METABOLISMO_BACTERIANO

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Metabolismo Bacteriano
METABOLISMO BACTERIANO
� Conjunto altamente organizado e
complexo de reações bioquímicas,
catalizadas e reguladas por enzimas.
� Estas reações se organizam em
seqüências enzimáticas denominadas
VIAS METABÓLICAS
� O metabolismo celular, apesar de ser
muito complexo, possui vias metabólicas
centrais.
Um grupo de vias metabólicas se assemelha a um mapa rodoviário:
Pode haver mais de um caminho que vai de um 
intermediário a outro.
Metabolismo
Metabolismo = Catabolismo + Anabolismo
.
• Do seu habitat - grande diversidade de nichos
onde bactérias podem ser encontradas
• Dos meios de cultura laboratoriais quando se
quer estudá-las em ambiente controlado
De onde as bactérias captam estes 
elementos?
• Elementos químicos como nutrientes
– Fonte de carbono
– Nitrogênio
– H, O, S, P
– Outros elementos
– Água 
Necessidades nutricionais e meios de 
cultivo bacteriológicos
Macronutrientes:
• Carbono: Corresponde a base de todas as moléculas
orgânicas. Presente na maioria das substâncias que
compõem as células (aminoácidos, ácidos orgânicos,
açucares, bases nitrogenadas, etc...)
• As bactérias podem ser classificadas como:
• Quimioautotróficas: utilizar o carbono inorgânico
existente no ambiente, na forma de carbonatos ou de
CO2 como única fonte de carbono.
• Quimioheterotróficas: Os microrganismos que
obrigatoriamente requerem uma fonte orgânica de
carbono e as principais fontes, são os carboidratos.
• Nitrogênio: Componente de proteínas e
ácidos nucléicos, vitaminas e outros
compostos celulares.
• Está disponível na natureza sob a forma
de gás (N2) ou na forma combinada.
- Sua utilização como N2 é restrita a um
grupo de bactérias cujo principal habitat
é o solo.
- Na forma combinada, o nitrogênio é
encontrado como matéria inorgânica
(NH3 , NO3 -, etc.) ou matéria orgânica:
aminoácidos, purinas e pirimidinas.
ENXOFRE, HIDROGÊNIO E FÓSFORO
– essenciais a todos os organismos
– S é necessário na biossíntese de cisteína, 
cistina, metionina e de vitaminas (tiamina e 
biotina)
– P é essencial para a síntese de ácido 
nucléicos e ATP
– sais inorgânicos (sulfatos e fosfatos) podem 
ser utilizados para suprir estes elementos 
também presentes em fontes protéicas (aa), 
DNA e RNA
– alguns destes elementos são encontrado na 
água ou na atmosfera
Micronutrientes
• ferro, 
• magnésio, 
• manganês, 
• cálcio, 
• zinco, 
• potássio, 
• sódio, 
• cobre, 
• cloro, 
• cobalto, 
• molibdênio, 
• selênio e outros
- sempre na forma inorgânica, fazendo parte de minerais.
.
• São necessários ao desenvolvimento
microbiano, mas em quantidades
variáveis, dependendo do elemento e
do microrganismo considerados.
• Funções dos micronutrientes:
- Componentes de proteínas, (Ex: ferro que
participa da composição de várias proteínas
enzimáticas (catalizadores de reações
química).
- cofatores de enzimas, como o magnésio,
potássio, molibdênio, etc.
- Componentes de estruturas, (Ex: cálcio,
presente em um dos envoltórios dos
esporos)
- Osmorreguladores
Transferência de energia nas 
reações metabólicas
Metabolismo Microbiano
Nas reações químicas a energia é transferida entre as moléculas
• O propósito das reações químicas nas células é transferir 
energia de uma molécula para outra e utilizar a energia 
armazenada para realizar trabalho.
• A energia potencial armazenada nas ligações químicas de 
uma molécula é denominada energia livre da molécula.
Transferência e armazenamento de energia nas reações biológicas:
• ATP–Adenosinatrifosfato
– Estoca energia das reações catabólicas e as 
libera quando necessário para as reações 
anabólicas e outros trabalhos celulares
Metabolismo Bacteriano
Uma vez garantidos pelo ambiente os nutrientes
e as condições adequadas para assimilá-los, as
bactérias vão absorvê-los e transformá-los para
que cumpram suas funções básicas, quais
sejam, o suprimento de energia e de matéria
prima. Como matéria-prima, os nutrientes vão
ser transformados em estruturas celulares ou
em moléculas acessórias à sua síntese e
funcionamento.
Obtenção de energia
• As substâncias com alto valor energético são
sempre aquelas com elevado grau de redução,
e grande parte das bactérias (exceção às
fotossintetizantes) vai obter toda energia de que
necessita por oxidação desses substratos. As
substâncias preferencialmente oxidadas por
microrganismos são os açúcares, seguidos de
proteínas, peptídios e, mais raramente, as
gorduras.
• As bactérias utilizam energia para o transporte
de nutrientes, o movimento dos flagelos, mas
sobretudo para as biossínteses.
Obtenção de energia
• Em decorrência da variabilidade genética, os 
microorganismos apresentam uma enorme 
variação no tocante a vias metabólicas.
• Os processos de obtenção, armazenamento e 
utilização de energia são organizados:
- Rede complexa de reações químicas.
- Alterações do meio. (Retirada de nutrientes, 
liberação de substâncias).
- Enzimas (codificada por material genético).
Fermentação:
Metabolismo no qual os compostos orgânicos servem como
doadores e receptores de elétrons (hidrogênio). A fermentação
conduz, geralmente, à cisão parcial de moléculas de glicose
(glicólise):
Glicose – glicose- 6- fosfato – ácido pirúvico
Dentre os vários tipos de fermentação, pode-se citar:
– Fermentação homolática: produção de ácido lático como produto
final.
– Fermentação alcoólica: produção de álcool como produto final.
– Fermentação mista: produção de álcool, ácido e gás.
– Fermentação butileno-glicólica: produção do butileno glicol (não
ácido) como produto final.
Metabolismo - Fermentação
Clostridium
Piruvato
Ácido 
acetoacético
Àcido 
butírico
Àcido fórmico
Àcido láctico
Acetil-coa
Àcido acético
CO2 
+ H2
Àcido misto
Acetobacter
Proteus
Streptococcus
E.coli,Shigella
Acetilmetilcarbinol
2,3-butanodiol
H2
Enterobacter
Àcido oxalacético
Àcido succínico
Àcido propiônico
Propionibacterium
⇨Ácido Pirúvico – fermentação ou respiração celular:
- Respiração aeróbica ou anaeróbica
● Ácido lático: Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus
● Etanol e CO2: Saccharomyces ( Levedura)
● Ácido propiônico, ácido acético, CO2 e H2: 
Propionibacterium
● Ácido butírico, butanol, acetona, álcool isopropílico e CO2: 
Clostridium
● Etanol, ácido lático, ácido succínico, ácido acético, CO2, H2: 
Escherichia, Salmonela
● Etanol, ácido lático, ácido fórmico, butanodiol, acetoína, 
CO2 e H2: Enterobacter
Putrefação
Decomposição de compostos nitrogenados
(proteínas), utilizando-se de substância orgânica
como aceptor-doador de elétrons. É um tipo de
fermentação que produz produtos finais de odor
desagradável: indol, escatol, ácido sulfídrico.
Respiração aeróbica
Decomposição microbiana de substratos
cujo receptor de hidrogênio é o oxigênio.
Na respiração ocorrem as seguintes
etapas:
a) Glicólise;
b) Ciclo de Krebs; 
c) Cadeia transportadora de elétrons:
Fosforilação oxidativa.
Visão geral do 
metabolismo da glicose 
em presença de 
Oxigênio
32December 15
Glicólise:
Quebra da glicose 
(açúcar de 6C) em dois 
açúcares de 3C
Ciclo de Krebs:
Série de reações bioquímicas
em que grande quantidade da
energia química potencial da
molécula de acetilCoA é
liberada passo a passo.
Os derivados do ácido
pirúvico são oxidados; e as
coenzimas são reduzidas
RESPIRAÇÃO CELULAR
▪ Respiração aeróbica: ácido pirúvico – acetil + CoA
Geração de ATP
• Fosforilação oxidativa
Cadeia Respiratória ou de Transporte de Elétrons
Seqüência de moléculas transportadoras que são capazes de oxidação e
redução .
Enquanto os elétrons passam pela cadeiahá uma gradual liberação de
energia, que é utilizada para conduzir a geração de ATP.
37Microbiologia Industrial 
Metabolismo Microbiano
December 15
Respiração anaeróbica
Quando o oxigênio é substituído por outro 
receptor inorgânico de elétrons.
- O aceptor final de elétrons é exógeno e 
inorgânico.
- Na respiração anaeróbica não há ciclo 
de Krebs, porque, na ausência de O2, 
deixa de ser sintetizada uma enzima 
característica do ciclo.
- Respiração Anaeróbica:
▪ Aceptor final de elétrons – substância 
inorgânica, diferente do O2
▪ Nitrato( NO3-) – reduzido a nitrito, óxido 
nitroso, ou gás nitrogênio
▪ Carbonato – METANO – CH4
▪ Sulfato – H2S
Presença de Oxigênio
(atmosfera)
�As bactérias anaeróbias não necessitam de oxigênio, na 
realidade, algumas não sobrevivem em sua presença. 
Elas tendem a causar infecções que formam coleções 
purulentas (abcessos)
�Supuração com odor fétido ;
� Localização da infecção na proximidade da superfície 
mucosa ;
� Tecido necrótico, gangrena; formação de 
pseudomembrana ;
�Centenas de espécies de bactérias anaeróbias vivem 
normalmente e sem causar danos na pele e nas 
membranas mucosas (p.ex., revestimento da boca, do 
intestino e da vagina) 
�Gangrena gasosa 
Comparação dos processos metabólicos (vias catabólicas)
GLICÓLISE FERMENTAÇÃO CICLO DE 
KREBS
CADEIA 
RESPIRATÓRIA
Localização Citoplasma Citoplasma Procariontes: 
citoplasma
Eucariontes: 
matriz 
mitocondrial
Procariontes: 
membrana celular
Eucariontes: 
membranas internas 
da mitocôndria
Exigência de 
oxigênio
Anaeróbica, o oxigênio 
não é necessário; 
entretanto, não se 
interrompe se o O2
estiver presente
Sem O2; a presença 
acarreta paralização
Aeróbica Aeróbica
Moléculas 
iniciadoras
1 glicose (6C) Várias moléculas de 
substrato entram na 
glicólise, produzindo 2 
ácidos pirúvicos
2 ácidos pirúvicos 6 O2
Moléculas finais 2 ácidos pirúvicos (3C);
2 NADH
Várias, dependendo da 
forma de fermentação, 
por exemplo, etanol, 
ácido lático, CO2, 
ácido acético
6 CO2
8 NADH
2 FADH
6 H2O
Quantidades de 
ATP produzidas
4 ATP (saldo de 2 ATP) Várias, dependendo da 
forma de fermentação, 
geralmente 2 ou 3 ATP
2 GTP (= 2 ATP) 34 ATP 50
Nutrição e metabolismo 
microbiano
• Condições físicas para o cultivo de bactérias
• Temperatura
• pH
• Atmosfera gasosa
• Luz
1.4. Condições Físicas (Fatores Ambientais)
Temperatura - Psicrófilos
- Mesófilos
- Termófilos
Thermus 
aquaticus
Min. 40oC
òtima:70-72oC
Máxima: 79 oC
Growth rate vs pH for three environmental classes of procaryotes. Most free-living 
bacteria grow over a pH range of about three units. Note the symmetry of the curves 
below and above the optimum pH for growth.
1. 3. pH
pH Mínimo, Ótimo e Máximo para o crescimento de alguns procariotos
Organismo pH mínimo pH ótimo pH máximo
Thiobacillus thiooxidans 0.5 2.0-2.8 4.0-6.0
Sulfolobus acidocaldarius 1.0 2.0-3.0 5.0
Bacillus acidocaldarius 2.0 4.0 6.0
Zymomonas lindneri 3.5 5.5-6.0 7.5
Lactobacillus acidophilus 4.0-4.6 5.8-6.6 6.8
Staphylococcus aureus 4.2 7.0-7.5 9.3
Escherichia coli 4.4 6.0-7.0 9.0
Clostridium sporogenes 5.0-5.8 6.0-7.6 8.5-9.0
Erwinia caratovora 5.6 7.1 9.3
Pseudomonas aeruginosa 5.6 6.6-7.0 8.0
Thiobacillus novellus 5.7 7.0 9.0
Streptococcus pneumoniae 6.5 7.8 8.3
Nitrobacter sp 6.6 7.6-8.6 10.0
Meios de Cultura
• Meio de cultura é uma mistura de
nutrientes necessários ao crescimento
microbiano.
• Basicamente deve conter a fonte de
energia e de todos os elementos
imprescindíveis à vida das células.
• A formulação de um meio de cultura:
- tipo nutritivo no qual o microrganismo pertence:
- fonte de energia (luz ou substância química)
- o substrato doador de elétrons (orgânico ou
inorgânico)
- fonte de carbono (orgânica ou inorgânica).
• OBS: O meio de cultura deve atender as
necessidades específicas do grupo, da família, do
gênero ou da espécie que se deseja cultivar.
• Imprescindível acrescentar ao meio vitaminas,
cofatores, aminoácidos, etc.
Fatores de crescimento
• Entre as bactérias heterotróficas há uma
imensa variedade de exigências nutritivas.
Algumas são capazes de crescer em meio
muito simples, constituído de uma solução
de glicose, sal de amônio e alguns sais
minerais.
• A partir desses compostos, sintetizam todos
os componentes do protoplasma: proteínas,
polissacarídeos, ácidos nucléicos,
coenzimas, etc.
• Existem bactérias que são incapazes de
sintetizar determinados compostos
orgânicos essenciais para o seu
metabolismo:
• Os compostos devem ser obtidos do meio
natural ou artificial em que vivem.
• Essas substâncias são denominadas fatores
de crescimento.
• Muitos desses fatores são componentes de
coenzimas (vitaminas).
• Ex: O ácido fólico é necessário ao crescimento de
determinadas bactérias.
• Muitas vezes o meio de cultura deve conter
substâncias para neutralizar a ação de
produtos tóxicos lançados pelos próprios
microrganismos, que sofrem os efeitos de
seu acúmulo.
• Ex: adição de tampões para impedir a queda
de pH provocada pelos ácidos orgânicos
produzidos por fermentação bacteriana.
• Os meios podem ser líquidos, quando são
uma solução aquosa de nutrientes, ou
sólidos, quando a solução aquosa é
gelificada por um polissacarídeo extraído de
algas, o ágar.
• O meio sólido é obrigatoriamente usado
quando se pretende separar células.
• Cada célula individualizada ou agrupamento
isolado dá origem, por multiplicação, a um
aglomerado que constitui uma colônia.
• Colônias de diferentes espécies geralmente
apresentam características morfológicas
diferentes.
• Os meios de cultura podem ser seletivos,
quando contêm uma substância que inibe o
crescimento de um determinado grupo de
microrganismos, mas permite o
desenvolvimento de outros.
Curva de Crescimento
A
DB
C
Fases da Curva de Crescimento de bactérias: 
- Fase Lag - Fase Estacionária 
- Fase Exponencial ou Logaritmica (Log) - Fase de Declínio
A C
B D
• Fase lag (A):
esta fase de crescimento ocorre quando
as células são transferidas de um meio
para outro ou de um ambiente para outro.
Esta é a fase de ajuste e representa o
período necessário para adaptação das
células ao novo ambiente. As células
nesta fase aumentam no volume total em
quase duas ou quatro vezes, mas não se
dividem.
• Fase exponencial ou log (B):
nesta fase, as células estão se dividindo a uma
taxa geométrica constante até atingir um
máximo de crescimento. Os componentes
celulares como RNA, proteínas, peso seco e
polímeros da parede celular estão também
aumentando a uma taxa constante. Como as
células na fase exponencial estão se dividindo a
uma taxa máxima, elas são muito menores em
diâmetro que as células na fase Lag. A fase de
crescimento exponencial normalmente chega ao
final devido à depleção de nutrientes essenciais,
diminuição de oxigênio em cultura aeróbia ou
acúmulo de produtos tóxicos.
• Fase estacionária (C):
durante esta fase, há rápido decréscimo na taxa
de divisão celular. Eventualmente, o número
total de células em divisão será igual ao número
de células mortas, resultando na verdadeira
população celular estacionária. A energia
necessária para manter as células na fase
estacionária é denominada energia de
manutenção e é obtida a partir da degradação
de produtos de armazenamento celular, ou seja,
glicogênio, amido e lipídeos.
• Fase de morte ou declínio (D):
quando as condições se tornam
fortemente impróprias para o crescimento,
as células se reproduzem mais
lentamente e as células mortas aumentam
em númeroselevados. Nesta fase o meio
se encontra deficiente em nutrientes e rico
em toxinas produzidas pelos próprios
microrganismos.