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Nutrição e crescimento de células procarióticas
Prof: Msc.Iangla Araujo 
Fatores necessários para o crescimento
Entre os organismos vivos, os microrganismos são os mais versáteis e diversificados em suas exigências nutricionais.
Fatores que afetam o crescimento
Fatores Físicos
Temperatura de crescimento
mínima, ótima e máxima, a maioria cresce em uma faixa de 30oC entre a mínima e máxima.
Fatores que afetam o crescimento
De acordo com a faixa de temperatura de crescimento, os microrganismos podem ser classificados como:
 Psicrófilos: T ótima entre -5 e 20 oC 
 profundezas de oceanos e regiões polares
 Mesófilos: T ótima entre 25 e 40 oC
 maioria das bactérias
 Termófilos: T ótima entre 45 e 80 oC
 fontes termais, camadas superiores de solos que sofrem intensa radiação solar, esterco e silo em fermentação.
 Termófilos extremos: T ótima acima de 80 oC
 Fontes termais, como as do Parque Yellowstone, principalmente membros de Archaea.
Chlamydomonas nivalis
Thermus aquaticus
Fatores que afetam o crescimento
Temperatura de Crescimento
Fatores que afetam o crescimento
Pressão osmótica [NaCl]:
Halotolerantes:  [ ] baixa –1 a 6%
Halófilos: [ ] moderada – 6 a 15% 
Halófilos extremos: :  [ ] alta –15 a 30%
↑[salina] = plasmólise celular
Halofílicas extremas
Evaporadores na Baía de São Francisco, Califórnia, EUA
Lago Hamara, Wadi El Natroun, Egito
Fatores que afetam o crescimento
Por que o oxigênio é letal para os anaeróbios?
Incapacidade de eliminação ou capacidade limitada de eliminar produtos do metabolismo do oxigênio molecular.
Espécies Reativas do Oxigênio (EROs)
Fatores Químicos
Oxigênio
Fatores que afetam o crescimento
Estratégias de defesa dos microrganismos:
Mecanismos antioxidantes
Os microrganismos que crescem na presença de O2 utilizam enzimas como:
Superóxido dismutase, catalase e peroxidase para destruir as formas tóxicas.
Prova de Catalase
Efeito do O2 frente ao crescimento de diferentes tipos bacterianos
Aeróbios Obrigatórios
Anaeróbios Facultativos
Anaeróbios Obrigatórios
AnaeróbiosAerotolerantes
Microaerófilos
Efeito do O2 sobre o crescimento
Apenas crescimento aeróbio, oxigênionecessário
Crescimento aeróbioe anaeróbio, maior crescimento e m presença de O2
Apenas crescimento anaeróbio, inibido na presença de O2
Apenas crescimento anaeróbio, mas independe da presença de O2
Apenas crescimento aeróbio, O2necessário em baixas concentrações
Crescimento bacteriano em tubocontendo meio sólido
Justificativa do padrãode crescimento
Crescimento apenas em regiões de alta [O2]
Maior crescimentoem regiões de alta [O2], ocorrendo em todo o tubo
Crescimento apenas em regiões isentas de O2
Crescimento homogêneo, O2 não apresenta efeito inibitório
Crescimento apenas em regiões de baixa [O2]
Justificativa do efeito do O2
Presença das enzimascatalasee SOD, neutralização dasformas tóxicas do O2
Presença das enzimascatalasee SOD, neutralização dasformas tóxicas do O2
Ausência das enzimas, não toleram a presença doO2
Presença apenas da SOD permite a eliminação parcial das formas tóxicas do O2 – toleram o O2
Produzem formas tóxicas do O2 quando expostos à [O2] atmosférica: 21%
Tipo de Metabolismo
Resp. aeróbia
Resp. aeróbia
Resp. anaeróbia
Fermentação
Fermentação ouResp. anaeróbia
Fermentação
Resp. aeróbia
Fatores que afetam o crescimento
Fatores Químicos - pH
pH ótimo de crescimento refere‐se ao pH do meio externo
O pH intracelular deve permanecer próximo à neutralidade
Neutrófilos – pH ≈ 7.0
Maior parte das bactérias, crescimento entre pH 6,5 e 7,5
Acidófilos – pH < 7.0
muitos fungos (pH ótimo em torno de 5 ou inferior), vários gêneros de Archaea
Alcalifílicos – pH > 7.0
muitas espécies de Bacillus e algumas Archaea (tb são halofílicas)
Meios de cultura
Meio de cultura: solução nutriente utilizada para promover o crescimento de microrganismos em laboratório.
Inóculo: microrganismos que são colocados em um meio de cultura para iniciar o crescimento.
Cultura: microrganismos que crescem e se multiplicam nos meios de cultura.
Cultura pura: corresponde a uma cultura contendo um único tipo de microrganismo
Cultura mista: corresponde a uma cultura contendo mais de um tipo de microrganismo.
Não existe um meio de cultura universal:
Existem meios específicos para finalidades diversas
Para obter sucesso no cultivo de microrganismos é necessário o conhecimento de suas exigências nutricionais, para que os nutrientes sejam fornecidos de forma e proporção adequada.
Meios de cultura - composição
meios de cultura - finalidade
Meio seletivo e diferencial  
Meio EMB – Agar Eosina Azul de Metileno
Seleciona bactérias gram (-)
gram (+) são inibidas pela presença dos corantes eosina e azul de metileno presentes no meio
Diferencial para fermentadores de lactose
Escherichia coli:
colônias verde metálicas - lactose (+)
Enterobacter aerogenes
colônias rosas com pontos azuis – lactose (+)
Proteus vulgaris e Salmonella typhimurium - lactose (-)
Meio seletivo e diferencial 
Agar MacConkey
Seleciona bactérias gram (-)
gram (+) são inibidas pelo corante cristal violeta e sais biliares presentes no meio
Diferencial para fermentadores de lactose
Bactérias Lac (-): não conseguem utilizar a lactose, utilizam a peptona, produzindo amônia, que eleva o pH do ágar - formação de colônias brancas/sem cor
Bactérias Lac (+): produzem ácido como produto metabólico final - diminuição do pH para valores inferiores a 6.8 (colônias rosa/vermelhas).
Lac (-)
Lac (+)
Meio seletivo e diferencial 
Agar Sal Manitol
Fator de Seletividade – 7,5% de Cloreto de Sódio
Diferencial – Identifica microrganismos capazes de fermentar o Manitol (Hexose) pela presença de um indicador ácido-básico
Empregado para o isolamento de Staphylococcus spp. em amostras clínicas ou alimentos devido sua capacidade se suportar altas [ ]s salinas
S. aureus - crescimento (+ ) e alteração da coloração do meio
S. epidermidis – crescimento (+) e não fermentador 
M. luteus – crescimento (-)
Meio diferencial 
Agar sangue – Bactérias Hemolíticas
Permite a distinção de 3 grupos:
-hemólise: degradação parcial da hemoglobina, permanecendo um pigmento esverdeado
-hemólise: coloração clara ao redor das colônias, hemólise total
γ-hemólise: bactérias não hemolíticas
Cultivo de anaeróbios 
CRESCIMENTO MICROBIANO -p
 
 Em microbiologia crescimento se refere ao aumento do número de células 
 Na maioria dos procariotos ocorre a fissão binária: crescimento e divisão
	
Medidas diretas do crescimento microbiano
Obtenção de culturas puras:
Isolamento do colônias
Medidas diretas do crescimento microbiano 
Técnica de diluição seriada
Curva de crescimento microbiano
 
Fase - LAG
Pouca ou ausência de divisão celular – adaptação ao meio de cultura
Síntese enzimática e de moléculas variadas.
Pode ser curta ou longa, dependendo das condições fisiológicas do inóculo.
Aumento na quantidade de proteínas, peso seco e tamanho celular
Curva de crescimento microbiano 
 
Fase - Exponencial
Período de intensa divisão celular
Fase que as células estão mais “saudáveis” – utilizadas para estudos enzimáticos e de outros componentes celulares.
Curva de crescimento microbiano 
 
Fase - Estacionária
Não há crescimento líquido da população - número de células que se divide é equivalente ao número de células que morrem.
Síntese de vários metabólitos secundários (antibióticos e algumas enzimas). Também pode ocorrer a esporulação das bactérias.
Causas: esgotamento de nutrientes essenciais, acúmulo de produtos de excreção em concentrações inibitórias, alterações no pH.
Curva de crescimento microbiano 
 
Fase – Morte ou Declínio
Número de células mortas excede o de células vivas
A manutenção de uma cultura no estado estacionário por longo tempo conduz as células ao processo de morte.
		- A morte celular é acompanhada da lise celular
Fisiologia Microbiana:
Diversidade Metabólica
Requerimento energético
Sistema de
armazenamento
e transferência
de E 
Componentes celulares
como proteínas (enzimas),
DNA, RNA, carboidratos,
lipídeos, etc.
Produtos da degradação
servem como unidades
para a produção de
compostos celulares
Síntese
Compostos e estruturas
Degradação
Quebra de
substratos ou
nutrientes
E liberada
E requerida
Crescimento celular,
reprodução, manutenção
e movimento
Catabolismo
Anabolismo
Tipos Metabólicos - Classificação dos microrganismos
Mecanismos para a produção de energia
(síntese de ATP)
1. RESPIRAÇÃO: utilização de aceptores externos de elétrons (fosforilação oxidativa)
	Podendo ser:
Aeróbia: o aceptor externo é o oxigênio
Anaeróbia: aceptores diferentes do oxigênio (nitrato, sulfato)
2. FERMENTAÇÃO: ocorre na ausência de aceptores externos de elétrons (fosforilação em nível de substrato)
Síntese da respiração aeróbia
Reações de oxidação e redução em presença de um aceptor de elétrons externo, o O2
A molécula inteira do substrato é oxidada até CO2
Alto potencial de energia
Grande quantidade de ATP é gerada: 32 ATPs
Produção de ATP:
Na cadeia respiratória:
4 NADH formados na glicólise geram 10 ATP
6 NADH formados no ciclo de Krebs geram 15 ATP
2 FADH formados no ciclo de Krebs geram 	 3 ATP
Formação direta na Glicólise (saldo) 2 ATP
Formação direta no Ciclo de Krebs 2 GTP
Total de até ................................................. 32 ATP
28 ATP
32 ATP
Respiração anaeróbia
 É uma variação alternativa da respiração aeróbia: o aceptor final de elétrons é uma substância inorgânica diferente do O2.
	Rendimento energético é menor: os anaeróbios tendem a crescer mais lentamente.
	O uso de aceptores alternativos permitiram os microrganismos sobreviverem em ambientes sem oxigênio, sendo de extrema importância ecológica.
Aceptor final de elétrons diferente do O2
NO3- (nitrato)  NO2- (nitrito) - Pseudomonas e Bacillus
SO4-2 (sulfato)  H2S (sulfeto de hidrogênio) - Desulfovibrio
CO32- (carbonato)  CH4 (metano) - Bactérias Metanogênicas
A respiração anaeróbia, exclusividade dos procariotos, só ocorre em ambientes onde o oxigênio é escasso.
 Fermentação:
Não ocorre:
Ciclo do Ácido Cítrico
Cadeia Transportadora de Elétrons.
Molécula orgânica é reduzida ao final da Glicólise:
Aceptor final de elétrons - piruvato é reduzido a ácidos orgânicos e álcoois
Produz pequena quantidade de ATP
2ATP/mol glicose
Energia fica retida no produto final
Fermentação Lática
As 2 moléculas de Piruvato obtidas na glicólise:
São diretamente reduzidas em Ácido Lático pelos NADH gerado na glicólise
 Realizada por bactérias ácido-lácticas Enterococcus, Lactococcus, Lactobacillus, Estreptococcus, alguns fungos e células do tecido muscular esquelético do corpo humano.
Resulta em acidificação do meio – Atividade da microbiota normal
 Acidificação da saliva – Streptococcus mutans, salivarium, sanguis, mitis
 Mucosa vaginal – Lactobacillus spp.
Equação Geral:
Glicose + 2ADP + 2 Pi → 2 lactato + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+
Fermentação homoláctica:
 Processo no qual o ácido láctico é o único produto da fermentação da glicose.
Fermentação heteroláctica: 
Processo no qual ocorre produção da mesma quantidade de lactato, dióxido de carbono e etanol a partir de hexoses.
Lactato desidrogenase
Fermentação Alcoólica
Piruvato libera CO2 formando Acetaldeído (2C) que é reduzido pelo NADH a álcool etílico.
 Ocorre principalmente leveduras e algumas bactérias
 Saccharomyces cerevisiae = produção de bebidas alcoólicas e do pão. 
 Transformam açúcares do suco de uva e malte em vinho e cerveja. 
 O CO2 produzido na descarboxilação do piruvato pelas leveduras é o responsável pela carbonatação caraterística do champagne e da cerveja, assim como pelo crescimento da massa do pão 
Saccharomyces cerevisiae 
Piruvato descarboxilase
Alcool desidrogenase
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Processos de produção de energia nos microrganismos
Medidas diretas do crescimento microbiano
Medidas diretas do crescimento microbiano
Medidas diretas do crescimento microbiano
Vantagens: método rápido e fácil
 Desvantagens 
Não distingue as células vivas das mortas
Pode-se omitir células pequenas
Células móveis precisam ser imobilizadas
 
Medidas indiretas do crescimento microbiano
	Turbidimetria
As células dispersam a luz e quanto mais células mais turvo é o meio
	Pode ser medida com um espectrofotômetro
O uso da turbidimetria exige a construção de uma curva padrão
 - Turbidez X quantidade de células
Obrigada