Aula Nutr CRes METab 2013

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
DEPTO DE MORFOFISIOLOGIA VETERINÁRIA
DISCIPLINA: MICROBIOLOGIA VETERINÁRIA I
PROFA. DRA. MARIA JOSÉ DOS SANTOS SOARES
Aula: Nutrição,Crescimento e Metabolismo Microbiano
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Nutrição e Crescimento Microbiano
Fatores necessários ao crescimento
Nutricionais 
Físicos: 
Temperatura, 
Atmosfera gasosa(O2; CO2),
pH, 
Pressão osmótica.
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Fatores nutricionais
1. Fonte de energia:
Energia radiante (fototróficos), 
Oxidação de compostos orgânicos (quimiotróficos);
2. Fonte de carbono: 
CO2 (autotrofos), 
Substâncias orgânicas (heterotrofos)
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Classificação dos seres vivos quanto a fonte de energia e carbono
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Fatores nutricionais
3. Nitrogênio: Sais inorgânicos, proteínas (peptídeos,peptonas, aminoácidos, nitrogênio atmosférico);
4. Enxofre e Fósforo: S (Compostos orgânicos, inorgânicos e elementar); P (fosfatos) ;
5. Elementos minerais: Na, K, Ca, Mg, [Zn, Cu, Co, Mn, Ni, Mo, Fe traços]
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Fatores nutricionais
6. Vitaminas: algumas bactérias são capazes de sintetizar todas as vitaminas que necessitam, outras requerem que estas sejam acrescentadas ao meio de cultivo;
7. Água
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Fatores Físicos
1. Temperatura
Temperaturas cardeais dos microrganismos (Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003) 
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Classificação das bactérias em relação as temperatura ótimas
Psicrófilos (abaixo de 0 a 20°C, ótimo de ≈ 15°C - Flavobacterium), 
Mesófilos (12 a 45°C, 37°C - E. coli), 
Termófilos (42 a 68°C, 62°C - Thermococcus), 
Hipertermófilos (80 a 113°C, 105°C - Pyrodictium brockii). 
OBS: Psicotrófico é uma variante de psicrófilos que possuem T ótima de 10-150C e cresce em 00C 
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Fatores Físicos
2. Oxigênio: Podem ser classificados em:
Aeróbios, 
Anaeróbios facultativos, 
Anaeróbios estritos, 
Anaeróbios aerotolerantes 
Microaerófilos (requerem concentrações baixas de O2). 
OBS: capnofílicas: (5 – 10 % de CO2)
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Classes de organismos, em relação à tensão de oxigênio (Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003) 
1
2
3
4
5
Aeróbio
Anaeróbio estrito ou obrigatório
Anaeróbio facultativo
Microaerófilo
 Anaeróbio aerotolerante
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Fatores Físicos
3. pH: 
Geralmente o pH ótimo para as bactérias está em torno de 7,0. Contudo, há bactérias acidófilas (Thiobacillus de 0,5 a 6,0 com ótimo entre 2 e 3,5); neutrófilas (5,4 a 8,5) e outras são alcalófilas (7 a 11,5).
OBS: Fungos tendem a ser mais acidófilos que as bactérias (pH <5). 
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Extraído de http://www.textbookofbacteriology.net/nutgro_4.html
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Fatores Físicos
4. Pressão osmótica
Mo. que exigem a presença de sais para o crescimento são denominados de Halófilos. Contudo, há variações:
Halófilos leves 1-6% de sais,
Halófilos moderados 6-15% de sais;
Halófilos extremos 15-30% (Archaea) 
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OBS: Bactérias que são capazes de crescer em moderadas [ ] de sais mesmo crescendo melhor na ausência destes são denominadas de halotolerantes. 
Bactérias osmófilas: são aquelas capazes se viver em ambientes com [ ] de açúcar
Organismos que vivem em ambientes secos são denominados de Xerófilos. 
Fatores Físicos
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Adaptado de Madigan et al., Brock Biology of Microorganisms, 2003) 
Classes de organismos, em relação à salinidade 
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Limiting water activities (Aw) for growth of certain procaryotes.
http://www.textbookofbacteriology.net/nutgro_6.html
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Reprodução e crescimento microbiano
Crescimento: é o do n0 de microrganismos e não aumento das dimensões celulares
Pode ocorrer através de:
Fissão binária (o + comum e importante)
Formação de esporos (Streptomyces)
Crescimento filamentoso e fragmentação dos filamentos (Nocardia);
Brotamento
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Formas de reprodução:
F
I
S
S
Ã
O
B
I
N
Á
R
I
A
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Formas de reprodução 
Brotamento Leveduras
Fragmentação de filamentos 
Nocardia
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Reprodução e crescimento microbiano
Tempo de geração:
Tempo necessário para que a célula microbiana se duplique.
Depende:
Espécie
Condições ambientais (nutrientes, condições físicas)
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Generation times for some common bacteria under optimal conditions of growth.
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Curva de crescimento microbiano
No Laboratório: sob condições favoráveis, a população microbiana duplica em intervalos de tempo regulares e o crescimento se dá em progressão geométrica [2n]: 1,2,4,8, etc. 
O crescimento descreve uma curva que possui 4 fases: 
Lag (ou latência), Log (ou exponencial), Estacionária e Declínio (ou morte).
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Fases da curva de crescimento
Lag ou latência:
Período variável;
não há um aumento significativo da população, n0 de organismos permanece praticamente inalterado;
 na síntese de proteínas,RNA, peso seco, no tamanho celular e intensa atividade metabólica 
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Fases da curva de crescimento
Log, logarítmica ou exponencial:
Células adaptadas ao meio e às condições ambientais; 
O crescimento da população ocorrerá em intervalos regulares (tempo de geração), dobrando o n0 de células;
Ex: 1000 organismos/mL (tempo de geração de 12 min 2000 cél/mL)
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Fases da curva de crescimento
Estacionária:
O crescimento da população é limitado por: 1. exaustão de nutrientes disponíveis ou alterações físicas; 2. acúmulo de metabólitos tóxicos ou produtos finais; 3. exaustão de espaço físico. 
Fase onde ocorre o processo de esporulação;
 O n0 de células que se divide é ≈ ao n0 células que morrem. 
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Fases da curva de crescimento
Declínio ou morte:
A maioria das células está em processo de morte, embora outras ainda estejam se dividindo.
O n0 de cél. viáveis decresce de modo exponencial. 
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Metabolismo microbiano
É a soma de todos os processos químicos realizados pelos organismos vivos
Inclui:
Catabolismo (reações que liberam energia por meio da quebra de moléculas complexas em moléculas simples)
Anabolismo (reações que necessitam de energia para sintetizar moléculas complexas) 
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The relationship between catabolism and anabolism in a cell
http://textbookofbacteriology.net/metabolism.html
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Metabolismo microbiano
Catabolismo: fornece energia para os processos vitais incluindo movimento, transporte e a síntese de moléculas complexas;
Anabolismo: é necessário para o crescimento, reprodução e o reparo de estruturas celulares 
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Mecanismos de geração de ATP
As bactérias de interesse médico apresentam dois mecanismos de fosforilação para a geração de ATP: 
A) Fosforilação em nível de substrato; 
B) Fosforilação oxidativa
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Mecanismos de geração de ATP
Fosforilação em nível de substrato:
ATP é gerado pela transferência de um grupamento fosfato de alta energia a partir de um composto fosforilado ao ADP
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Mecanismos de geração de ATP
Fosforilação oxidativa:
Elétrons são transferidos do composto orgânico, por uma série de carreadores a um aceptor final. 
A transferência dos elétrons entre os diferentes carreadores libera energia, onde parte é utilizada na geração de ATP, pela quimiosmose.
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Quimiosmose
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Mecanismos de geração de ATP
Todas as reações catabólicas envolvem a transferência de elétrons (reações de oxidação/redução) que permitem a captura de energia para a formação de ATP. 
Dependendo do aceptor final de elétrons ATP pode ser produzido por: 
fermentação, 
respiração aeróbia, 
respiração anaeróbia.
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Fermentação
Processo onde o doador inicial e o aceptor final de elétrons correspondem a moléculas orgânicas. 
Na fermentação ocorre oxidação parcial dos compostos orgânicos (açúcares, proteínas, ácidos, entre outros), 
O ATP é gerado a partir da fosforilação em nível de substrato. 
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Modelo básico das fermentações
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Fermentação da Glicose
Em procariontes há 3 principais vias glicolíticas:
Embden-Meyerhof também usada por eucariontes, incluíndo leveduras (Saccharomyces);
Fosfoketolase ou via heteroláctica(desvio da hexose-pentose;
 Entner-Doudoroff 
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Vias Glicolíticas: 
Embden Meyerhof
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Vias Glicolíticas: Heteroláctica (Fosfoketolase)
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Vias Glicolíticas:
Entner-Doudoroff
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Diferentes produtos da fermentação
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Respiração 
Processo onde o doador inicial de elétrons é oxidado, tendo como aceptor final de elétrons é um composto inorgânico.
Aceptor final de elétrons: O2 Respiração aeróbica;
Aceptor final de elétrons: SO4, NO3, fumarato Respiração anaeróbica; 
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Respiração
Após a glicólise, o ácido pirúvico é convertido a Acetil CoA e ocorre: 
Ciclo de Krebs: série de reações de oxirredução, onde há transferência de energia para coenzimas: NADH2; FADH2, 
Redução completa da glicose a CO2 
Formação de ATP (GTP) por fosforilação em nível de substrato
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Etapas da respiração
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Respiração
As moléculas de NADH2 e FADH2 transferem elétrons a uma série de carreadores (flavoproteínas, citocromos e ubiquinonas),até o aceptor final (composto inorgânico: O2 ou SO4, NO3, fumarato, entre outros);
Os íons H+ são exportados para fora da célula e retornam por meio da ATPase que cataliza a formação de ATP (ADP + Pi) 
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Etapas da respiração
http://student.ccbcmd.edu/courses/bio141/lecguide/unit6/metabolism/energy/fg5.html
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Classificação dos microrganismos segundo o metabolismo energético
Aeróbios obrigatórios: exigem O2 obtêm energia por meio da respiração aeróbia;
Anaeróbios obrigatórios: não necessitam ou usam O2 (substância tóxica que mata ou inibe o crescimento) obtêm energia por meio da fermentação, ou respiração anaeróbia;
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Classificação dos microrganismos segundo o metabolismo energético
Anaeróbios facultativos: crescem na presença ou ausência de O2 produzem energia por: respiração aeróbia, fermentação ou respiração anaeróbia;
Anaeróbios aerotolerantes: produzem energia somente por fermentação, são insensíveis ao oxigênio
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Terms used to describe O2 Relations of Microorganisms. 
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Enzimas e as formas tóxicas do oxigênio
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Distribution of superoxide dismutase, catalase and peroxidase in procaryotes with different O2 tolerances.