Microbiologia parte 1

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Microbiologia
Surgimento e Evolução das bactérias
- Não se pode retornar ao tempo para presenciar eventos evolutivos. Dessa forma, fazemos isso por meio de evidências. 
- Origem do universo: 11-17 bilhões de anos
- A diversidade metabólica está relacionada com a origem bacteriana
Como surgiu e evoluiu a bactéria? Não há uma evidência bem clara, mas há uma orientação cronológica, porém ainda é uma controvérsia. 
A Terra primitiva
Origem: 4,6 bilhões de anos
Teoria da Condensação: Houve uma nuvem de poeira e condensação de gases. As moléculas exerceram grande pressão umas sobre as outras, ocorrendo explosão e formação do sistema solar, havendo uma expansão continuada (poeira cósmica ainda existe). Quando uma nova estrela formou-se no interior dessa nuvem de poeira, ela passou a compactar-se, sofrer fusão nuclear e liberar grandes quantidades de calor e luz. Os materiais que permaneceram na nuvem nebulosa passaram a agrupar-se e fundir-se, formando agregados (planetas). 
- Erupções vulcânicas
- Descargas elétricas
- Intensas radiações
- Chuvas torrenciais
- Atmosfera anaeróbica
- Ausência de oxigênio
- Gases: CO2, CH4, NH3, H2, H2S, CO, vapor d’água
- Ausência de ozônio (efeitos do UVA e UVB)
- Elevada temperatura 
Moléculas de gases tendem a interagir e ionizar quando sujeitas a carga elétrica e radiação (energia intensa). Dessa forma, elas ficam ionizadas, reagindo entre si, tornando o composto mais reativo. Essas reações entre as moléculas de gases formam moléculas mais complexas, como aminoácidos, ácidos carboxílicos (ácidos orgânicos) que dariam origem a lipídeos e a novos compostos, constituindo a sopa orgânica. 
Origem da Vida: 1929, em separado, dois cientistas: Alexandre Oparin e John Haldane – “Sopa Orgânica Primitiva”.
Os aminoácidos foram se combinando e dando origem a outras moléculas. 
Teoria de Stanley Miller e Harols Urey (1940): Tentaram reproduzir reações químicas que ocorreram na Terra primitiva. 
Água + metano Formaldeído Adição de moléculas Ribose 
Metano + amoníaco Ácido cianídrico Adição de moléculas Adenina
Formaldeído/Ácido cianídrico Aminoácido
Qual é a diferença do acido graxo e do hidrocarboneto? OH - C = O
Coincidência que os seres vivos tiverem a mesma origem, a partir de uma única célula que foi chamada de ancestral comum. 
Teoria de Sidney Fox (1955 – 1963)
1- Aminoácido aquecido a 150-200º - polipeptídios protenoide
2- Protenoide resfriado – microsfera 0,2 e 7,0 um. 
Os primeiros seres vivos surgiram na água, condição que os protegem do ambiente inóspito ao seu redor e pelo fato das bases das reações serem hidrolíticas. Ocorreu ao acaso a formação das moléculas orgânicas que foram se acumulando e a temperatura foi diminuindo. 
Há uma teoria que diz que a vida surgiu no gel. Faz sentido, pois as moléculas deveriam estar emaranhadas num espaço onde continha água. Não se sabe onde aconteceu, mas foi devido a componentes específicos que permaneceram juntos, tendo a célula surgido a partir de uma micela (comprovado cientificamente). Dentro da micela havia água, aminoácido, bases nitrogenadas, lipídeos – macromoléculas, moléculas de glicose (já com membrana e componentes no seu interior). Para ser o ancestral comum, uma delas teria que ser preservada e dar continuidade, fazendo cópias dela mesma (memória genética – as reações são direcionadas por alguma informação). Para a célula se multiplicar, necessita de uma orientação básica e se catalisar (faz com que a reação seja direcionada). 
Nova Panspermia: No meio interestelar, “esporos de vida” sobrevivem à radiação de estrelas vizinhas, graças à poeira aí existente. 
A vida na Terra
- Estimativa: 3,8-4,0 bilhões de anos
- Evidência: microfóssil de 3,5 bilhões de anos
- Estromatolitos
Origem da célula primordial: O primeiro catalisador. Deve ter capacidade de catálise de reações e de autocatálise (própria síntese, além das reações dentro da célula).
Proteína não tem autocatálise, dessa forma, não pode ter sido o primeiro catalisador. 
RNA-Ribozima: Essa molécula tem capacidade de catalisar. 
- Autorreplicação;
- Catalisa ligações covalentes entre nucleotídeos;
- Provoca mudanças em outras moléculas de RNA;
- Assumem formas tridimensionais de acordo com o ambiente;
- Expõe arranjos específicos de átomos na superfície da molécula causando exposição de grupos químicos particulares tornando-os nucleotídeos mais reativos;
- Catalisam reações de hidrólise e transferência de íons fosfato.
RNA e roboswitches: São segmentos regulatórios na molécula de RNA com afinidade por ribose e aminoácidos. 
Informação Genética: RNA provavelmente tenha sido, além de catalisador, a memória genética da célula. 
Evolução da Célula
- Origem das proteínas
- Provavelmente a 2ª síntese de proteínas tenha surgido por associação entre duas moléculas de RNA, sendo uma delas uma espécie de adaptador de aminoácidos. 
O papel da proteína na célula é estrutural (estabilidade estrutural) e na estabilização do próprio RNA, gerando moléculas mais estáveis. O segundo papel da proteína é catalisar (ser capaz também de direcionar reações). A capacidade de fazer cópias de si próprio com eficiência e precisão foi responsável pelo sucesso na célula. 
Teoria do RNA catalítico e surgimento das proteínas (Silva, 2014)
Síntese de moléculas pré-bióticas Síntese de robonucleotídeos Moléculas catalítica-ribozima RNA com robowitches
Surgimento do DNA
- DNA provavelmente tenha se originado de erros de cópia do RNA
- Vantagens atribuídas à nova célula – molécula maior permitindo maior quantidade de informação; mais estável que o RNA por estar em fita dupla; transferir com mais eficiência as informações genéticas por maior precisão da DNA-polinerase. 
Célula primitiva: ancestral comum – membrana, DNA ou RNA, atividade metabólica (manutenção de estrutura e geração de energia). A primeira forma metabólica da célula (molécula básica do metabolismo) foi a glicose, pois todos os seres vivos são capazes de metabolizar. Essa molécula veio da sopa orgânica e foi formada aleatoriamente (a célula tinha metabolismo anaeróbio do tipo fermentação). A justificativa para a fermentação é porque a via é preservada até na célula animal e grande parte das células são capazes de transformar a glicose por vias fermentativas. 
Metabolismo da célula primitiva: Matéria orgânica acumulada – glicose
Custos desse metabolismo – Pouco substrato, crescimento lento, exaustão de substrato.
A solução evolutiva foi a síntese de glicose, pois não precisava mais da glicose do meio (processo chamado de fotossíntese). Através da fixação de CO2 (Ciclo de Calvin) a célula conseguiu transformar CO2 em glicose (metabolismo autotrófico) através do surgimento das porfirinas (capacidade de oxidar e reduzir). 
Surgimento das Porfirinas
- Clorofila bacteriana
- Consequências: fotossíntese anoxigênica (verdes, púrpura); acúmulo de matéria orgânica. 
Porque a fotossíntese veio depois da fermentação? A fotossíntese anoxigênica – não libera oxigênio – faz a fosforilação cíclica, não ocorre entrada de elétrons da água e utilizavam os elétrons do gás sulfídrico. 
O que é a fixação do CO2?
CO2 + elétron redutor + ATP (CHO)n + X NADPH2 NADH2 (doador de elétrons). 
O que muda é como gera o redutor (NAD reduzido) e o ATP. O NAD oxidado para reduzido é preciso entrar elétrons, que pode ser do gás sulfídrico. 
As porfirinas foram muito importantes, como as porfirinas avançaram no sentido evolutivo?
A molécula da porfirina avançou no sentido de tirar elétrons da água, ao invés do H2S. Foi um salto gigantesco, pois ao tirar elétrons do H2S houve acúmulo de enxofre. Se tirasse elétrons da água, iria acumular oxigênio. Isso aumentou a eficiência do processo fotossintético e liberou oxigênio. 
Qual foi a importância da fotossíntese no avanço da célula?
Acúmulo de biomassa. Quando o organismo morre, libera biomassa ao ambiente, aumentando a oferta de matéria orgânica. O metabolismo fermentativocontinuou e a fotossíntese levou a uma divergência. Dessa forma, enquanto um produzia biomassa, o outro degradava e as duas formas metabólicas avançaram. 
Qual o marco importante da liberação do oxigênio para o ambiente?
O surgimento da camada de ozônio. Assim, as células poderiam colonizar o ambiente, pois estavam protegidas das radiações. 
Evolução Metabólica das Células
- Evolução das porfirinas: Clorofila A e Fotossíntese Oxigênica. 
Erra e troca o enxofre pelo oxigênio. Com a fotossíntese oxigênica, há fotólise da água e surge oxigênio na atmosfera, a camada de ozônio e a possibilidade de colonizar. As porfirinas têm capacidade de oxirredução. Assim, com o surgimento de proteínas que também eram capazes de fazer a oxirredução, surgiu outra possibilidade de metabolismo oxidativo, aeróbio e de alta eficiência energética – Cadeia Respiratória. O surgimento dos citocromos permitiu a fosforilação oxidativa. 
Surgimento dos Citocromos Metabolismo respiratório aeróbio Aumento do rendimento energético Aumento da velocidade de multiplicação celular 
Com a alta velocidade de divisão, teve uma maior proliferação e ocorreu a diversificação. A população expandiu e começou a colonizar diferentes nichos, a Terra foi se modificando e a diversificação foi ocorrendo naturalmente. 
Metabolismo heterotrófico: degrada biomassa, libera CO2, nutriente, mineral (P,N,K). Os heterotróficos fornecem esses componentes para os autotróficos.
Origem da Célula Eucariota
- 2 bilhões de anos atrás
- Via glicolítica: bactéria maquinaria e organização genética – Archeae
Grupos microbianos segundo Carl Woese (1970)
- Domínio Archaea: surgiu um ramo dentro de Bacteria. 
- Domínio Bacteria
Bacteria e Achaea são exclusivamente microbianos e constituídos somente por células desprovidas de um núcleo envolto por membrana (células procarióticas).
- Domínio Eukarya: Surgiu uma célula que tinha o núcleo (eucarioto, sendo primariamente unicelular). Por base na teoria da via glicolítica, esse domínio tem característica de ambos, pois ele é uma fusão de duas células diferentes e não a evolução de um único ramo. É uma quimera (características básicas fundamentais de dois organismos diferentes). – fungos, protozoários e microalgas. 
O genoma do eucarioto foi constituído de uma fusão de Archea e Bacteria – que consequência isso teve? – Teoria da endossimbiose. 
∆-proteobacteria Archea sem parede α-proteobacteria Cianobactéria
Segundo essa teoria, células bacterianas maiores perderam sua parede celular e engoliram células bacterianas menores. De acordo com essa teoria, o eucarioto ancestral desenvolveu um núcleo rudimentar quando a membrana plasmática se dobrou em volta do cromossomo. Essa célula, chamada de nucleoplasma, pode ter ingerido bactérias aeróbias. Algumas bactérias ingeridas viveram dentro do nucleoplasma hospedeiro. Essa organização evoluiu para uma relação simbiótica em que o núcleo do hospedeiro fornecia nutrientes e a bactéria endossimbiótica produzia energia que poderia ser usada pelo nucleoplasma. Assim, os cloroplastos podem ser descendentes de procariotos fotossintéticos ingeridos por esse nucleoplasma primitivo. Acredita-se que os flagelos e os cílios eucarióticos tenham se originado de associações simbióticas entre a membrana plasmática dos primeiros eucariotos e bactérias móveis espiraladas, chamadas de espiroquetas.
Temos um eucarioto com pseudonúcleo, com características de uma proteobractéria que provavelmente fosse fermentativa. Com o passar do tempo, a bactéria aeróbia foi endocitada pela bactéria aeróbia, posteriormente uma cianobactéria constituiu o cloroplasto. A célula eucariótica foi formada por no mínimo quatro bactérias.
A parede celular é uma adaptação celular extremamente importante e deu uma estabilidade maior para a célula. Archea, bactérias, fungos, levedura e microalga possuem parede. 
A Célula Procariota 
Grupos microbianos:
- Domínio Archaea (bactérias)
- Domínio Bacteria (procariontes) e Eukaria (eucariotos)
Os eucariotos e procariotos são quimicamente semelhantes. Usam os mesmos tipos de reações químicas para metabolizar o alimento, formar proteínas e armazenar energia. É principalmente a estrutura das paredes celulares e membranas e a ausência de organelas que distinguem os procariotos dos eucariotos. 
Morfologia Bacteriana 
Formas e arranjos bacterianos diferentes podem se arranjar de diferentes maneiras. Possuem algumas formas básicas: cocos esféricos, bacilos em forma de bastão e espiral. Quando os cocos se dividem para se reproduzir, as células podem permanecer ligadas umas às outras.
Cocos geralmente são redondos, mas podem ser ovais, alongados ou achatados nas extremidades. 
- Diplococos: cocos que permanecem aos pares após a divisão;
- Tétrades: se dividem em dois planos e permanecem em grupos de quatro;
- Pacotes: Sarcinas - se dividem em três planos e permanecem unidos em forma de cubo, com oito bactérias;
- Cadeias: Estreptococos - se dividem e permanecem ligados uns aos outros em forma de cadeias;
- Cachos: Estafilococos - se dividem em múltiplos planos e formam agrupamentos tipo cacho de uva.
Razão fisiológica resultante do eixo de divisão.
Ex: anel de divisão – primeiro primórdio que vai ser o septo da célula (fissão binária).
O eixo divisório é a característica do gênero da bactéria. Há relação entre arranjos e os eixos de divisão celular.
Apêndices Celulares
A célula na parte externa tem a parede, internamente há a membrana e no córtex há o material genético. A parede celular é uma estrutura ativa na célula, pois serve de âncora para muitas coisas que estão do lado de fora. Algumas bactérias podem ter estruturas de fixação, pelas quais se fixam em uma superfície. Porém, há bactérias que não se fixam em células humanas. 
Fímbrias: Pequenos filamentos que ficam ao redor de bactérias Gram-negativas. Aumentam a capacidade de fixação, sendo consideradas como fator de virulência. Tem uma tendência de a se aderir umas às outras e às superfícies. Estão envolvidas na formação de biofilmes e outros agregados. 
Bactéria Sítio de Infecção Fímbria reconhece e faz a absorção da bactéria em um determinado sítio Multiplicação celular (colonização) Infecção
Pili: Mais longos que as fímbrias, e há apenas um ou dois por célula. Alguns pili são utilizados para agregar as bactérias e facilitar a transferência de DNA entre elas, um processo chamado de conjugação. Estes pili são denominados pili sexuais. 
Função primária - fímbria conjugativa responsável pela ligação entre célula doadora e receptora de DNA na conjugação. A função na patogenicidade é semelhante às fímbrias – ligação entre bactérias e receptores específicos na superfície de células humanas. São compostos por subunidades de proteínas – pilina – em forma helicoidal. 
Plasmídeo: Função de processo de conjugação. O plasmídeo conjugativo pode levar uma série de genes entre as bactérias, possuindo mecanismo de transferência de DNA. Além da sequência dele, o plasmídeo pode receber sequências adicionais e ser levado pelo pili para outras células – resistência bacteriana. 
Os pilis são diversificados. Em bactérias Gram positivas, a transferência gênica é feita por pontes de proteína induzidas por feromônios através de receptores químicos. Tudo o que ocorre nessas bactérias é por interação química. 
Por que é importante a especificidade?
A E. coli interage com receptores, reconhece o tecido animal, faz o mecanismo de interação, pois há importantes suportes nutritivos e substrato que ela pode hidrolisar. Essa sinalização avisa a célula que tipo de substrato ela tem. 
Flagelo: Estruturas formadas por proteínas globulares, cuja função é a locomoção das bactérias em meios líquidos e semissólidos. É um filamento proteico, podendo aparecer de diferentes maneiras em cada célula. 
O movimento de um flagelo procariótico resulta na rotação de seu corpo basal. À medida que os flagelos giram, formam um feixeque empurra o líquido circundante e propele a bactéria. A rotação flagelar depende da geração contínua de energia pela célula. 
Tipos de Mobilidade Bacteriana
Podem alterar a velocidade e a direção de rotação dos flagelos, portanto, são capazes de vários padrões de mobilidade. 
Quando a bactéria se move em uma direção por um período de tempo, o movimento é denominado “corrida” ou “nado”. As corridas são interrompidas por alterações periódicas, abruptas e aleatórias na direção, denominadas “desvios”. Então, a corrida recomeça. Os desvios são causados por uma mudança na rotação flagelar. 
Movimentação por meio de deslizamento: Muitos procariotos são móveis, apesar de não possuírem flagelos. Estas bactérias são capazes de se movimentar sobre a superfície sólida. Outros, dotados de muitos flagelos, podem deslizar através de um meio de cultura sólido. 
Bactéria filamentosa (espiralada): Enrola o flagelo em volta do corpo dela. Quando o flagelo gira, faz o movimento de minhoca. O movimento flagelar é realizado com gasto de ATP e possui grande demanda energética. O primeiro anel é inserido na membrana citoplasmática (onde o ATP é gerado) e existe uma enzima – fosforilase – que quebra e libera o ATP, ocorrendo o movimento proteico dentro da membrana. O movimento é gerado na ponta do filamento do flagelo. 
Uma vantagem da mobilidade é que ela permite a uma bactéria se mover em direção a um ambiente favorável ou para longe de um ambiente adverso. O movimento de uma bactéria para perto ou para longe de um estímulo particular é denominado taxia. Tais estímulos incluem os químicos (quimiotaxia) e a luz (fototaxia). 
As bactérias móveis contêm receptores em várias localizações. Esses receptores captam os estímulos químicos, como o oxigênio/galactose/ribose. Em resposta aos estímulos, a informação é passada para os flagelos. 
Se um sinal quimiotático é positivo (atraente), as bactérias se movem em direção ao estímulo com muitas corridas e poucos desvios. Se o sinal é negativo (repelente), a frequência de desvios aumenta à medida que a bactéria se move para longe do estímulo. 
- Camada limosa: Matriz frouxa ou pouco organizada;
- Cápsula: Camada gelatinosa densa que envolve toda bactéria. É compacta e bem organizada, composta por polissacarídeos e polipeptídios (também chamada de glicocálice). 
Funções – Retém umidade quando no meio externo, formação de biofilmes, função na patogenicidade (limita capacidade do fagócito em fagocitar a bactéria). Normalmente protegem as bactérias patogênicas da fagocitose pelas células do hospedeiro. 
Bacillus anthracis: Polímero de ácido D-glutâmico. Uma vez que somente o B. anthracis encapsulado causa o antraz (carbúnculo), especula-se que a cápsula pode impedir sua destruição por fagocitose. 
Formação dos biofilmes (excesso de cápsula)
O glicocálise é um componente muito importante dos biofilmes. Uma cápsula que auxilia as células em um biofilme a se fixarem ao seu ambiente-alvo e umas às outras é denominada substância polimérica extracelular (SPE). A SPE protege as células dentro do glicocálise, facilita a comunicação entre as células e permite a sobrevivência celular pela fixação a várias superfícies em seu ambiente natural. Por meio da fixação, as bactérias podem crescer em diversas superfícies. 
Bactéria livre Aderência à superfície sólida e produção de cápsula Aderência de outros microorganismos à essa cápsula Formação de estruturas tipo pilares com canais por onde passam água e nutrientes Grumos dos biofilmes se soltam Aderência em outros locais e formação de novos biofilmes. 
 
Os biofilmes não formam camadas longas, o que permite que as bactérias se mantenham vivas, pois ao redor passa água e nutrientes. 
Parede Celular: Responsável pela forma da célula. Quase todos os procariotos a possuem. A principal função é prevenir a ruptura das células bacterianas quando a pressão da água dentro da célula é maior que fora dela. Ajuda a manter a forma da bactéria e serve como ponto de ancoragem para os flagelos. 
- Composição: Peptidoglicano; ácidos micólicos; proteínas.
N-acetilglicosamina (glicose com agrupamento amina e acetil) e –N-acetilurânico (unidade básica formadora). 
Parede de bactérias Gram positivas: Parede rígida e espessa. Contém ácidos teicoicos, os quais podem atravessar a camada peptidoglicana ou estar ligado a ela. Podem assumir um papel no crescimento celular, impedindo a ruptura extensa da parede e a possível lise celular. Também fornecem boa parte da especificidade antigênica da parede. 
O peptidoglicano começa formar cadeias, e os aminoácidos formam as ligações cruzadas. Há poros onde passam as substâncias que precisam chegar à membrana. A bactéria produz a enzima, transporta através da membrana, passa pela malha e cai do lado de fora. 
Parede de bactérias Gram negativas: A camada de peptidoglicano é pequena e a parede é menos rígida. Não contém ácidos teicoicos, sendo mais suscetíveis ao rompimento mecânico. 
A membrana externa da parede (membrana lipoproteica – fica na parede celular) consiste em LPS, lipoproteínas e fosfolipídeos. Tem várias funções especializadas:
- Sua forte carga negativa é um fator importante na evasão da fagocitose e nas ações do complemento. 
- Oferece uma barreira para certos antibióticos, enzimas digestivas, detergentes, metais profundos, etc. 
- Há porinas (proteínas de membrana) que formam canais, permitindo a passagem de moléculas. Cada substância específica tem uma porina específica. As bactérias fazem secreção de proteínas, secretando pelo sistema de transporte da membrana. 
LPS da membrana externa em Gram negativas: Contém lipídeos e carboidratos e consiste do lipídeo A, um carne polissacarídico e um polissacarídeo. Quando as bactérias gram-negativas morrem, elas liberam o lipídeo A que é uma endotoxina. A endotoxina é um polissacarídeo que não tem efeito tóxico. A bactéria não secreta, apenas libera para o meio depois de morta. 
Mecanismo da febre desencadeado pelo LPS: Bactérias gram-negativas são ingeridas por fagócitos. À medida que as bactérias vão sendo degradadas nos vacúolos, o LPS das paredes celulares é liberado. Essas endotoxinas induzem os macrófagos a produzir uma citocina denominada interleucina-1 (IL-1). As citocinas são carregadas através do sangue até o hipotálamo, induzindo-o a liberar lipídeos denominados prostaglandinas que, por sua vez, alteram o termostato existente no hipotálamo para temperaturas mais altas, resultando em febre. 
Bactéria fagocitada pelo macrófago ou morta por antibiótico Degradação da parede celular Liberação do LPS LPS atua no macrófago Macófago libera IL1 IL1 liberada no sangue IL1 no hipotálamo Hipotálamo libera prostaglandinas por ação da IL1 Reajuste do termostato do hipotálamo pelas protaglandinas. 
Gram positivas: Ácido teicoico fazendo amarração (função de fibrilas). Parede celular mais rígida. 
Gram negativas: Espaço periplasmático – parede celular menos rígida. Membrana externa (confere seletividade maior que a gram positiva, são mais seletivas quimicamente). Servem como canal de proteína. 
O mecanismo de coloração de Gram tem como base as diferenças nas estruturas da parede celular das bactérias gram-positivas e gram-negativas e como cada uma delas reage aos vários reagentes. 
O cristal violeta, o corante primário, cora as células gram-positivas e gram-negativas de púrpura, pois penetra no citoplasma de ambos os tipos celulares. 
O lugol (mordente), quando aplicado, forma cristais com o corante que são muito grandes para escapar da parede celular. A aplicação de álcool desidrata a peptidoglicana das células gram-positivas para torna-la mais impermeável ao cristal violeta-iodo. O efeito nas células gram-negativas é bem diferente: o álcool dissolve a membrana externa das células, deixando pequenos buracos na camada de peptidoglicana, pelos quais o cristal violeta-iodo se difunde. 
Como as bactérias gram-negativas ficam incolores após a lavagem com álcool, a adição de safranina torna ascélulas cor-de-rosa. A coloração rosa da safranina é mascarada pelo corante roxo previamente absorvido pelas células gram-positivas. 
Paredes celulares atípicas
Parede ácido resistente: É usada para identificar micobactérias. Essas bactérias contêm alta concentração de ácido micólico em sua parede que previne a entrada dos corantes. O ácido micólico forma uma parede externa a uma camada fina de peptideoglicana, os quais ficam unidos por polissacarídeo. 
Sem parede: Thermoplasma e Mycoplasma – Archaea e bactéria sem parede. Possuem membrana citoplasmática de camada lipídica, contendo esteróis (tríplice camada). Os esteróis são estabilizadores de membrana. As micoplasmas são as menores bactérias conhecidas que podem crescer e se reproduzir fora de células vivas de hospedeiros. Podem passar através da maioria dos filtros bacterianos.
Membrana citoplasmática: Reveste o citoplasma da célula. Consiste principalmente de fosfolipídeos e proteínas. Ausência de esteróis na maioria, sendo menos rígidas. 
Funções: 
- Barreira seletiva através da qual os materiais entram e saem da célula. Nesse caso, apresentam permeabilidade seletiva;
- Digestão de nutrientes;
- Produção de energia – são capazes de catalisar as reações químicas que degradam os utrientes e produzem ATP;
- Contenção do citoplasma;
- Transporte seletivo;
- Respiração (mesossomo);
- Fotossíntese (pigmentos fotossintéticos estão na membrana);
- Glicosilação/modificação da proteína;
- Divisão celular – sequência de DNA;
- Ancora ribossomos e faz síntese de proteína extracelular.
Estruturas Internas:
- Bicamada lipídica;
- Citoplasma espesso, aquoso e elástico. Possui uma área nuclear (contendo DNA), ribossomos e inclusões;
- DNA agrupados e diversos no citoplasma;
- Nucleoide contém uma única molécula longa e contínua de DNA de fita dupla;
- Não há membrana celular;
- Mesossomo é uma estrutura temporária – invaginação da membrana citoplasmática.
Genoma Bacteriano
- Cromossomo único e circular;
- Plasmídeos (Moléculas de menor massa que o cromossomo; é circular e também carrega genes adicionais. Os genes adicionais são sequências gênicas que conferem adaptação). Pode ser conjugativa (F), resistência à droga (l), metabólicos, virulência (capacidade da bactéria produzir enzimas).
Ribossomo
- Sítio para síntese de proteína;
- Dispersos no citoplasma (síntese de proteína – intracelulares). Podem estar associados à membrana citoplasmática (síntese de proteínas – extracelulares);
- Tem tamanho e composição química diferente dos eucariotos (70S).
Inclusões citoplasmáticas: Depósitos de reservas. As células podem acumular certos nutrientes quando eles são abundantes e usá-los quando estão escassos no ambiente. 
- Grânulos de enxofre: bactérias obtém energia oxidando o enxofre e compostos contendo enxofre. Podem armazenar grânulos de enxofre na célula;
Esporos
- Forma de resistência da bactéria em condições adversas;
- Poucos gêneros de gram positivas produzem endósporos – ex: Bacillus;
- Na esporulação ocorre a condensação do material genético em uma cápsula;
- Esporo pode permanecer quiescente durante anos até encontrar um ambiente favorável onde sofrerá ação de enzimas específicas dando origem a uma bactéria metabolicamente ativa e capaz de se reproduzir.
Tolerância mecânica: desidratação
Dá impermeabilidade.
Células vegetativas de bactérias que formam endósporos iniciam a esporulação quando um nutriente torna-se escasso. 
Primeiramente, um cromossomo bacteriano recém-replicado e uma pequena porção de citoplasma são isolados por invaginação da membrana plasmática, denominada septo do esporo. O septo do esporo torna-se uma membrana dupla que circunda o cromossomo e o citoplasma. Essa estrutura é denominada pré-esporo. Camadas espessas de peptideoglicana são dispostas entre as duas lâminas da membrana. Então, uma capa de proteína se forma em torno da membrana externa, dando resistência ao endósporo. A célula original é degradada e o endósporo é liberado. 
Um endósporo retorna ao seu estado vegetativo por um processo denominado germinação. A germinação é ativada por uma lesão física ou química no revestimento do endósporo. As enzimas do endósporo rompem as camadas extras que o circundam, a água entra, e o metabolismo recomeça. 
Efeito do Ambiente no Crescimento e na Atividade Microbiana
Todos os micro-organismos são unicelulares, logo sofrem um efeito maior do ambiente onde está. Ele responde diretamente às variações de temperatura, pH, pressão osmótica. Dessa forma, os micro-organismos foram selecionados para determinados nichos específicos. Assim, as características físico-químicas do meio exerceu essa pressão seletiva de forma a agrupar os micro-organismos de acordo com: filogenia, morfologia e influência das condições sobre a célula em função da resposta do ambiente. Os fatores físicos incluem a temperatura, pH e pressão osmótica. Os fatores químicos incluem fontes de carbono, nitrogênio, enxofre, fósforo, oxigênio, etc. 
 
Definição dos grupos de micro-organismos quanto à presença de O2: Micro-organismos que utilizam o oxigênio molecular (aeróbios) produzem mais energia a partir de nutrientes que os micro-organismos que não utilizam o oxigênio (anaeróbios).
Aeróbios obrigatórios: Micro-organismos que utilizam o oxigênio molecular para sobreviver. 
ATP geração de ATP O2 – respiração aeróbia
Tem um doador de elétrons, que doa para a enzima de oxirredução. A enzima também doa e depois se reduz, faz com que o próton saia, gerando um potencial de membrana. É aeróbia, pois o último aceptor vai formar água. 
Em bactérias, tudo ocorre na membrana. Se a respiração é aeróbia, há uma cadeia de citocromos que é chamada de C-C-C (enzima de oxidorredução que é capaz de receber elétrons). O NAD reduzido é um doador de elétrons e a crista da mitocôndria doa para o citocromo, que ao receber, se reduz e tem tendência de doar esse elétron. O elétron vai passando de um citocromo para o outro, até ser recebido pelo oxigênio e gerar água. Isso acontece para gerar um potencial de membrana. O elétron tem carga negativa e à medida que passa joga carga para fora. Uma face da membrana terá carga negativa e a outra positiva (fora), gerando o potencial elétrico que aumenta a diferença de carga. Ao chegar ao seu potencial, há um complexo proteico chamado ATP sintase que usa energia potencial para fazer a ligação do ATP. A energia elétrica vai ser transformada em energia química. Na ATP sintase tem proteína receptora de próton que joga próton para dentro e quebra a energia. A ATP sintase capta essa energia e usa para fazer ligação de ATP. Nos aeróbios estritos, só faz isso se o aceptor for o oxigênio – Reação de oxidorredução.
Anaeróbios facultativos: Capacidade de continuar a crescer sem a presença de oxigênio. Podem utilizam o oxigênio quando ele está presente, mas são capazes de continuar a crescer utilizando a fermentação ou a respiração anaeróbia.
Anaeróbios obrigatórios: Incapazes de usar o oxigênio para produzir energia. 
Anaeróbios aerotolerantes: Não crescem na presença de O2, mas o toleram relativamente bem. Possuem um sistema que neutraliza as formas tóxicas do oxigênio. 
Adaptações para reduzir o efeito tóxico do oxigênio
Catalase: 2H2O2 2H2O + O2
O peróxido de hidrogênio produzido na reção contém o ânion peróxido, que também é tóxico. Os micro-organismos desenvolveram enzimas para a neutralização desse ânion, sendo a mais comum a catalse (converte o peróxido de hidrogênio em água e oxigênio). 
Peroxidase: H2O2 + 2H+ 2H2O 
Quebra o peróxido de hidrogênio, mas não produz oxigênio (diferentemente da catalase).
Superóxido dismutase (SOD): O2- + O2- 2H2O2 + O2
Formados em pequenas quantidades durante a respiração normal dos organismos que utilizam o oxigênio como aceptor final de elétrons, produzindo água. Na presença de oxigênio, os anaeróbios obrigatórios parecem formar radicais superóxidos, que são tóxicos para oscomponentes celulares que todos os organismos tentando crescer no oxigênio atmosférico devem produzir uma enzima – a superóxido-dismutase (SOD) para neutralizar esses radicais. Sua toxidade é causada pela sua grande instabilidade. Os aeróbios, os anaeróbios facultativos crescendo aerobicamente e os anaeróbicos aerotolerantes produzem SOD, com a qual eles convertem o radical superóxido em oxigênio molecular e peróxido de hidrogênio.
Classificação dos micro-organismos com relação ao pH ótimo de crescimento
- Acidófilos: Crescem em pH abaixo de 4,0.
- Neutrófilos: Crescem em pH entre 5,5 e 7,5.
- Alcalófilos: Crescem em pH acima de 7,5.
- Alcalino-tolerante: Cresce em pH 7,0 até no máximo 9,0.
- Alcalofílico: pH ótimo de 10-12.
- Alcalofílico extremo facultativo: Cresce em pH 7,0, mas seu ótimo é maior que 10. 
- Alcalofílico obrigatório: Não cresce a 7,0 e o pH mínimo é 10,0.
- Alcali-tolerante: O máximo para crescimento seria pH 7,0, porém consegue tolerar até pH 8,0.
As bactérias tem capacidade de variar o máximo e o mínimo o pH interno. São variações que conseguem suportar. 
Formas de controle do pH interno
Funciona para neutralizar o pH quando se tem uma pequena alteração, sendo necessário manter o pH interno. Ela vai crescer menos, pois terá que gastar energia para manter o pH. Vai desviar vias metabólicas ou gastar ATP, tendo menos energia para se dividir. 
- Produção de compostos tamponantes (ex: aminoácidos)
- Produção de H+ ou OH
- Transporte ativo de H+ ou OH
Classificação dos micro-organismos com relação à temperatura ótima
A temperatura mínima de crescimento é a menor temperatura na qual uma bactéria pode crescer. A temperatura ótima de crescimento é a temperatura na qual a espécie pode crescer. A temperatura máxima de crescimento é a maior temperatura na qual uma espécie pode crescer. 
- Psicrofílicos: Crescem em baixas temperaturas. <15°C (cresce entre 0° e 15°) – sua proteína exige uma temperatura de ativação baixa e a membrana também. 
- Mesofílicos: Crescem em temperaturas moderadas. 20-40°C. pH ótimo 37°C.
- Termofílicos: Crescem em altas temperaturas. 
- Termofílicos moderados – 45-80°C. pH ótimo 60°C.
- Termofílicos extremos: 60-80°C. pH ótimo 88°C.
- Hipertermofílicos: 80-113°C. pH ótimo 106°C.
Ao aumentar a temperatura, a velocidade começa a aumentar, pois na temperatura baixa a atividade enzimática está abaixo do ótimo e dessa forma não irá crescer. À medida que fornece energia de ativação, vai moldando o sítio catalítico de acordo com os agrupamentos que ela vai reagir. Abaixo do mínimo, não tem mais energia de ativação suficiente. Outra coisa é o substrato que vem do meio. Para sair de fora para dentro, precisa do transporte de membrana, o qual tem que ter uma fluidez adequada. Abaixo do mínimo, não tem transporte de membrana, pois ela está muito densa. Nessa região, tem fluidez inadequada de membrana e baixa atividade enzimática. Quando a temperatura aumenta, acelera o transporte de membrana e tem energia para atividade enzimática. Depois de a proteína atingir seu ótimo, ela desnatura, perde sua forma ativa e tem o colapso de membrana e a célula morre. 
Adaptações da membrana de bactéria à termofilia
Os ácidos graxos fazem diferença ao tipo de tolerância à temperatura que a bactéria vai ter. 
C – C – C – C = O
	OH
O óleo tem insaturações e é mais fluido a temperatura ambiente. A gordura é saturada, apresentando apenas ligações simples e características mais sólidas. 
Quanto mais baixa a temperatura de crescimento, mais instauração vai ter, apresentando uma fluidez adequada. As insaturações permitem que a membrana funcione bem em temperatura mais baixa. As que crescem em temperatura mais alta, precisa de temperatura mais alta para atingir sua fluidez adequada para o sistema de transporte. As que crescem em temperatura acima de 60°C, não apresentam o agrupamento carboxila. 
C – C – C – C – CH3
Adaptação das membranas de Archaea à termofilia
Quando a membrana é formada por hidrocarbonetos sem grupo hidroxila, reage com glicerol e sai molécula de água, formando a ligação éter, que é termoestável. Para desorganizar isso é mais difícil, pois precisa de maior temperatura para permanecer integra. Para aumentar a termoestabilidade, a bactéria tem ligação continuada, isso faz com que a membrana tolere temperatura acima de 80°C. 
A maior parte dos modelos de membrana é formada por duas camadas. Em temperatura maior que 65°, os ácidos graxos com suas saturações não tolera. Assim, as bactérias que crescem em temperatura alta tem cadeia única e mais longa de hidrocarboneto, e ao invés de duas, faz ligações éter com glicerol, dando uma maior estabilidade – monocamada. 
Efeitos da temperatura sobre as enzimas
- Estrutura primária
- Estrutura secundária
- α-hélice
- Configuração folha β
- Pontes de hidrogênio
- Pontes dissulfeto
- Interações hidrofóbicas
- Forças de Van der Walls
O fator de termotolerância e de termoestabilidade de uma proteína está nos pontos de interação. Quanto mais enovelada, mais resistente ela é. 
Na estrutura terciária: A proteína se enovela na estrutura terciária. Quanto mais enovelada ela for, maior ponto de contato e mais estável será a proteína. Com a temperatura modificando sua conformação, ela vai perdendo sua estrutura terciária. Quanto mais estiver interagindo por ligações, mais resistente será, precisando de maior temperatura para quebrar os pontos de interação. 
Empacotamento da molécula
- Composição de aminoácidos
- Pontes dissulfeto
- Ponte de hidrogênio
- Pareamento de íons
- Redução da entropia – aumento de prolina e diminuição glicina
- Estabilização da hélice
- Encurtamento de terminações C e N 
- Interações hidrofóbicas e aromáticas
Essas características dão a termoestabilidade
Estabilização do DNA em termofílicos
- Hipertermofílicos (Archeae): 2,3-difosfocíclico de potássio – evita a despurinização
DNA ligase reversa: Induz superenovelamento positivo no DNA, que é mais resistente que o convencional (enovelamento negativo).
 Proteínas especiais: 
- Sac7d de sulfobras que se liga ao suco menor do DNA aumentando em 40ºC a termoestabilidade
- Proteínas fortemente básicas (histonas de Archaea) que formam estruturas mais termoestáveis semelhantes aos nucleossomos de eucariotos
Sequências de bases
- Altos teores de purinas, principalmente adenina
- Preferência por citosina em relação a timina em certos códons devido às ligações de hidrogênio, proporcionando mais estabilidade na interação ribossomo-tRNA.
Psicrofílicos: Adaptação da membrana, a qual é formada por ácidos graxos, insaturações, ligações ésteres. Adaptação das proteínas e enzimas. 
As proteínas requerem baixa energia de ativação, pois são proteínas flexíveis. 
Efeito da atividade de água sobre os micro-organismos (aw)
- Halofílicos: bactérias que crescem em ambientes com baixa atividade de água, quando ela está em interação iônica – cátions e ânions. 
- Osmofílicos: bactérias que crescem em ambientes com baixa atividade de água, porém a interação é molecular.
- Xerofílicos: vivem em ambientes com baixa umidade, logo baixa atividade de água.
A quantidade de água livre no meio define se aquela bactéria vai crescer no meio ou não. 
Atividade de água = água livre no sistema (aw 0-1)
Aw = pw/(pw+ps)
Pw = pressão de vapor da água pura
Ps= pressão de vapor de água na solução
Pressão de vapor: pressão necessária para evitar que a água saia.
A atividade de água varia de 0 a 1em bactérias. 
Efeitos da pressão osmótica sobre os micro-organismos
Em meio com solutos equivalente a 3% NaCl, o citoplasma se desidrata. A aw tem que fornecer mais calor para ela evaporar. 
Há dois mecanismos distintos. Quando aumenta a concentração do meio interno, a água tende a sair. Para não desidratar, os canais de água são fechados, porém, ao abrir, desidrata. Para sobreviver precisa de uma adaptação fisiológica: cria solutos, metaboliza uma série de substâncias, a concentraçãodentro e fora é igual e a água fica em equilíbrio. Ao aumentar a concentração interna, diminui a água livre e compromete as enzimas. As bactérias só sobrevivem se tiver uma enzima adaptada que catalisa em baixa atividade em água livre.
Adaptações à halofilia: acúmulo de solutos
- Bactérias: aminoácidos
- Cianobactérias de água doce: sacarose e trealose
- Cianobactérias marinhas: glucosilglicerol
- Bactéria fototrófica anoxigênica: glicina, acetoina, trealose
- Archaea halofílica extrema: KCl (tira potássio do anel e suas enzimas e catalisa em baixa atividade de água livre).
Bactérias – cultivo, reprodução e crescimento
Fatores físicos e químicos que afetam o crescimento
- Temperatura, oxigênio, pH, água livre
Crescimento microbiano
- Fissão binária: Reprodução assexuada. A velocidade máxima de crescimento – menor tempo possível entre terminar uma divisão e começar a outra. 
Algumas espécies podem se reproduzir por brotamento (formam uma pequena região inicial de crescimento, que vai se alargando até atingir um tamanho similar ao da célula parental, e então se separam dela).
DNA Replicação do DNA Formação do septo Separação das células
Como faz o alongamento?
Primeiramente, o DNA é duplicado. O DNA é ligado à proteína específica e duplica a fita do DNA, separando antes de fazer o septo. A parede começa a quebrar em vários pontos, hidrolisa a parede e a membrana empurra a parte quebrada fazendo pedaços adicionais dessa parede. Com isso, essa célula estica, originando duas células exatamente iguais (fissão binária)
Na fissão binária, há o aumento exponencial (função logarítmica para bactéria). 
Fases de Crescimento: fase lag, fase log, fase estacionária e a fase de morte celular. 
- Fase lag: O número de células muda pouco, pois não se reproduzem imediatamente em um novo meio. As células não estão dormentes. A população microbiana passa por um período de intensa atividade metabólica, envolvendo principalmente a síntese de enzimas e várias moléculas. 
- Fase log: Células começam a se dividir e entram em um período de crescimento (aumento logarítmico). A reprodução celular é mais ativa nesse período, e o tempo de geração atinge um valor constante. É o momento de maior produtividade metabólica.
- Fase estacionária: Velocidade de reprodução se reduz, o número de mortes microbianas é equivalente ao número de células novas e a população se estabiliza. 
- Fase de morte celular: Número de mortes ultrapassa o número de células novas e a população entra na fase de declínio. 
Medidas de crescimento microbiano
A. Contagem total
B. Contagem de células viáveis: Mede a capacidade de reprodução das células
C. Peso seco
D. Turbidimetria (T)
E. Atividade metabólica
Semeadura da cultura em meio sólido: Cada colônia tem um bilhão de bactérias, originadas de uma única célula. A colônia é o conjunto de células. 
Metabolismo de Organismos Procariotos
A função da bactéria é fazer outra bactéria e produzir biomassa (fundamento biológico de preservar seu genoma). A célula que cumprir sua função biológica de reprodução precisa de: 
- Estrutura carbônica – intenso processo de biossíntese, com gasto de energia. As células animais assimilam a estrutura carbônica heterotrófica, ou seja, não são capazes de construir a estrutura molecular mínima para inserir no seu metabolismo, além de não trabalhar com o C reduzido. Só assimila componentes que possuem o grupo aldeído carboxílico. 
Assimilar carbono significa pegar o componente do meio externo e incorporar à célula. As células animais precisam de uma estrutura mínima de C, por isso são heterotróficos. As plantas são capazes de transformar uma estrutura mínima de C em sua própria estrutura, em um componente que pode ser assimilado.
Mas como a bactéria faz? Metabolicamente, é mais complexa que a célula eucariota, pois há diversidade metabólica (ela pode utilizar seu C para gerar ATP). 
Fontes de carbono e energia para crescimento microbiano
- Carbono orgânico: sintetizado em outra célula (heterotrófico). 
- CO2: autotrófico.
Energia:
- Litotrófico: gera ATP tirando elétrons a partir de componentes do solo
- Quimiotrófico: gera ATP de um componente orgânico gerado na célula
- Fototrófico: usa energia da luz para desencadear processo químico da fosforilação. A energia da luz retira elétrons do pigmento.
Combinações metabólicas CxE
- Fotoautotrófico: C = CO2; E = luz. Usa luz par tirar elétrons da clorofila. Só faz a fase escura do ciclo de Kalvin. 
- Litoautotrófico: C = CO2; E = oxidação de compostos inorgânicos (do meio). Faz a fase clara e escura. 
- Litoquimiotrófico: C= orgânico; E = oxidação de compostos inorgânicos. Usa como carbono um composto orgânico, mas não é capaz de fazer o Ciclo de Kalvin. 
- Quimiorganotrófico: C = orgânico; E = oxidação de compostos orgânicos. Usa C orgânico pré-elaborado por outra célula para gerar ATP e o C orgânico. 
Metabolismo Fotoautotrófico
- Fotossíntese bacteriana
- Equação básica da fotossíntese CO2 (oxidado) + ATP + Poder redutor Carboidrato (reduzido) + O2, enxofre
Acontece uma série de reações até a redução de CO2 – é preciso de um doador de elétrons, poder redutor e energia. 
Tipos de fotossíntese bacteriana: oxigênica (NADPH – poder redutor) e anoxigênica (NADH – doador de elétrons). 
Etapas da fotossíntese 
- Geração de ATP
- Geração do poder redutor
- Fixação do CO2: fase clara e fase escura.
Pigmentos envolvidos na absorção de luz na fotossíntese
- Clorofilas: caracterizada por cadeia longa de hidrocarboneto, agrupamento reativo com átomo de magnésio. 
Clorofila A e bacterioclorofila - Ambas têm o grupo Phytol que é uma cadeia de álcool longa, hidrofóbica e com a clorofila inserida na membrana. 
Em bactérias anoxigênicas, não há liberação de O2 na fotossíntese. A importância disso é não competir no ambiente – uma não interfere no desenvolvimento da outra. 
As clorofilas A (plantas e cianobactérias) e B (plantas) são os tipos de clorofila encontrados na clorofila oxigênica. 
Fotossíntese Anoxigênica: NADH e CO2
CO2 + doador de elétrons + ATP (CHO)n
Fase luminosa da fotossíntese
- Clorofila na membrana das bactérias verdes (clorossomos) – cianobactéria
- Centro foto-reativo
Síntese de ATP por captação de luz via clorofila 
A luz entra no sistema pigmento. A clorofila é excitada e perde elétrons para quinona, a qual reduz e doa elétrons para o citocromo. O elétron retorna para a bactéria, ocorre fotofosforilação cíclica (síntese de ATP). O elétron é captado pela ATP sintase e os canais de próton são abertos. Ou seja, ocorre geração de ATP através da energia luminosa. O elétron sai da clorofila, passa pela cadeia de enzimas de oxirredução e volta para a clorofila. 
Fosforilação Cíclica
Captação de luz clorofila excitada perde elétron para bactéria clorofila. Quando a quimona A se reduz, o NADH tem capacidade oxidante e tira elétrons da enzima oxidada e se reduz. Forma o NAD reduzido. Ao tirar elétron do sistema ele fica oxidado. Há entrada de um elétron externo, que são componentes reduzidos e que pode doar elétron para o sistema. Desse modo, a célula controla o ATP e o NAD reduzidos.
Fosforilação não cíclica em Cyanobactérias
Tem forma de gerar ATP, mais parecido com as plantas. O fotossistema PGBO, não existe nas anoxigênicas. O próton vai direto para o NADH, gera uma força oxidativa no sistema PGBO suficiente para fazer a fotólise da água. Retira elétrons da molécula de H2O e joga novamente no sistema. A clorofila é estimulada e joga elétron no sistema. O segundo elétron vem da fotólise da água.
A geração de ATP e NADPH na fosforilação não cíclica ocorre na membrana citoplasmática.
Ciclo de Calvin/Benson
Começa com a ribulose. A cada 6 moléculas de ribulose, capta 6 moléculas de CO2 (que sai como 6-frutose), que gera 6 moléculas de açúcar. Ela não transforma o CO2, ela insere o CO2 com outras moléculas, porisso precisa desse ciclo.
Metabolismo de quimiolitotróficos
Obtenção de energia a partir da oxidação de compostos inorgânicos.
A bactéria consegue utilizar componentes inorgânicos do meio para gerar ATP e reduzir o NAD. Só faz a fase escura da fotossíntese. Produto de degradação da matéria orgânica como doador de elétron. 
Bactérias que oxidam H2 
Comum em bactéria e Archaea. Doadores: H2S, S, Fe+2, NH+4
H2 + ½ O2 H2O – Usa hidrogênio como doador de elétron
O hidrogênio é uma molécula estável, possui ligação covalente. Para retirar elétrons da bactéria tem que quebrar essa ligação através do mecanismo enzimático (hidrogenase). Quebra a ligação e libera elétrons para a cadeira. Diferente da cadeia convencional é que quem doa é o NASH, e agora ele é componente do meio. Quem tem hidrogenase é capaz de usar o hidrogênio como doador de elétrons (tira elétron do H).
A hidrogenase é uma enzima inserida na membrana. Ela catalisa a quebra do H e libera elétron. Um que vai para cadeia de citocromos gerando potencial de membrana que vai ser usado pela ATP sintase. Assim, gera ATP por oxidação de H e fixa o CO2. 
Oxidação de enxofre – litoautotrófico aeróbio
Outro grupo de bactérias que oxidam o enxofre possui enzimas que retiram elétrons de diferentes substâncias reduzidas.
Ex: Usa sulfeto como doador de elétrons. Depende da estabilidade, potencial de oxidação e redução. 
A bactéria tira elétrons do enxofre para sua cadeia respiratória. A medida que tira elétrons, vai formando um ânion mais soluto. 
Oxidação do ferro – litoautotrófico. 
Usa NAD e ATP para fixar CO2 no Ciclo de Calvin. A bactéria tem a enzima rusticyanin que retira elétrons do íon ferroso. Quando reduz, transmite elétrons para cadeira de citocromos. A bactéria retira elétrons do ferro em pH baixo, mantém o íon ferroso. Em ambiente ácido, não forma hidróxido.
Oxidação de compostos nitrogenados
- Nutrificação
Oxidação de amônia há nitrito
Oxidação de nitrito há nitrato
Oxidação da amônia 
A amônia é um gás. Ao chegar ao citoplasma, sofre oxidação pela amônia-oxidase (transmembrana), forma hidroxilamina oxidase e joga para o espaço periplasmático. 
A enzima que faz oxidação da amônia em nitrito é a nitrozonona. 
Metabolismo Anaeróbico – litotrófico anaeróbico
Obtenção do ATP por redução de compostos inorgânicos. O doador de elétrons pode ser um NADH2, álcool, ácido e CH4. O aceptor pode ser: SO4-, NO3-, Fe-3, CO3- (componente oxidado)
Ciclo do Nitrogênio
O nitrato é absorvido, assimilado pelas plantas. A planta morre, ele é degrado por bactérias proteolíticas. A bactéria fermenta aminoácidos formando álcool e libera amônia – biodegradação e mineralização do N. Na mineralização do N, temos a amônia que pode ser oxidada a nitrito e a nitrato. O aceptor final de elétrons é o oxigênio. O nitrato tem dois caminhos – ou volta para fazer parte da biomassa ou pode ser reduzido anaerobicamente. O N2 pode ser fixado pela bactéria ou ir para a atmosfera. O N2O vai para a atmosfera. 
Ciclo do Enxofre
Ele é assimilado como componente orgânico. Ocorre morte, biodegradação e mineralização do enxofre, liberando o gás sulfídrico, que pode ser usado como doador de elétrons. Na respiração anaeróbia, pode ser usado como aceptor de elétrons. 
- Metanogênese
- Homoacetogênese
Metabolismo Heterotrófico
Utilização de açúcares (pentoses e glicoses) como fonte de C e síntese de ATP por via aeróbica e anaeróbica em heterotróficos,
Via Glicolítica
As bactérias heterotróficas podem fazer 4 tipos de vias glicolíticas. O piruvato pode entrar no Ciclo de Krebs e fazer fermentação. Nas bactérias, o piruvato tem dois caminhos. Muitas vezes não faz o Ciclo de Krebs com finalidade de gerar doador de elétron para cadeia respiratória. Outras bactérias podem transformar o piruvato em algo que possa ser excretado. 
Fermentação em bactérias 
As bactérias secretam o piruvato, o qual é acumulado para a via glicolítica. Tem que transformar o piruvato em alguma coisa que possa ser secretada, dependendo do potencial enzimático dela. Por isso, há uma variedade de produtos de fermentação tão grande. A produção de vinagre não é fermentação, é uma respiração. 
Existem dois tipos de bactérias que fazem o ácido lático: reduz piruvato em ácido lático. Uma molécula de glicose gera duas de ácido lático Fermentação homolática (via glicolítica).
Fermentação heterolática segue outro tipo de vida glicolítica. Produz acetil, etanol e ácido lático. 
Genética de Bactérias 
Genética: Hereditariedade Transferência de informações sobre as características fenotípicas de um indivíduo (progênie). O genoma de uma célula inclui seus cromossomos e plasmídeos.
Experiência com micro-organismos Conhecimento sobre genética. 
DNA: Mesma estrutura e organização em eucariotos. Dupla hélice, código genético – Trinca de bases que codificam para um determinado aminoácido. As duas fitas são mantidas juntas por por ligações de hidrogênio entre suas bases nitrogenadas. 
Objetivo da genética: Compreensão de mecanismo de mutação, variabilidade, adaptação, seleção natural e evolução do genoma dos seres vivos.
Operon (modelo para explicar a regulação da síntese proteica) Promotor Vários genes
Os genes se organizam em operons – grupos de sequências sujeitas à mesma sequência promotora. 
Na região de controle do operon lac há dois segmentos de DNA relativamente curtos. Um, o promotor, é a região do DNA onde a RNA-polimerase inicia a transcrição. O outro é o operador, que sinaliza para parar ou prosseguir a transcrição de genes estruturais. Um conjunto de sítios operadores e promotores e os genes estruturais que eles controlam definem um operon. 
Elementos Genéticos das Bactérias
Cromossomos: Único cromossomo haploide; dupla fita; circular; associado a histonas; arranjo CCC (Circular covalently closed); desprovido de membrana nuclear; contém todos os genes essenciais: metabolismo, sobrevivência e reprodução. Consistem de uma única molécula de DNA com proteínas associadas. 
Possuem cerca de 30000 pares de bases, porém, ao fazer uma eletroforese apenas o linear aparecerá com 30000 pares de bases, pois os outros dois estarão compactados. O cromossomo ocupa apenas 10% do volume celular uma vez que o DNA é torcido ou superenovelado. 
Plasmídeos: Molécula de DNA de fita dupla; circular ou linear. Menores que os cromossomos (1-100 cópias); podem replicar-se independentemente. Conferem vantagens adaptativas às bactérias. São classificados de acordo com o fenótipo e possibilidade de serem transferidos de uma célula para outra. 
O fator F é um plasmídeo conjugativo que transporta os genes para os pili sexuais e para a transferência do plasmídeo para outra célula. Os plasmídeos de dissimilação codificam enzimas que ativam o catabolismo de certos açúcares e hidrocarbonetos incomuns. 
 
1) Caráter Fenotípico - Classificação
a) Plasmídeo de Resistência (R): Adquirem resistência por meio da disseminação de genes de um organismo para outro. Os fatores R transportam genes que conferem à célula hospedeira resistência à antibióticos, metais pesados ou toxinas celulares. 
b) Metabólitos: Permitem à bactéria fazer aproveitamento do substrato pelo fato de apresentarem genes das enzimas que realizam tal função. 
c) Virulência: Possui genes que codificam fatores de virulência.
Quem tem resistência é o plasmídeo – carregam genes de resistência a antibióticos. Para a bactéria, é uma adaptação evolutiva. Através dos plasmídeos houve o surgimento dos transgênicos. 
Col plasmídeos = Contém genes que codificam colicinas (proteínas que podem matar bactérias – toxinas bacterianas).
 
Plasmídeos degradativos = Capazes de expressar tolueno e ácido salicílico. 
Plasmídeo de fertilidade = Tem um gene chamado Tra e inicia a reprodução sexuada das bactérias (conjugação) – Chamado de F+. Essa sequência de F+ é responsável pela iniciação da reprodução sexuada. 
Epissomas: Se integram no genomadas bactérias e não conseguem se multiplicar sozinhas, dependendo do genoma da bactéria. Dessa forma, ele se associa para poder se multiplicar (integração de um plasmídeo dentro do genoma da bactéria). 
2- Transferência de uma célula bacteriana para outra
a) Plasmídeos conjugativos: Capazes de auto transferirem-se de uma célula bacteriana para outra, como o plasmídeo F de E. coli. 
b) Plasmídeos não conjugados: Não possuem capacidade de auto transferência. Não possuem o gene Tra. 
Elementos transponíveis: DNA linear de fita dupla, integrados no cromossomo ou no plasmídeo. Podem se mover de um cromossomo para outro ou do cromossomo para o plasmídeo. Podem ser classificados em: 
- Sequência de inserção: Segmentos de DNA que se integram em diferentes pontos do genoma provocando modificações ou não na função genética. São mais simples, possuindo um gene que codifica uma enzima e sítios de reconhecimento. 
- Transposons complexos: Portadores de genes que podem conferir algum caráter fenotípico às bactérias. Também transportam outros genes não conectados ao processo de transposição. Podem transportar qualquer tipo de gene, incluindo genes de resistência a antibióticos. 
Bacteriófagos: São partículas virais que infectam bactérias e cujo DNA pode fazer parte de seu genoma. 
A reprodução das bactérias pode ser sexuada ou assexuada (divisão binária – baixa variabilidade). Na reprodução assexuada, a variabilidade é gerada apenas em caso de mutação casual e gera apenas um indivíduo. A reprodução sexuada pode ocorrer por transformação, conjugação ou transdução, o que gera maior variabilidade genética. 
Variabilidade genética em bactérias 
Pode ocorrer por mutação ou recombinação. 
a) Mutação: Qualquer alteração permanente e herdável na sequência de bases do DNA. Essa alteração poderá causar uma alteração no produto codificado por aquele gene. Essa alteração no genótipo pode ser desvantajosa, ou mesmo letal, se a célula perder uma característica fenotípica que ela necessita. Contudo, uma mutação também pode ser benéfica se, por exemplo, a enzima alterada codificada pelo gene mutante possui uma atividade nova ou intensificada que beneficie a célula. 
- Espontânea: rara. Ocorrem na ausência da intervenção de agentes causadores de mutações. 
- Induzida: Mutagênicos físicos – Radiação UV; mutagênicos químicos – S Bromouracila. Nos químicos, pode ocorrer incorporação de análogos de bases. 
Podem ser:
- Pontuais: Substituição de bases de DNA. Ocorre alteração na matriz de leitura – adição ou deleção de uma base. Uma única base em um ponto na sequência do DNA é substituída por uma base diferente. Quando o DNA se replica, o resultado é uma substituição de um par de bases. Por exemplo, AT pode ser substituído por GC, ou CG por GC. Se a troca de bases ocorrer dentro de um gene que codifica uma proteína, o mRNA transcrito a partir do gene transportará uma base incorreta naquela posição. Se a substituição de bases resultar em uma substituição de aminoácidos na proteína sintetizada, essa alteração no DNA é conhecida como mutação missense.
Ex: AAA AGA 
- Substituição Silenciosa = troca trinca que codifica o mesmo aminoácido. Normalmente ocorrem quando um nucleotídeo é substituído por outro no DNA. Devido à degeneração do código genético, o novo códon resultante ainda pode codificar o mesmo aminoácido. Ainda que um aminoácido seja alterado, a função da proteína pode não se modificar se o aminoácido não estiver em uma porção vital da proteína, ou for muito semelhante quimicamente ao aminoácido original. 
- Substituição no sentido trocado: Um ou alguns pares de nucleotídeos são removidos ou inseridos no DNA. Essas mutações podem alterar a fase de leitura da tradução, isto é, os agrupamentos de três nucleotídeos reconhecidos como códons pelo tRNA durante a tradução. Por exemplo, a deleção de um par de nucleotídeos no meio de um gene causa alterações em muitos aminoácidos a jusante do local da mutação original. Quase sempre resultam em uma longa sequência de aminoácidos alterados e na produção de uma proteína inativa do gene que sofreu mutação. Muitas vezes, um códon sem sentido será eventualmente encontrado e assim, encerrará a tradução. Ou, ocorrem mutações em que o número significativos de bases são adicionados em um gene. 
- Mutação sem sentido = stop códon. Ao criar um códon de parada no meio de uma molécula de mRNA, algumas substituições de vase impedem efetivamente a síntese de uma proteína funcional completa; somente um fragmento é sintetizado. Assim, uma substituição de bases que resulta em um códon sem sentido é denominada mutação nonsense. 
- Deleções: Há a remoção de um ou mais nucleotídeos da sequência de DNA. Assim como insersões, essas mutações podem modificar o quadro de leitura do gene. Geralmente elas são irreversíveis; apesar de teoricamente a mesma sequência poder ser restaurada por inserção, elementos de transposição capazes de reverter uma deleção muito curta (com uma ou duas bases) em um dado local são muito improváveis ou mesmo inexistentes.
b) Recombinação: Processo que produz novo genótipo através de troca de material genético entre dois cromossomos homólogos. A recombinação contribui para a diversidade genética de uma população, que é a fonte da variação evolutiva. 
Reprodução
Transdução: Transferência de genes na qual um vírus serve como veículo para transporte de DNA de uma bactéria doadora para outra bactéria receptora. O DNA bacteriano é transferido de uma célula doadora para uma célula receptora dentro de um vírus (bacteriófago). 
Transdução generalizada: Durante a reprodução dos bacteriófagos, o DNA e a proteína são sintetizados pela célula bacteriana hospedeira. O DNA do fago deve ser empacotado dentro do capsídeo proteico que o recobre. Entretanto, o DNA bacteriano, o DNA plasmidial ou até mesmo o DNA de outro vírus podem ser empacotados dentro do capsídeo proteico. Todos os genes contidos dentro de uma bactéria infectada por um fago transdutor generalizado têm probabilidades iguais de serem empacotados em um revestimento de fago e transferidos.
Transdução especializada: Somente certos genes bacterianos são transferidos. 
O vírus em contato com a bactéria degrada o DNA e produz novos vírus, podendo ter sequências genéticas oriundas da bactéria e do vírus, caso ocorra recombinação se encontrar um cromossomo homólogo; com sequências apenas virais ou com sequências apensa bacterianas. Ocorre rompimento da célula e lise, encontrando três tipos de vírus que irão infectar novas bactérias. O primeiro tem dois tipos de DNA – do vírus e da bactéria – por ter cromossomos homólogos que vão parear. Dessa forma, haverá sequência para produzir novos vírus que irão matar a célula. O segundo possui apenas DNA viral, também sendo capaz de matar a célula. O último tipo tem apenas DNA bacteriano que não irá matar a célula. 
- Lítico: Não tem incorporação do DNA viral no DNA bacteriano. 
- Lisogênico: Tem incorporação do DNA viral no DNA bacteriano e há partes que são homólogas ao DNA bacteriano e a célula irá se reproduzir. 
 Transformação: Uma célula receptora adquire o gene de molécula de DNA. DNA entra na bactéria receptora, encontra uma homóloga e ocorre recombinação. Os genes são transferidos de uma bactéria para outra como DNA “nu” em solução. 
Na natureza, algumas bactérias, talvez após a morte ou lise celular, liberam seu DNA no ambiente. Então, outras bactérias podem encontrar o DNA e, dependendo da espécie e das condições de crescimento, captar fragmentos do DNA e os integrar em seus próprios cromossomos por recombinação. 
Lise celular (célula bacteriana) Quebra do DNA Fragmento de DNA doador Fragmento de DNA liga-se à superfície da célula receptora O fragmento é incorporado à célula receptora e integrado ao cromossomo da célula receptora Célula transformada. 
A transformação ocorre melhor quando as células doadora e receptora são intimamente relacionadas. Mesmo que somente uma pequena porção do DNA de uma célulaseja transferida ao receptor, a molécula que deve passar através da parede e da membrana celular do receptor ainda é muito grande. Quando uma célula receptora está em um estado fisiológico em que pode captar o DNA doador, é descrita como competente. A competência resulta de alterações na parede celular, tornando-a permeável a moléculas grandes de DNA. 
Bactérias competentes são capazes de receber DNA externo – maneira de aumentar a variabilidade genética. 
Conjugação: É um processo de transferência de genes que requer contato célula-célula e, desta forma, difere da transformação e da transdução. É mediada por um tipo de plasmídeo. Os plasmídeos responsáveis pela conjugação são transmissíveis entre as células durante a conjugação. As células doadoras devem transportar o plasmídeo, e as células receptoras normalmente não. 
Em bactérias gram-negativas, o plasmídeo transporta genes que codificam a síntese de pili sexuais, projeções de superfície da célula doadora que entram em contato com a receptora e auxiliam a unir as duas células em contato direto. As células bacterianas gram-positivas produzem moléculas aderentes de superfície, que fazem as células entrar em contato direto umas com as outras. 
No processo de conjugação, o plasmídeo é replicado durante a transferência de uma cópia do filamento simples do DNA do plasmídeo para o receptor, onde o filamento complementar é sintetizado. 
Para ser uma bactéria conjugativa, tem que ter os genes Tra. O plasmídeo se rompe, ocorre a transferência, duplica o DNA e rompe a ponte sexual. Dessa forma, terá duas bactérias F+ no final. Ocorre pili sexual e a aproximação da bactéria F+ com a bactéria F- (receptora), rompendo uma das fitas do plasmídeo e ele é transferido. As bactérias patogênicas fazem conjugação. 
O epissoma tem genes homólogos ao da bactéria F+ plasmídeo não integrado no cromossomo bacteriano. O Hfr possui plasmídeo integrado no cromossomo bacteriano.
Conjugação Hfr x F: 
Na E. coli, o fator F (fator de fertilidade) foi o primeiro observado a ser transferido entre as células durante a conjugação. Doadores transportando fatores F (células F+) transferem o plasmídeo aos receptores (células F-), que, como resultado, tornam-se células F+. em algumas células transportando fatores F, o fator se integra ao cromossomo, convertendo a célula F+ em uma célula Hfr (alta frequência de recombinação). 
Quando a conjugação ocorre entre uma célula Hfr e uma célula H-, o cromossomo da célula Hfr com o seu fator F integrado se replica, e uma fita parental do cromossomo é transferida para a célula receptora. 
A replicação do cromossomo Hfr se inicia no meio do fator F integrado, e um pequeno fragmento do fator F conduz os genes cromossômicos para célula F-. Normalmente, o cromossomo se rompe antes de ser transferido por completo. Uma vez dentro da célula receptora, o DNA doador pode se recombinar com o DNA receptor. Desse modo, pela conjugação com uma célula Hfr, uma célula F- pode adquirir novas versões de genes cromossômicos. Contudo, ela permanece uma célula F-, pois não recebeu um fator F completo durante a conjugação.