Aula 3 Fisiologia Bacteriana (3)

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Fisiologia Bacteriana 
 
Metabolismo 
Crescimento 
 
 
Metabolismo 
• Metabolismo é a soma de todas as reações químicas 
dentro de um organismo vivo. 
• Reações que liberam energia: catabolismo. 
 - Quebra de compostos orgânicos complexos em 
 compostos mais simples. 
• Reações que requerem energia: anabolismo. 
 - Construção de moléculas orgânicas complexas a 
 partir de moléculas mais simples. 
• Metabolismo = catabolismo + anabolismo. 
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Pela oxidação de moléculas orgânicas, os organismos 
produzem energia por respiração aeróbica, respiração 
anaeróbica e fermentação. 
 
1° passo: Glicólise 
• Processo de oxidação da glicose até ácido pirúvico 
(piruvato). 
Produção de energia – Metabolismo energético 
Glicólise 
Respiração 
Aeróbica Anaeróbica 
Fermentação 
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Fermentação 
• Processo metabólico que libera energia a partir de um 
açúcar sem usar oxigênio. 
• Processos fermentativos de importância econômica: 
produção de iogurtes (Streptococcus thermophilus e 
Lactobacillus bulgaricus), queijos (bactérias láticas em 
geral), vinagre (Acetobacter), cerveja, vinho e pão 
(Saccharomyces cerevisiae). 
• Tanto a glicólise quanto a fermentação são processos de 
baixo rendimento energético. 
Metabolismo energético 
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Fermentação 
Respiração aeróbica 
• Reações bioquímicas que geram bastante energia (ATP) a 
partir do ácido pirúvico, gerando CO2 e água. 
• Requer O2 como aceptor final de elétrons. 
• Mais eficiente na obtenção de energia do que a glicólise ou 
fermentação. 
 
 
Metabolismo energético 
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Respiração anaeróbica 
 
Os microrganismos são capazes de utilizar muitos outros 
aceptores finais de elétrons além do oxigênio. 
 
Exemplos: 
• Redução do nitrato a nitrito. Ex.: Escherichia coli. 
• Redução do nitrato a nitrogênio gasoso. Ex.: Pseudomonas 
aeruginosa. 
• Redução do sulfato a sulfeto de hidrogênio: processo 
estritamente anaeróbico e é conduzida por um grupo de 
bactérias denominadas de redutoras de sulfato ou 
sulfobactérias. 
Metabolismo energético 
Classificação metabólica 
• Quanto à fonte de energia 
 - quimiotróficos: dependem da oxidação de 
 compostos químicos para gerar energia. 
 - fototróficos: utilizam a luz como fonte primária de 
 energia. 
 
• Quanto à fonte de carbono 
 - heterotróficos: utilizam compostos orgânicos. 
 - autotróficos: utilizam o dióxido de carbono. 
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Organismos infecciosos 
catabolizam substratos obtidos do 
hospedeiro. 
Classificação metabólica 
Crescimento microbiano 
• Em microbiologia, o termo crescimento refere-se a um 
aumento do número de células e não ao aumento das 
dimensões celulares. 
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Fatores necessários para o crescimento 
• Fatores físicos: 
 - temperatura 
 - pH 
 - pressão osmótica 
• Fatores químicos: 
 - água 
 - fontes de carbono e nitrogênio 
 - minerais 
 - oxigênio 
 - fatores orgânicos 
• 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FATORES FÍSICOS 
TEMPERATURA 
 
A maioria dos microrganismos cresce bem nas 
temperaturas ideais para os seres humanos. 
 
 
- Temperatura de crescimento mínima: 
 < temperatura onde a espécie é capaz de crescer 
 
- Temperatura de crescimento ótima: 
 onde a espécie apresenta melhor crescimento 
 
- Temperatura de crescimento máxima: 
 > temperatura, onde ainda é possível o crescimento 
 
 
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Taxa de crescimento x temperatura 
Microrganismos são classificados em grupos com base em 
sua faixa preferida de temperatura: 
 
- Psicrófilos: crescem em baixas temperaturas (-10 a 15°C) 
 
- Mesófilos: crescem em temperaturas moderadas (10 a 
50°C). Incluem a maioria dos organismos patogênicos 
 
- Termófilos: crescem em altas temperaturas (40 a 70°C) 
 
- Termófilos extremos ou hipertermófilos (68 a 110°C) 
 
- Psicrotróficos: podem crescer a 0°C, mas possuem 
temperatura ótima de crescimento mais elevadas, geralmente 
20 a 30°C. Responsáveis pela deterioração dos alimentos. 
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Termófilos extremos 
Classificação baseada na faixa de temperatura 
FATORES FÍSICOS 
pH 
- Refere-se a acidez ou a alcalinidade de uma solução. 
- Maioria dos microrganismos cresce melhor perto da 
neutralidade (pH 6,5 – 7,5). 
- Poucas bactérias são capazes de crescer em pH ácido (como pH 
4,0). Ex.: Helicobacter pylori 
 
 
 
 
- Fungos: tendem a ser mais acidófilos que as bactérias (entre 
pH5 e pH6). 
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FATORES FÍSICOS 
PRESSÃO OSMÓTICA 
 
- O fluxo de água se dá através da membrana semipermeável. 
 
- A maioria dos nutrientes estão dissolvidos em água. 
 
- A célula bacteriana pode estar sujeita a três soluções osmóticas. 
Plasmólise 
FATORES QUÍMICOS 
ÁGUA 
- Essencial para os microrganismos. 
- Disponibilidade variável no ambiente. 
- Solubilização de nutrientes. 
- Pressão osmótica. 
- Concentração de solutos intracelulares. 
- Ambiente com baixa concentração de água: 
Desenvolvem mecanismos para obter água através do aumento 
da concentração de solutos internos, seja pelo bombeamento de 
íons para o interior celular ou pela síntese de solutos orgânicos 
(açúcares, álcoois ou aminoácidos). 
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- Forma o esqueleto das três classes de nutrientes orgânicos: 
carboidratos, lipídeos e as proteínas 
- Bactérias Autotróficas: realizam fotossíntese (CO2). 
 Ex.: Cianobactérias, algas e plantas 
 - Bactérias Heterotróficas: retiram o carbono de compostos 
orgânicos: 
– Matéria orgânica (decomposição de organismos 
mortos): são chamadas de bactérias decompositoras ou 
saprófitas; contribuem para a reciclagem da matéria na 
natureza. 
– Compostos orgânicos (glicose, lipídeos e proteínas): as 
bactérias de interesse médico. 
– Algumas bactérias heterotróficas vivem como parasitas, 
retirando de outros seres as substâncias nutritivas de 
que necessitam e causando-lhes doenças . 
FATORES QUÍMICOS 
CARBONO 
FATORES QUÍMICOS 
NITROGÊNIO 
- Parte essencial dos aminoácidos. 
- Necessário par síntese de ácidos nucléicos. 
- Obtenção de N: 
– Decomposição de materiais orgânicos (proteínas) 
– Amônia (NH4 +) 
– Nitrato (NO3
-) 
 
Bactérias Fixadoras de Nitrogênio (vivem simbioticamente 
com plantas leguminosas) 
 
 
 
 
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- Utilizado na síntese de aminoácidos contendo enxofre e de 
vitaminas (tiamina e biotina). 
 
 
 
FATORES QUÍMICOS 
FÓSFORO 
 
 
- Essencial para a síntese dos ácidos nucléicos, para os 
fosfolipídeos componentes da membrana celular e ATP. 
FATORES QUÍMICOS 
ENXOFRE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FATORES QUÍMICOS 
POTÁSSIO, MAGNÉSIO E CÁLCIO: 
 
- Também são elementos essenciais para os microrganismos. 
- Frequentemente encontrados como co-fatores para as reações 
enzimáticas. 
 
 
FATORES QUÍMICOS 
ELEMENTOS TRAÇOS: FERRO, COBRE, MOLIBDÊNIO, ZINCO 
 
- Os microrganismos requerem quantidades muito pequenas 
desses minerais, utilizados como co-fatores para algumas 
enzimas. 
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- Os microorganismos podem ser classificados segundo à 
necessidade de oxigênio para o crescimento: 
• Aeróbios Estritos: só crescem na presença de O2. 
 Exemplo: bactérias do gênero Pseudomonas 
• Anaeróbios Estritos: o O2 inibe o seu crescimento. 
 Exemplo: bactérias do gênero Clostridium 
• Anaeróbicos Facultativos: podem crescer com ou sem O2, 
mas crescem melhor com O2. Exemplos: Escherichia coli e 
algumas leveduras 
• AnaeróbicasAerotolerantes: toleram a presença de 
oxigênio. Exemplo: bactéria Lactobacillus acidophillus 
• Microaerofila: Só crescem em baixa concentração de O2. 
 Exemplo: a maioria das espécies de Campylobacter (agente 
causador de gastroenterite) 
FATORES QUÍMICOS 
OXIGÊNIO 
AERÓBIO 
ESTRITOS 
alta [O
2
] 
ANAERÓBIO 
ESTRITO 
sem O
2
 
MICRO 
AERÓFILO 
baixa [O
2
] 
ANAERÓBIO 
FACULTATIVO 
alta e baixa [O
2
] alta e baixa [O
2
] 
ANAERÓBIO 
AEROTOLERANTES 
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Classe microbiana 
Presença de 
Exemplo Catalase Superóxido 
dismutase 
Aeróbios estritos Sim Sim Pseudomonas 
aeruginosa 
Anaeróbios facultativos Sim Sim Escherichia coli 
Microaerófilos Sim Sim Campylobacter jejuni 
Anaeróbios 
aerotolerantes 
Não Sim Streptococcus 
pneumoniae 
Anaeróbios obrigatórios Não Não Clostridium tetani 
Teste da Catalase 
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Como cultivar os microrganismos??? 
 
MEIO DE CULTURA: material nutriente preparado em 
laboratório para o crescimento de microrganismos. 
INÓCULO: microrganismos que são colocados em um meio de 
cultura para iniciar o crescimento. 
CULTURA: microrganismos que crescem e se multiplicam no 
meio de cultura. 
 
 
 
Preparando o meio de cultura 
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Cultivo bacteriano 
• Critérios para o cultivo: 
1. Nutrientes corretos 
2. Quantidade de água necessária 
3. pH ajustado 
4. Quantidade ou ausência de oxigênio adequada 
 
 
 
 
 Aplicações 
Crescimento Bacteriano 
Isolamento Bacteriano 
Identificação Bacteriana 
• Estado físico 
– Líquidos (isentos de ágar-ágar) ou caldos 
– Sólidos (1,5% de ágar-ágar) 
– Semi-sólidos (0,3-0,5% de ágar-ágar) 
Meios de Cultura - classificação 
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• Composição 
Meios de Cultura - classificação 
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Meio seletivo: Ágar verde-brilhante 
 
Contém substâncias capazes de inibir algumas bactérias que 
não são de interesse. 
bactérias do gênero Salmonella 
Meio diferencial: Ágar sangue 
Streptococcus pyogenes 
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Meio seletivo e diferencial: Ágar MacConkey 
 
Seletivo: cristal violeta e sais biliares que inibem bactérias 
Gram-positivas 
Diferencial: possui indicador de pH (vermelho neutro) – 
quando o meio fica ácido, a cor fica rosa 
Possui lactose que a bactéria pode degradar, produzindo ácido 
que diminui o pH do meio. 
1- Lactose – 
2- Lactose + 
• Crescimento: aumento do n° 
de indivíduos presentes na 
população. 
 
• Divisão Binária: processo de 
divisão celular conservativa 
(mitose) a partir de uma célula 
inicial, originando duas células 
idênticas. 
 
• Crescimento exponencial 
Crescimento Bacteriano 
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TEMPO DE GERAÇÃO: 
 
É o tempo necessário para uma célula se dividir (e sua população 
dobrar de tamanho). 
 
- Tempo varia de acordo com o organismo. 
- Depende das condições ambientais (nutricionais, temperatura 
etc). 
- Maioria das bactérias: 1 – 3 h. 
 
CURVA DE CRESCIMENTO: 
Demonstra o crescimento das células durante um período de 
tempo. 
Curva de crescimento obtida pela contagem da população em 
intervalos de tempo após um inóculo de um número pequeno 
de bactérias em meio de cultura. 
 
 
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•Fase lag 
Fase de adaptação metabólica ao novo ambiente; (pouca ou 
ausência de divisão) 
 
•Fase exponencial ou logarítmica 
Fase na qual o número de células da população dobra a cada 
geração (Divisao > Morte) 
 
•Fase estacionária 
Fase em que a taxa de crescimento diminui 
significativamente devido às condições limitantes do meio. 
(Divisão = Morte) 
 
•Fase de declínio 
As células perdem a capacidade de se dividir (Morte > 
Divisão) 
Fases do crescimento bacteriano 
QUANTIFICAÇÃO DIRETA: 
 
 - CONTAGEM EM PLACAS 
 - FILTRAÇÃO 
 - MÉTODO DO NÚMERO MAIS PROVÁVEL 
 - CONTAGEM DIRETA AO MICROSCÓPIO 
 
 
QUANTIFICAÇÃO INDIRETA: 
 
 - TURBIDIMETRIA 
 - ATIVIDADE METABÓLICA 
 - PESO SECO 
Métodos para quantificação do crescimento microbiano 
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QUANTIFICAÇÃO DIRETA: 
CONTAGEM EM PLACAS 
 
 
- Técnica mais utilizada na determinação do tamanho da 
população bacteriana. 
 
 
VANTAGEM: qualificação de células viáveis. 
 
 
DESVANTAGEM: tempo (24 h para o aparecimento das 
colônias). 
 
 
 
QUANTIFICAÇÃO DIRETA: 
CONTAGEM EM PLACAS 
 
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QUANTIFICAÇÃO DIRETA: 
FILTRAÇÃO 
 
- Pequeno nº de bactérias = 
pode ser utilizado o método de 
filtração para a sua contagem. 
 
- Concentração de bactérias 
sobre a superfície de uma 
membrana de filtro de poros 
muito pequenos após a 
passagem de um volume de 
100 mL de água. 
 
- Filtro posteriormente 
transferido para uma placa de 
petri contendo meio sólido. 
CONTAGEM DE BACTÉRIAS PELO MÉTODO DE FILTRAÇÃO 
Células bacterianas na superfície da membrana (poros) 
A membrana filtrante foi colocada sobre o 
meio de cultura e a placa foi incubada. ↓ 
↓ 
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QUANTIFICAÇÃO DIRETA: 
CONTAGEM DIRETA AO MICROSCÓPIO 
 
- Um volume conhecido de suspensão bacteriana é colocado 
em uma área definida da lâmina de microscópio. 
 
- A amostra pode ser corada ou analisada a fresco. 
 
- Utilizam câmaras de contagem. 
 
DESVANTAGENS: 
 - não separa células mortas e vivas. 
 - pode haver erros de contagem. 
 - difícil contagem para bactérias móveis. 
CÂMARA DE NEUBAUER 
Ao microscópio – aumento de 100X 
Ao microscópio – aumento de 400X 
CONTAGEM DIRETA 
AO MICROSCÓPIO 
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QUANTIFICAÇÃO INDIRETA: 
TURBIDIMETRIA 
 
- Monitoramento do crescimento bacteriano através da 
turbidez. 
- Espectrofotômetro.