aula 2 Fisiologia bacteriana

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Fisiologia bacteriana
Microbiologia Básica
DCB063
Cíntia L. Ramos
cintialacerdaramos@gmail.com
cintia.ramos@ufvjm.edu.br
Crescimento Bacteriano: Reprodução
Formas de multiplicação
Fissão binária: Ex: Escherichia coli
Exceções:
Exosporulação (assexuada): Ex: Streptomyces
Fragmentação de filamentos: Ex: Nocardia
Brotamento: Ex: Rhodopseudomonas
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Curva de crescimento típica de uma população bacteriana
Crescimento bacteriano-Aumento do número de células
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Tempo de geração: é o intervalo de
tempo necessário para que uma célula se
duplique.
- É variável para os diferentes organismos,
podendo ser de 10, 20 minutos até dias.
- O tempo de geração não corresponde a
um parâmetro absoluto, uma vez que é
dependente de fatores genéticos e
nutricionais, indicando o estado fisiológico
da cultura.
Taxa de crescimento (velocidade
específica de crescimento): é a variação no
número ou massa de microrganismos por
unidade de tempo.
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• O tempo de geração pode ser calculado quando uma cultura encontra-se em fase
exponencial, pela fórmula:
• g = t/n
• g = tempo de geração
• t = tempo de crescimento
• n = número de gerações dentro
de um tempo de crescimento dado pela equação:
Morte
Crescimento em batelada
Morte
Crescimento continuo
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Métodos de avaliação 
do crescimento 
microbiano
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1. Contagem de colônias em placas diluição seriada (direto)
Contagem de colônias em placas 
diluição seriada de fungos 
filamentosos
UFC/mL= nº colônias x fator 
diluição / aliquota plaqueada
UFC=Unidades Formadoras de 
Colônias
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2. Contagem em microscópio (direto)
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3. Turbidez medida em um espectrofotômetro ou em um fotômetro (indireto)
Glicose 2 Etanol + 2 CO2
1g 0.51 g 0.49 g
YP/S = 0.51 g/g
2 mol/mol
51 %
100 % theor.
4- Produção de metabólitos: Crescimento microbiano –
produtividade (“yield” = Y) - indireto
5- Biomassa (peso seco) – indireto
6 – DNA - indireto
Fatores que afetam o crescimento 
microbiano
a) Atmosfera
b) Temperatura
c) pH
d) Disponibilidade de água
e) Nutrientes: macronutrientes, 
micronutrientes e fatores de crescimento
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Anaeróbios- uma grande variedade de procariotos, alguns fungos e alguns protozoários
Classificação quanto a exigência de oxigênio
Formas reativas do oxigênio
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Alguns procariotos anaeróbios
obrigatórios não possuem superoxido
dismutase, havendo uma enzima
exclusiva a superoxido redutase, que
remove o superoxido sem a produção de
O2
Cultivo em anaerobiose
jarra de anaerobiose
câmara de anaerobiose
Teste de uma cultura microbiana para detecção de catalase
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Temperatura
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Estratégias de adaptação dos organismos às altas
Temperaturas
- Membranas- Variação no conteúdo e tipos de lipídeos e
proteínas;
- Parede celular- Variação nas moléculas básicas (ex: tipo de
ligação, tipo de aa, etc) que compõem a parede;
– Velocidade de renovação das estruturas e moléculas;
- Proteínas termoresistentes:
✓ Taq polimerase (Thermus aquaticus)
✓ Pfu polimerase (Pyrococcus furiosus)
– Ácidos nucléicos por exemplo com maior concentração de
bases C≡G
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Classificação dos microrganismos quanto à 
temperatura de crescimento
Efeito do pH no crescimento microbiano
1 3,5 7 
9 14
pH
Acidófilos
Ex:
Acidithiobacill
us sp.
Neutrófilos
Ex: Escherichia 
coli Alcalófilos
Ex: Bacillus sp.
T
a
x
a
 d
e
 
c
r
e
s
c
im
e
n
to
pH = Acidez ou alcalinidade de uma solução.
A maioria dos microrganismos cresce melhor perto da neutralidade.
Poucas bactérias são capazes de crescer em pH ácido (como pH 4,0).
Bactérias: faixa entre pH 7,0. Exceções:Thiobacillus de 0,5 a 6,0 com ótimo entre 2 e 3,5),
Bactérias alcalifílicas: (Bacillus e Archaea) (pH 10 – 11)
Fungos tendem a ser mais acidófilos que as bactérias (pH <5).
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Disponibilidade de água/Concentração do íon sódio
Atividade de água (aw): quantidade de água livre, disponível para o uso por parte dos
microrganismos. Pode variar de 0 a 1.
Microrganismos marinhos tem necessidades especificas de íon sódio sendo denominados
halófilos.
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Não halófilos – 0 a 1,5%
Halófilos discreto-1 a 6% de NaCl
Halófilos moderado -6 a 15% de NaCl,
Halófilos extremos -15 a 30% de NaCl.
Halotolerantes – crescem em maiores
concentrações de sais mas preferem
concentrações inferiores a 9%
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Nutrientes: necessários para crescimento
- Todas as células são constituídas por água, sais minerais e macromoléculas:
Proteínas, Carboidratos, Lipídeos, Ácidos nucléicos
Lipídeos, 
Proteínas
Carboidrat
os
Ácidos
nucléicos
Ácidos
nucléicos e 
Proteínas
Fonte: lookfordiagnosis.com
Nutrição microbiana
- Fornecimento de nutrientes  Síntese de seus
componentes
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-Água - Essencial para os microrganismo
- Macronutrientes – necessários em maior quantidade
C, N, H, O, P, S, K, Na. Necessários a síntese das macromoléculas
- Micronutrientes e cofatores - necessários em menor quantidade
Mg, Fe, K, Co, Cu, Mn, etc.
- Fatores de crescimento - São compostos orgânicos que alguns microrganismos
(incapazes de sintetizar) necessitam em pequenas quantidades. Ex. Vitaminas,
aminoácidos, purinas e pirimidinas
Exigências Nutricionais
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Fontes de Energia
- Fototróficos - Luz
-Quimiotróficos - Degradação de compostos orgânicos ou
inorgânicos.
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MACRONUTRIENTES
Carbono
- Todos os organismos requerem alguma forma de carbono;
- Esqueleto das 3 maiores classes de nutrientes orgânicos: 
lipídeos, carboidratos e proteínas;
- Autotróficos utilizam o CO2 como fonte de carbono;
- Heterotróficos utilizam compostos orgânicos como fonte de
carbono
Ex: Açúcares, bases nitrogenadas, ácidos graxos,
compostos aromáticos.
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MACRONUTRIENTES
Nitrogênio
•Depois do Carbono, é o elemento mais abuntante (12% do peso seco células)
•Todos os organismos necessitam porque faz parte dos aminoácidos (proteínas), ácidos nucléicos e
vários outros compostos celulares
Inorgânico (Maior parte): sais de amônia e nitratos (N2, NO3
-, NH3)
Orgânico: aa, bases nitrogenadas ureia, farinha de soja, resíduos de frigoríficos e resíduos de 
fermentação
Bactérias - podem utilizar o N2 (fixação biológica), nitratos, nitritos e sais de amônia.
Ex: Bactérias do solo (ex. bactérias dos gêneros Rhizobium e Bradyrhizobium) utilizam N gasoso
diretamente da atmosfera para obtenção de N, tanto para elas como para as plantas que convivem
simbioticamente (algumas leguminosas – soja, feijão).
Hidrogênio (H)
- Juntamente com o C, encontrado todos compostos orgânicos e diversos inorgânicos (água,
sais e gases);
- Principal função: Manutenção do pH
Oxigênio (O)
- Elemento comum encontrado nas moléculas biológicas (aminoácidos, nucleotídeos,
glicerídeos...)
- Obtido a partir de proteínas e gorduras.
- Na forma de oxigênio molecular (O2) – requerido por muitos para processos geração de energia.
MACRONUTRIENTES
Enxofre (S)
Essenciais a todos os organismos;
S é necessário na biossíntese de cisteína, cistina, metionina (aminoácidos) e de vitaminas
(tiamina e biotina);
- Fontes inorgânicos  sulfatos (SO4
2-) sulfetos (HS-)
- Fontes protéicas  (aminoácidos)
35Cisteína Biotina
MACRONUTRIENTES
Fósforo (P)
Essenciais a todos os organismos;
P é essencial para a síntese de ácidos nucléicos, ATP, fosfolipídeos
- Fosfatos Inorgânicos e Orgânicos
Fosfolipídeo
MACRONUTRIENTES
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Potássio (K), Magnésio (Mg), Cálcio (Ca)
K  cofator enzimático;
Mg  atua na estabilidade de ribossomos,membranas e ácidos nucléicos, atua
como cofator enzimático;
Ca estabilização parede celular e formação de endosporos;
MACRONUTRIENTES
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MICRONUTRIENTES OU ELEMENTOS TRAÇO
- Exigidos em quantidades traço
- Atuam na manutenção das atividades celulares: osmorregulação, co-fatores
enzimáticos (Fe+2), facilitam transporte de moléculas através da membrana
celular
- Boro (B), Cromo (Cr), Cobalto (Co), Cobre (Cu), Manganês (Mn), Níquel (Ni), Zinco
(Zn)
- Fonte: Sais inorgânicos
Geralmente não é preciso adicionar: presentes na água; se água desmineralizada: adicionar solução 
elementos traços.
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Fatores de Crescimento
- São compostos orgânicos que alguns microrganismos necessitam em pequenas
quantidades.
- Vitaminas, aminoácidos, purinas e pirimidinas.
- A maioria dos microrganismos conseguem sintetizá-los
- Porém, alguns requerem um ou mais desses fatores, pré-formados no meio
- Vitaminas – Mais comumente requerido
- Atuam como coenzimas
- Precursores de moléculas orgânicas como NAD, coenzima A, FMN
- Atua em processos celulares, ex. Transformação de aminoácios, descarboxilações, transporte de
elétrons, biossíntese de ácidos graxos
- Etc.
Cultivo de microrganismos em
laboratório
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Meios de cultura ou Meios de cultivo
Meios de cultura:
- Soluções nutrientes utilizadas para promover o crescimento de microrganismos
em laboratório
- Fornece os nutrientes indispensáveis ao crescimento do microrganismo fora do
seu habitat natural.
Meio líquido: nutrientes são dissolvidos em água e esterilizados.
- Usados em estudos de crescimento, cultivo em fermentação e na produção de
biomassa
Consistência ou estado físico dos meios de cultivo
Meio sólido: são preparados a partir da adição de um agente solidificante, antes da
esterilização do meio.
- Usados para contagem e isolamento de microrganismos (1,5% Agar)
Meio semi-sólido: são preparados pela adição de uma quantidade menor do agente
solidificante (0,7% Agar).
- Usados para a detecção de placas de lise em culturas bacterianas infectadas
por vírus e microrganismos microaerofílicos ou móveis
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Meios sólidos e semi-sólidos
Ágar: polissacarídeo complexo extraído de algas marinhas com propriedade de fundir a
96oC e solidificar a 45oC. Não é usado como fonte de nutrientes pela maioria dos
microorganismos
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Meio Mínimo (MM): fornece somente nutrientes essenciais ao desenvolvimento da célula.
Meio Completo (MC): fornece todos nutrientes para o desenvolvimento da célula.
Definidos: composição química exata é conhecida.
Indefinidos ou Complexos: composição exata de cada nutriente não é conhecida.
-Ex: peptona (produto da digestão da carne), extrato de levedura, extrato de soja, extrato
de carne, entre outros
Quanto à composição os meios podem ser classificados em:
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Meios definidos
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BDA (batata-dextrose-ágar- fungos)
Batata (caldo) 200g
Dextrose 20g
Ágar 15g
Água dest. 1000mL
Caldo Nutriente (bactérias)
Extrato de carne 3,0g
Peptona 5,0g
Água dest. 1000mL
Meios complexos são altamente nutritivos, geralmente mais fáceis de preparar,
são os mais usados ( composição exata não é necessária), mais adequados para
fastidiosos (microrganismos nutricionalmente exigentes).
Meios indefinidos ou complexos
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- Meios formulados para objetivos específicos, utilizados principalmente nos trabalhos de
identificação de microrganismos. Podem ser:
Enriquecimento: Favorece o crescimento de determinada população.
- Multiplicação dos microrganismos de interesse quando estes estão em pequeno número.
Ex: Meio contendo celulose como fonte de carbono ou meio com fenol para microrganismos que
degradam essa fonte.
Meios Especiais
Diferencial: contém substâncias químicas mais complexas e permite diferenciar os
microrganismos quanto ao seu crescimento e morfologia.
Ex: EMB – Colônia de E. coli verde escuro e Salmonela incolor.
- Meio agar-sangue, identificação de bactérias patogênicas produtoras de
hemolisinas.
- Ex: Streptococcus e Staphylococcus (anel claro em torno da colônia).
Seletivo: Favorece um microrganismo e inibe o crescimento de outros.
- Ex: Adição de um antibiótico específico
- pH específico para determinados microrganismo
- Ágar Sabouraud: pH 5,6 e alta concentração de glicose (seletivo para fungos)
- Ágar verde brilhante: seletivo para enterobactérias Gram - (Salmonella)
 o corante verde brilhante adicionado ao meio inibe as bactérias
Gram (+)
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Ágar MacConkey
Ágar MacConkey
- Contém sais biliares e corante cristal violeta, que
inibem o crescimento de Gram + e permitem o
desenvolvimento de Gram –
- E lactose (diferenciar bactérias que utilizem este
carboidrato).
- Colónias bacterianas que fermentam lactose tornam o
meio rosa choque
- As bactérias que não são fermentadoras de lactose
tornam o meio amarelo claro.
Seletivo/diferencial: diagnóstico de patogênicos (coliformes fecais). :
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Cultivo de Microrganismos
-Isolamento - Contagem - Identificação
-Segurança de águas potáveis públicas
-Diagnóstico, tratamento e prevenção de doenças
-Selecionar linhagens de interesse industrial
Importância da Caracterização dos Microrganismos