Nutricaoecultivo

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Nutrição, Cultivo e 
Crescimento de Micro-
organismos 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
Departamento de Microbiologia 
MBI 102 
Objetivos 
Ao final desta aula o estudante deverá ser capaz de: 
 
• Reconhecer as principais exigências nutricionais dos micro-
organismos 
 
• Distinguir os principais grupos nutricionais de micro-
organismos 
 
• Descrever o padrão de crescimento de uma cultura 
microbiana e os principais métodos para determinação do 
crescimento. 
 
• Descrever as condições físicas requeridas para o cultivo de 
micro-organismos e as respostas fisiológicas aos mesmos. 
GRUPOS NUTRICIONAIS 
 
Grupo 
nutricional 
 
Fonte de 
carbono 
 
Fonte de 
energia 
 
Exemplos 
 
Quimioautotróficos 
 
dióxido de 
carbono 
 
compostos 
inorgânicos 
 
bactérias nitrificantes, 
do ferro, do enxofre 
 
Quimioheterotróficos 
 
compostos 
orgânicos 
 
compostos 
orgânicos 
 
bactérias, fungos 
protozoários e animais 
 
Fotoautotróficos 
 
dióxido de 
carbono 
 
luz 
 
bactérias sulfurosas 
verde e púrpura, algas, 
plantas, cianobactérias 
Fotoheterotróficos 
 
compostos 
orgânicos 
 
luz 
 
bactérias púrpuras e 
verdes não-sulfurosas 
 
MEIOS DE CULTIVO 
ELEMENTO FONTE % PESO SECO 
C CO2, açúcares, ácidos orgânicos, etc. 50 
O O2, atmosfera, H2O 20 
N N2, NO3, NH3, aas, bases nitrog. 14 
H H2, atmosfera, H2O, comp. orgânicos 8 
P Fosfato inorgânico (PO4
3-) 3 
S Sulfato, H2S, sulfetos metálicos 1 
K Solo, sais 1 
Na Solo, sais 1 
Ca Solo, sais 0,5 
Mg Solo, sais 0,5 
Fe Solo, sais 0,2 
Outros Solo, sais 0,3 
Composição aproximada de elementos químicos 
de uma célula bacteriana (E. coli) 
Elementos químicos como nutrientes 
• Carbono: 
  compostos orgânicos – CHO, aa, lipídeos 
  dióxido de carbono – CO2 
 
• Nitrogênio: 
  compostos inorgânicos - N2, NO3
-, NH3 
  compostos orgânicos – aa, bases 
 nitrogenadas 
Elementos químicos como nutrientes 
• Hidrogênio (H2, H2O), Oxigênio (O2, H2O), 
Enxofre (SO4-) e Fósforo (PO4
3-) 
 
 
• Outros elementos: potássio, sódio, cálcio, 
magnésio, ferro, zinco, cobre, manganês, 
molibdênio, cobalto, etc. 
 
 
• Fatores orgânicos de crescimento: vitaminas, 
aminoácidos, etc 
Meio quimicamente definido para 
bactérias quimioautotróficas 
Ingredientes 
 
Função 
 
Quantidade 
 (NH4)2SO4 
 
Fonte de nitrogênio e energia 
 
0,5 g 
 
NaHCO3 
 
Fonte de carbono 0,5 g 
 
Na2HPO4 
 
Tampão e íons essenciais 13,5 g 
 KH2PO4 
 
Tampão e íons essenciais 
 
0,7 g 
 MgSO4.7H2
O 
 
Íons essenciais 
 
0,1 g 
 
FeCl3.6H2O 
 
Íons essenciais 
 
0,014 g 
 CaCl2.2H2O 
 
Íons essenciais 
 
0,18 g 
 Água 
 
Solvente 
 
1.000 ml 
 
Meio quimicamente definido para 
bactérias heterotróficas 
Ingredientes 
 
Função 
 
Quantidade 
 Glicose 
 
Fonte de energia e carbono 
 
1 g 
 
NH4H2PO4 
 
Fonte de nitrogênio, tampão e 
íons essenciais 
 
5 g 
 
K2HPO4 
 
Tampão e íons essenciais 
 
1 g 
 MgSO4.7H2O 
 
Íons essenciais 
 
0,2 g 
 NaCl 
 
Íons essenciais 
 
5 g 
 Água 
 
Solvente 
 
1.000 ml 
 
Ingredientes 
 
Função 
 
Quantidade 
 
Extrato de 
carne 
 
Substâncias hidrossolúveis de 
tecido animal: carboidratos, 
compostos de nitrogênio orgânico, 
vitaminas, sais 
 
3 g 
 
Peptona 
 
Nitrogênio orgânico, algumas 
vitaminas 
 
5 g 
 
Cloreto de 
sódio 
 
Íons e requerimentos osmóticos 
 
8 g 
 
Água 
 
Solvente 
 
1.000 ml 
 
Meio complexo para o crescimento de bactérias 
heterotróficas 
Referência 
Madigan TM., et al. Microbiologia de Brock. 12ª edição. 
Capítulo 5, item I: Nutrição e cultura de micro-
organismos pp108-113. 
 
CRESCIMENTO 
BACTERIANO 
Multiplicação de bactérias: Fissão binária 
Divisão celular 
 Divisomo 
 Proteínas Fts 
 
15 
Replicação de DNA e divisão celular 
 Proteínas Min: MinC, MinD e MinE 
16 
Determinantes da morfologia celular 
 Mecanismo de MreB 
17 
Síntese de peptideoglicano 
 Biossintese de peptideoglicano 
- bactoprenol- molécula lipídica carreadora 
 Transpeptidação 
Mecanismo inibido 
pela penicilina 
CINÉTICA DO 
CRESCIMENTO 
BACTERIANO 
 
 
 
 
Progressão geométrica do crescimento 
populacional bacteriano 
 
 
 
 
 
 tg 
 
 tg 
 
 tg 
 
 N0 2N0 4N0 8N0 . . . 
20 N0 2
1 N0 2
2 N0 2
3 N0 . . . 2
n N0 
 
Fórmula Geral: N= 2n N0 
Onde: N = Número total de células na população 
n = Número de gerações (T/ tg) 
 
N0 = Número inicial de células na população 
 tg 
 
 tg 
 
 tg 
 
 
Curva de crescimento bacteriano: 
Log N = (log2/tg) T + log N0 
velocidade de crescimento = log2/tg = coeficiente angular da 
 reta tangente 
k (h- 1) = 
 Log 2/ tg 
 Tempo (h) 
Fase 
Lag 
Fase 
de 
morte 
Fase 
Estacionária 
Fase Log 
Tempo (h) 
 
log N log N 
 
Ciclo de crescimento microbiano 
 
 
 
22 
Cultura contínua: condições constantes por longos períodos 
- Quimiostato: sistema aberto 
- Sistema em estado de equilíbrio: Steady state 
Controle: 
- Taxa de crescimento pela taxa de diluição 
- Densidade celular por um nutriente limitante 
 
Quimiostato 
EFEITO DE 
FATORES 
AMBIENTAIS 
SOBRE O 
CRESCIMENTO 
Fatores do ambiente que afetam 
o crescimento microbiano 
a) Temperatura 
b) pH 
c) Disponibilidade de água 
d) Atmosfera 
Fatores que afetam o crescimento 
 Fatores físicos: temperatura 
 Temperaturas cardeais 
25 
Fatores que afetam o crescimento 
 Fatores físicos: temperatura 
 Classes Térmicas de organismos 
 Psicrófilos: - 5 C a 20 C 
 Mesófilos: 20 C a 50 C 
 Termófilos: 50 C a 80 C 
 Termófilos extremos: acima de 80 C 
26 
Fatores que afetam o crescimento 
 Fatores físicos: temperatura 
 Psicrófilos 
*bolsas microscópicas de agua livre 
 Adaptação moleculares à psicrofilia: 
- Maior quantidade de estrutura secundaria 
 α-helice que folhas β-pregueadas-maior flexibilidade 
- Número elevado de aminoácidos polares 
- Ligações fracas 
- Membrana com maior quantidade de ácidos 
graxos insaturados permitindo maior fluidez 
27 
Fatores que afetam o crescimento 
 Fatores físicos: temperatura 
 Termófilos e hipertermófilos 
*Adaptação moleculares à termofilia: 
- Substituição de aminoácidos críticos em 
apenas poucos locais nas proteínas 
- Maior número de ligações iônicas entre aminoácidos 
- Interiores mais hidrofóbicos (resistência natural ao desdobramento) 
- Membrana com maior quantidade de ácidos 
graxos saturados permitindo menor fluidez 
- Monocamada em Archaea 
***Termofilia e biotecnologia 
28 
Outros fatores que afetam o crescimento 
 Fatores químicos: 
 pH: 
 neutrófilos – pH ≈ 7.0 
 acidófilos – pH < 7.0 
 alcalófilos – pH > 7.0 
 Alcalófilos: 
• Força sódio motiva 
29 
30 
Fatores que afetam o crescimento 
 Fatores físicos: 
 Relacionados a disponibilidade de água 
 Pressão osmótica (NaCl): 
 Halotolerantes 
 Halófilos 
 Halófilos extremos 
31 
Fatores que afetam o crescimento 
 Fatores químicos: 
 O2: 
 Aeróbicos obrigatórios 
 Anaeróbicos obrigatórios 
 Anaeróbicosfacultativos 
 Microaerófilos 
 Aerotolerantes 
32 
Fatores que afetam o crescimento 
 Crescimento versus concentração de oxigênio 
33 
 aeróbios anaeróbios anaeróbios microaerófilos anaeróbios 
 obrigatórios obrigatórios facultativos aerotolerantes 
Cultivo de micro-organismos 
anaeróbios: 
 
 
Jarra de anaerobiose Câmara de anaerobiose 
Fatores que afetam o crescimento 
 Química do oxigênio 
 Redução de quatro elétrons de oxigênio a água 
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Reagentes Produtos 
O2 + e
- => O2
- Superóxido 
O2 + e
- + 2H+ => H2O2 Peróxido de hidrogênio 
H2O2 + e
- + H+=> H2O + OH Radical hidroxil 
OH + e- + H+=> H2O Água 
Fatores que afetam o crescimento 
 Química do oxigênio 
 Enzimas que destroem espécies tóxicas de oxigênio 
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Madigan TM., et al. Microbiologia de Brock. 12ª edição. 
Capítulo 6. 
 
Referência