi alterada e perde afinidade pela substância
Podemos minimizar o surgimento de resistência com o uso moderado de agentes antimicrobianos, uso correto de acordo com a prescrição médica e com administração simultânea de duas ou mais drogas.
Características do antimicrobiano ideal:
- toxicidade seletiva
- amplo espectro
- não deve gerar resistência no hospedeiro
- não deve afetar a microbiota normal
- não deve produzir hipersensibilidade no hospedeiro
Classificação de acordo com o organismo alvo:
- antibacteriano
- antifúngico
- antiviral
- antiparasitário
Classificação de acordo com a natureza de ação:
- sufixo CIDA = inviabiliza o microrganismo, eliminam as bactérias
- sufixo STÁTICO = inibe o crescimento do microrganismo
Classificação de acordo com os processos bioquímicos com os quais interfere:
- inibidores da síntese de parede celular
- antimetabólitos
- inibidores da síntese de ácidos nucleicos
- inibidores da síntese de proteínas
- agentes danosos a membrana plasmática
Parede Celular:
Um dos motivos de usar a parede celular como alvo é porque só a bactéria tem, sem causar efeito no corpo do hospedeiro. Nas bactérias gram-negativas possuem a membrana externa que impede o transporte de substâncias hidrofílicas e possuem porinas que auxiliam na captação e excreção destes nutrientes. Já as bactérias gram-positivas tem uma camada expessa de peptideoglicana que permite passagem de substâncias hidrofílicas.
- Penicilina
O mecanismo de ação baseia-se na inibiçãoda transpeptidação (enzima transpeptidase faz a ligação cruzada dos polímeros da peptideoglicana), perda de um inibidor endógeno das autolisinas.
Possui um efeito bactericida, ou seja, mata todas as bactérias. Ruptura do equilíbrio entre a síntese e a degradação da parede celular (quando estão em divisão ativa).
Tem efeito adversa que são as reações de hipersensibilidade.
Mecanismos de resistência = mutação em gene codificador de transpeptidase, que anula a capacidade da enzima se ligar ao fármaco; inativação do fármaco por ação de enzimas; mutação das porinas, diminuindo a entrada do fármaco; aumento da expressão de bombas de efluxo.
Membrana plasmática:
- Polimixinas
Consistem de peptídeos cíclicos semelhantes a detergentes que causam danos seletivos a membrana contendo fosfatidiletanolamina, que é o maior componente das membranas bacterianas.
São usadas como tópico para tratamento de infecções da pele por gram-negativas e também podem ser usadas internamente, podendo causar danos hepáticos, com isso é necessário um acompanhamento com enzimas hepáticas.
A polimixina passa pela membrana e interage com a mesma, desestruturando toda a membrana e a leva à morte.
Ácidos nucleicos (DNA/RNA):
- Quinolonas
Estas drogas atuam inibindo a enzima DNA girase, necessária para replicação do DNA. Esta enzima atua de duas formas: alivia a torção do DNA para acontecer a replicação e atua reestruturando o DNA que já foi replicado.
Os mecanismos de resistência são: alteração do sítio de ligação do fármaco (não conseguindo ligar-se na DNA girasse); diminuição da permeabilidade ao fármaco; proteínas que interagem com a droga impedindo a sua ligação com a enzima; degradação enzimática da droga.
- Rifamicinas
Atuam se ligando à RNA polimerase, enzima responsável por catalisar a transcrição. Atua bloqueando principalmente o RNA mensageiro. O RNA polimerase abre o DNA, insere as bases nitrogenadas correspondentes e forma o RNA mensageiro. A rifamicina impede esse processo, logo sem RNA mensageiro não há como sintetizar proteína.
A toxicidade seletiva baseia-se no fato de terem maior afinidade pelas polimerases bacterianas do que as correspondentes em humanos.
Mecanismos de resistência são: mutações que levam a alteração do sítio de ligação do fármaco (alteração na enzima que evita ligação da droga).
- Nitroimidazóis
O mecanismo de ação baseia-se na redução de grupamentos nitro em condições anaeróbicas, levando a produção de radicais que promovem ataques do DNA culminando com a sua quebra/danos.
Quando o antibiótico entra na célula, se oxida e se torna ativo. Logo há liberação de radicais livres que atuam diretamente na dupla hélice no DNA, rompendo a ligação e levando a degradação do DNA, então a célula morre.
Síntese de proteína:
Embora a síntese de proteínas aconteça de uma maneira essencialmente similar nas células procariotas e eucariotas, é possível explorar as diferenças para alcançar a toxicidade seletiva e, além disso, geralmente possuem um amplo espectro de ação. Os eucariotos apresentam um ribossomo 80S, com uma subunidade maior 60S e uma subunidade menor 40S. E os procariotos apresentam um ribossomo 70S, com uma subunidade maior 50S e uma subunidade menor 30S.
- Cloranfenicol
Atua inibindo a formação de ligações peptídicas nas cadeias nascentes de polipeptídeos pela reação com a porção 50S do ribossomo, inativando-o. Atua numa ação reversível, ou seja, pode se ligar à subunidade maior como também pode se desligar. Com isso possui um efeito bacterioestático.
Mecanismos de resistência são: principalmente pela produção de enzimas que degradam a molécula do fármaco.
- Aminoglicosídeos
Atuam ligando-se irreversivelmente à subunidade 30S do ribossomo, bloqueando o acoplamento da subunidade 50S, impedindo a ligação do complexo de ligação logo inibe a síntese proteica. Faz uma ligação irreversível, então possui um efeito bactericida.
Esta ligação leva a produção de proteínas berrantes como resultado da leitura errada do RNA mensageiro e a interrupção da síntese devido a liberação prematura do ribossomo do RNA mensageiro. Ou seja, a liberação prematura acarreta numa formação incorreta da proteína.
Mecanismos de resistência são: degradação por enzimas produzidas pelo organismo; diminuição da entrada na célula por mutação da porina; alteração no sítio de ligação da droga no ribossomo.
- Tetraciclinas
São antibióticos bacterioestáticos que inibem a síntese de proteínas por se ligarem irreversivelmente às subunidade 30S dos ribossomos, bloqueando a ligação do RNA transportador.
Mecanismos de resistência são: menor entrada na célula; maior efluxo por bombas de efluxo; produção de proteínas que interagem na ligação da subunidade 30S; inativação enzimática.
- Macrolídeos:
Interferem na transferência do RNA transportador ligado ao sítio A para o sítio P do complexo. Sem esta translocação, o sítio A permanece ocupado e a adição de um novo RNA transportador fica impedido e a síntese proteica inibida.
Mecanismos de resistência são: menor permeabilidade celular ao fármaco; maior efluxo ativo; degradação por esterases produzidas por enterobactérias; modificação do sítio de ligação da droga.
Os antibióticos se ligam aos ribossomos dos procariotos, mas há efeito citotóxico no hospeiro, pois a mitocôndria eucariota tem material genético muito parecido com o de procarioto, logo o fármaco também se liga à mitocôndria do eucarioto (em menor concentração).