Aspectos nutricionais de bactérias

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Aspectos nutricionais de bactérias; Agentes de ação bactericida e bacteriostático.
Professora Marisa França Ferraz de Almeida.
INTRODUÇÃO
Estrutura da bactéria → formada por diferentes macromoléculas.
Macromolécula → Proteínas e Ác. nucléicos.
Origem: meio ambiente ou sintetizadas pelas bactérias.
Nutrientes → nutrientes ou elementos retirados do ambiente e usados para construir novos componentes celulares.
MACRONUTRIENTES: ↑ quantidades 90% (oxigênio, hidrogênio, nitrogênio e enxofre)
MICRONUTRIENTES: ↓ quatidade 10% (potássio, cálcio, ferro, manganês, etc.)
*ÁGUA
MACRONUTRIENTES
CARBONO
AMBIENTE: formas inorgânicas (carbonatos e gás carbônico)
BACTÉRIAS AUTOTRÓFICAS: utilizam carbono inorgânico
BACTÉRIAS HETEROTRÓFICAS: requerem uma forma de carbono orgânico
Forma o esqueleto das três maiores classes de nutrientes: carboidratos, lipídeos e proteínas.
Fonte de energia e unidades básicas para o crescimento celular
OXIGÊNIO
AMBIENTE: forma molecular O2, ou fazendo parte de outras moléculas
Aceptor final de elétrons na cadeia de transporte de elétrons aeróbica
Funciona como regulador do metabolismo
NITROGÊNIO
AMBIENTE: compostos inorgânicos (N2, NH3, NO3-, etc.)
compostos inorgânicos (aminoácidos, aminoaçúcares, purinas, pirimidinas, etc)
N2→ 78% do gás atmosférico.
NITRATO→ aceptor final de elétrons para a cadeia de transporte de elétrons anaeróbica.
BACTÉRIAS NITRIFICANTES → fonte de energia, amônia e nitritos.
ENXOFRE
AMBIENTE : forma oxidada →sulfato
 forma reduzida →Ác. sulfídrico
Aceptor final da cadeia de transporte de elétrons anaeróbica de algumas espécies.
Na maioria das bactérias é reduzido e incorporado a aminoácidos e vitaminas.
MICRONUTRIENTES
	MINERAIS→ quantidades grandes ou pequenas (comparado entre eles).
MAGNÉSIO
Gastam energia para acumulá-los
Todas as células necessitam
Associado aos ácidos nucleicos e nucleotídeos
Ligação entre as sub unidades do ribossomo
CÁLCIO
↓[ ] dentro da célula em relação ao meio ambiente
↑ [ ] dentro das células no processo de esporulação
FERRO
Necessário a todas as bactérias, fazendo parte de várias proteínas
POTÁSSIO
Necessário a todas as bactérias por ter importância na síntese proteica
ZINCO
Essencial para a atividade de várias enzimas, principalmente DNA e RNA polimerase
METABOLISMO: todas as reações químicas dentro de um organismo
	CATABOLISMO: Quebram compostos orgânicos complexos em mais simples, liberam energia.
	ANABOLISMO: constroem moléculas orgânicas complexas, consomem energia.
Fig pag 112 tem do Ricardo
ENZIMAS
São catalizadores de reações químicas
São específicas
Substrato (substância específica)
Aceleram reações químicas
Aceleram reações sem aumentar a temperatura
MECANISMO DE AÇÃO ENZIMÁTICO
A superfície do substrato entra em contato com uma região específica da superfície da molécula da enzima chamada de sítio ativo.
Um composto intermediário temporário é formado, chamado de complexo enzima-substrato.
A molécula do substrato é transformada pelo rearranjo de átomos, pela quebra de moléculas do substrato ou em combinação com uma outra molécula do substrato.
As moléculas de substrato transformadas (os produtos da reação) são liberadas pela molécula de enzima porque elas não mais se encaixam no sítio ativo da enzima.
A enzima não-carregada está agora livre para reagir com oura molécula de substrato.
Fig internet chave fechadura
FATORES QUE INFLUENCIAS A ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Temperatura
pH
concentração do substrato
inibidores
fig inibidores
SULFALAMIDA (SULFA)
Inibe a síntese do Ácido Para-aminobenzóico (PABA)
PABA→nutriente usado pelas bactérias para síntese do ácido fólico, uma vitamina que funciona como coenzima
*CÉLULAS HUMANAS NÃO UTILIZAM PABA.
PRODUÇÃO DE ENERGIA
	Através de uma reação de oxirredução.
	OXIDAÇÃO →quando um elétron de um átomo é removido e a reação libera energia (molécula A perde elétrons para molécula B)
CATABOLISMO DE CARBOIDRATOS
	Microrganismos oxidam carboidratos como fonte de energia →metabolismo celular
Glicólise
Respiração celular (aeróbica e anaeróbica)
Fermentação 
GLICÓLISE
Ocorre n maioria das células vivas
Oxidação da glicose em ácido pirúvico
1 açúcar 6C → 2 açúcares 3C →(rearranjo de átomos)→Ácido pirúvico
Necessita 2 ATPs pra iniciar a reação e produz no final 4 ATPs, tendo ganho 2 ATPs no final do processo.
Ácido pirúvico pode ser guiado para fermentação ou para respiração
Fig 5.11
RESPIRAÇÃO CELULAR
Processo de geração de ATP em que moléculas são oxidadas e o aceptor final de elétrons é (quase sempre) uma molécula inorgânica.
Respiração Aeróbica: utiliza oxigênio
Respiração Anaeróbica: não utiliza oxigênio
RESPIRAÇÃO AERÓBICA
Nas procariontes a cadeia de transporte de elétrons que gera energia acontece na membrana plasmática.
A energia é liberada quando elétrons são transferidos de compostos de alta energia para compostos de baixa energia.
A glicose é o carboidrato mais abundante na natureza, a maioria dos organismos faz sua oxidação a CO2 + H2O
Na respiração aeróbica essa oxidação se dá em 3 etapas: glicólise, conversão de piruvato em Acetil CoA e a oxidação do Acetil CoA pelo ciclo de Krebs.
GLICÓLISE
Oxidação de glicose em ácido pirúvico
Ocorre redução de NADH
Fig glicólise
CONVERSÃO DO PIRUVATO EM ACETIL COA
Nessa etapa ocorre geração de CO2 e geração de NADH
Fig acetil coa
CICLO DE KREBS
Quando o Acetil CoA entra no ciclo de Krebs o grupo CoA se desprende do Acetil
Fig ciclo de Krebs
No final do Ciclo de Krebs temos o rendimento:
6NADH + 2 FADH2 + 2GT (equivale a ATP)
Essas NADH e FADH2 irão entrar na cadeia de transporte de elétrons e irão gerar ATP
O aceptor final na cadeia de elétrons é o O2
RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA
Aceptor final de elétrons é uma substância inorgânica do oxigênio.
O saldo final de ATP é muito inferior ao da respiração aeróbica
Consequência → crescimento é mais lento
FERMENTAÇÃO
Libera energia de açúcares
Não requer O2 mas pode ocorrer na presença dele
Aceptor final molécula orgânica
Produz pouca quantidade de ATP
Gera produtos finais
AGENTES ANTIMICROBIANOS
1928- Alexandre Fleming →Staphylococcus Aureus tinha crescimento inibido na área ao redor da colônia de fungos (Penicillium Notatum) →penicilina
TOXIDADE
Drogas antimicrobianas devem agir nas células procariontes e não na célula eucarionte
Dificuldade quando o patógeno éuma célula eucarionte (fungo, protozoário, helminto)
Vírus →patógeno está dentro da célula hospedeira
ESPECTRO DE ATIVIDADE
Antibióticos devem agir em várias espécies de bactérias (amplo espectro)
TOXIDADE SELETIVA
Capacidade do antibacteriano de penetrar na membrana (membrana externa de lipopólissacarídeos)
Moléculas pequenas e hidrifílicas
Dificuldade de penetração em gram-negativas
AÇÃO DOS ANTIMICROBIANOS
INIBIÇÃO DA PAREDE CELULAR
Penicilinas e outros antibióticos impedem a síntese completa do peptídeoglicano
Parede frágil →lise celular
Atua na síntese, portanto atua em células em crescimento ativo
Baixa toxicidade para células do hospedeiro
INIBIÇÃO DA SÍNTESE PROTEICA
Toxidade seletiva pois o ribossomo eucarionte é 80S e o procarionte é 70S
Porém atuam no ribossomo da mitocôndria →efeito adverso
Antibiótico que atuam na síntese proteica: clorafenicol, eritromicina, estreptomicina e tetraciclinas
Impedem o alongamento da cadeia polipeptídica
DANO À MEMBRANA PLASMÁTICA
Promove alteração na permeabilidade da membrana
Perda de metabólitos importantes
Polimixina b e antifúngicos
INIBIÇÃO DE ÁCIDOS NUCLEICOS
Interferem no processo de replicação e transcrição de DNA
Interferem com o DNA e RNA dos mamíferos
Rifampinas e quinolonas
INIBIÇÃO DA SÍNTESE DE METABÓLITOS ESSENCIAIS
Atividade enzimática inibida competitivamente por uma substância
Sulfonas e trimetropim
ANTIBIÓTICOS INIBIDORES DE SÍNTESE DE PAREDE CELULAR
PENICILINAS
Grupo de mais de 50 antibióticos
Possuem estrutura central contendoum anel β-lactâmico
Diferença nas cadeias laterais
Naturais ou semi-sintéticas
*AÇÃO→INTERFEREM NA LIGAÇÃO TRANSVERSAL DOS PEPTIDEOGLICANOS, QUE INTERFEREM COM OS ESTÁGIOS FINAIS DA CONSTRUÇÃO DA PAREDE
Fig peptídeo
Algumas penicilinas naturais sofrem ação de penicilinases produzidas por Staphylococos
Penicilinas mais inibidores de β lactamases→ Clavuronato de Potássio →inibidor não competitivo da penicilinase sem qualquer atividade antimicrobiana
CLAVULIN
CEFALOSPORINAS
Núcleo semelhante ao da penicilina e também inibem a síntese de parede
Diferença está na resistência às penicilinases, porém são suscetíveis a um grupo separado de β lactamases
Existem até 4 gerações de cefalosporinas →cada vez mais efetivas contra gram-negativas e com espectro maior
ANTIBIÓTICOS POLIPEPTÍDEOS
BACITRACINA
Efetivo contra gram-positivas
Inibe a síntese da parede celular em estágios anteriores a penicilinas e cefalosporinas
Interferem nas fitas lineares
Uso restrito a aplicações tópicas
VANCOMICINA
Sua toxidade é um problema grave
Inibição da biossíntese da parede celular, da alteração da permeabilidade da membrana citoplasmática e da síntese do RNA (ácido ribonucleico).
É importante ao lidar com MRSA (Staphylococcus Aureus resistente à meticilina).
ANTIBIÓTICOS ANTIMICOBACTERIANOS
Membros do gênero Mycobacterium tem parede celular diferente (causam lepra e tuberculose)
ISONIAZINA: Inibe a síntese de ácido micólico na parede
ETAMBUTOL: inibe a incorporação do ácido micólico na parede
INIBIDORES DE SÍNTESE PROTEICA
CLORAFENICOL
 Bacteriostático de amplo espectro
Inibe a formação de ligação peptídica durante o alongamento da cadeia polipeptídica reagindo com a subunidade 50S
Grave problema de toxidade
É mais barato sintetizar do que isolar a partir do Streptomyces
Efeito colateral: suspenção da atividade da medula óssea→ anemia
AMINOGLOCOSÍDEOS (NEOMICINAS E GENTAMICINA)
Bactericidas
Podem causar danos permanentes ao nervo auditivo
Interferem com os passos iniciais da síntese proteica alterando a conformação da subunidade 30S
TETRACICLINAS
Amplo espectro
Vantagem: maior tempo de retenção no organismo
Interferem na fixação do tRNA, carregando o aminoácido, no ribossomo, impedindo a adição de aminoácidos no alongamento da cadeia polipeptídica
Não pode ser usado em crianças e mulheres grávidas
MACROLÍDEOS (ERITROMICINA, AZITROMICINA, CLARITROMICINA, TELITRAMICINA)
Presença de anel lactona macrolídeo
Inibe a síntese protéica
Não penetra na parede de bacilos gram-negativos
Azitromicina e claritromicina: espectro mais amplo
ESTREPTOGRAMINAS E OXAZOLIDINONAS
Quando aparece resistência à Vancomicina
DANOS À MEMBRANA
POLIMIXINA B
Bactericida efetivo contra bactérias gram-negativas
Lesa membrana
Uso tópico como a bacitracina
INIBIDORES DA SÍNTESE DE ÁCIDOS NUCLEICOS (DNA E RNA)
RINFAMICINAS
Macrolídeos e inibem a síntese de mRNA
Tem a capacidade de penetrar no tecido e atingir níveis terapêuticos no fluído cerebroespinhal e em abcessos
QUINOLONAS E FLUORQUINOLONAS (NORFLOXACINO E CIPROFLOXACINO)
Bactericida por inibir a DNAgirase, necessário para a replicação do DNA
Afetam de forma adversa o desenvolvimento da cartilagem
Infecção do trato urinário