Fisiologia_Nutrição_Metabolismo bacteriano

Prévia do material em texto

Nutrição Bacteriana 
Prof. Mauro Mesquita 
Goiânia 
2014 
NUTRIÇÃO 
• Definição: provimento de substâncias nutritivas para 
o crescimento dos microrganismos; 
• Crescimento: aumento do número de indivíduos de 
uma população; 
• Composição da célula: 
 H2O: 80% (maioria das reações químicas celulares); 
 Macromoléculas (proteínas, ác. nucleicos, lipídeos, 
polissacarídeos) 
 Aa., açúcares, nucleotídeos e precursores 
 Íons inorgânicos: C, H, O, N e outros funcionalmente 
importantes: P, S, Ca, Mg, Fe, Zn, Mn, Co... 
 NUTRIÇÃO 
• As exigências para o crescimento podem ser 
agrupadas em Físicas e Químicas; 
 Físicas: temperatura, pH, pressão osmótica; 
 Químicas: água, fontes de carbono e nitrogênio, 
minerais, oxigênio e fatores de crescimento 
NUTRIÇÃO 
• Exigências físicas: 
 Temperatura: mínima, ótima e máxima de 
crescimento 
 Psicrófilos: mo. deteriorantes; 
 Mesófilos: maioria dos patogênicos, deteriorantes; 
 Termófilos: endosporos, não patogênicos 
 
Mínima Ótima Máxima 
Psicrófilos -10 15 20 
Psicrotróficos 0 20 30 
Mesófilos 10 25 – 40 50 
Termófilos 40 50 - 60 75 
Hipertermófilos 65 80 110 
Exemplos Mo Psicrófilos e psicrotróficos 
Os microrganismos psicrófilos e psicrotróficos multiplicam-se bem em 
ambientes refrigerados, sendo os principais agentes de deterioração de 
carnes, pescado, ovos, frangos e outros. Nesse grupo podem ser incluídos 
os seguintes gêneros: 
 Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, MIcrococcus e outros 
Ao primeiro grupo pertencem as espécies Enterobacter 
cloacae, Yersinia enterocolitica e Hafnia alvei, 
Ao segundo grupo: Pseudomonas fragi e Aeromonas 
hydrophyla. 
Exemplos Mo mesófilos 
• São aqueles que têm a temperatura ótima de 
multiplicação entre 25°C e 40°C, mínima entre 
5°C e 25°C, e máxima entre 40°C e 50°C. Os 
microrganismos mesófilos correspondem à grande 
maioria daqueles de importância em alimentos, 
inclusive a maior parte dos patógenos de interesse. 
Exemplos Mo termófilos 
• São aqueles que têm temperatura ótima de 
multiplicação entre 45°C e 65°C, mínima de 35°C 
e 45°C, e máxima entre 60°C e 90°C. A maioria 
das bactérias termófilas importantes em alimentos 
pertence aos gêneros: 
• Bacillus e Clostridium, incluindo as espécies 
deterioradoras (Bacillus coagulans, Clostridium 
thermosaccharolyticum), quanto espécies 
patogênicas (Clostridium botulinum, Clostridium 
perfringens). 
NUTRIÇÃO 
NUTRIÇÃO 
 pH 
 A maioria das bactérias prefere pH entre 6.5 e 7.5 
para crescimento. 
pH 
• Bactérias neutrófilas 
• crescem em faixas de pH entre 5,4 a 8,5. 
• A maioria das bactérias apresenta um crescimento ótimo em ambientes cujo pH 
se aproxima da neutralidade. A maioria das bactérias patogênicas está incluída 
nessa categoria. 
 
• Bactérias acidófilas 
• Bactérias acidófilas crescem em faixas de pH extremamente baixos, entre 0,1 e 
5,4, como a bactéria Helicobacter pylori que pode colonizar a parede 
estomacal. 
• Algumas bactérias reduzem enxofre a ácido sulfúrico podem gerar e tolerar 
condições em torno de pH 1. 
 
• Bactérias alcalinófilas 
• Bactérias alcalinófilas crescem em faixas de pH entre 8,5 e 11,5. 
• A bactéria Vibrio cholerae apresenta um crescimento ótimo em pH 9. 
• A bactéria oportunista Alcaligenes faecalis pode criar e tolerar condições 
alcalinas com pH 9 ou maior. 
NUTRIÇÃO 
 Pressão osmótica – os mo. são sensíveis a ambientes 
hipertônicos e hipotônicos. A adição de sais ou 
outros solutos (açúcar) pode ser usada para 
preservar alimentos. 
 Halófilos – mo. resistentes a concentrações 
elevadas de sal; 
 Osmófilos – mo. resistentes a concentrações 
elevadas de açúcar 
NUTRIÇÃO 
• Exigências químicas: 
 Água – 80 a 90% da célula. Obtém nutrientes em 
solução; 
 Carbono – um dos mais importantes elementos 
necessários à vida dos mo. Metade do peso seco 
das bactérias. Obtido a partir de matéria orgânica 
(proteínas, carboidratos e lipídios) ou inorgânica 
(CO2); 
 Nitrogênio – componente primário dos aa. das 
proteínas. Pode ser obtido a partir da 
decomposição proteica, de amônia (matéria 
orgânica), de nitratos e N2 gasoso; 
NUTRIÇÃO 
 OXIGÊNIO – gás tóxico. Combinado com H = H2O – 
essencial à vida. 
 
 Aeróbios estritos – produzem mais energia a partir 
de nutrientes do que anaeróbios; 
 Anaeróbios facultativos – crescem na presença ou 
ausência de O2; 
 Anaeróbios estritos – o oxigênio é tóxico; 
 Aerotolerantes – crescimento anaeróbico, mesmo 
na presença de O2 
 Microaerófilos – crescimento aeróbico, O2 em 
baixas concentrações 
NUTRIÇÃO 
• Bactérias aeróbicas estritas crescem apenas onde há disponibilidade 
de oxigênio, como por exemplo, as bactérias do gênero 
Pseudomonas. 
 
• Bactérias microaerófilas requerem uma quantidade reduzida de 
oxigênio; altas concentrações de oxigênio lhes são tóxicas. 
 
• As bactérias microaerófilas sobrevivem em ambientes com alta 
concentração de dióxido de carbono e baixas concentrações de 
oxigênio, como por exemplo, as bactérias do gênero 
Campylobacter. 
• Bactérias anaeróbicas facultativas utilizam oxigênio em seu 
metabolismo energético, mas também podem crescer na ausência 
de oxigênio. 
• As bactérias Escherichia coli e espécies de Staphylococcus são 
encontradas no trato intestinal e urinário onde há pouca 
disponibilidade de oxigênio. 
• Todas as bactérias pertencentes à família Enterobacteriaceae são 
anaeróbicas facultativas. 
 
• Bactérias anaeróbicas aerotolerantes suportam a presença de 
oxigênio, sem utilizá-lo em seu metabolismo. Por exemplo, a 
bactéria Lactobacillus acidophillus. produzem ác. lático como 
produto da fermentação de carboidratos; 
 
• Bactérias anaeróbicas estritas não crescem na presença de 
oxigênio que lhes é tóxico. 
• A maioria das espécies anaeróbicas estritas é encontrada no solo 
ou em micro-ambientes em organismos animais que tenham se 
tornado anaeróbicos, como ferimentos profundos ou a junção 
das gengivas com os dentes. São exemplos de organismos 
anaeróbicos estritos as bactérias do solo Clostridium tetani 
(causadora do tétano), Clostridium botulinum (causadora do 
botulismo) e as bactérias associadas com doenças periodontais, 
como Porphiromonas gengivallis e Prevotella intermedia. A 
grande maioria das bactérias associadas aos intestinos de 
animais são anaeróbicas estritas. 
 
 
NUTRIÇÃO 
NUTRIÇÃO 
 Enxofre – usado na síntese de aa. e vitaminas (tiamina 
e biotina). Obtido a partir de íon sulfato (SO -4), H2S e 
aa. contendo S; 
 Fósforo – essencial na síntese de ác. nucleicos e 
fosfolípides. Obtido a partir de íon fosfato (PO4); 
 Potássio - ativação de enzimas envolvidas na síntese 
proteica; 
 Magnésio - estabilização de ribossomos, membranas 
celulares e ác. nucleicos e ação de várias enzimas 
envolvendo transferência de fosfatos; 
 Cálcio – cofatores de enzimas; estabilização da 
parede microbiana e importante na resistência de 
esporos ao calor; 
 Outros elementos – Fe, Cu, Mb, Zn. Essenciais à 
eficácia de enzimas. 
NUTRIÇÃO 
 Fatores de crescimento – compostos orgânicos 
essenciais não sintetizados por mo.: vitaminas e 
bases nitrogenadas (purinas e pirimidinas) 
CRESCIMENTO 
• Aumento do número de indivíduos de uma 
população 
• Meios de cultura: material nutritivo preparado em 
laboratório para o crescimento de microrganismos: 
líquido, sólido e semi-sólido 
CRESCIMENTO 
Meios 
de 
cultura 
Quanto à 
consistência 
Líquido – BHI (bnf) - strepto 
Semi-sólido – SIM (SS) – sulfeto, Indol, 
motilidade 
Sólido – A. Sangue 
Quanto à 
função 
Enriquecimento– BHI, AS 
Seletivo- A. Mc Conkey, A. EMB 
Diferencial – AS, AMC 
Manutenção – A. Nutriente 
Quanto à 
natureza 
Animados – Cultura de céls. 
 Natural- leite 
Inanimados Sintéticos-AMC 
 Semi-sintéticos-AS 
Meios de Cultura 
Meios de Cultura 
CRESCIMENTO 
• Divisão celular: fissão binária 
CRESCIMENTO 
• Tempo de geração: tempo gasto para cada 
divisão celular. Dependente das condições de 
crescimento. Variável entre as sps., média = 1 a 3 h 
 E. coli – 20 minutos; 
 S. aureus – 30 minutos; 
 M. tuberculosis – 18 horas; 
 T. pallidum – 33 horas 
 
CRESCIMENTO 
• Fase lag – não ocorre aumento populacional. As 
células se adaptam ao meio. Período de atividade 
metabólica envolvendo síntese de DNA e enzimas; 
• Fase log – crescimento exponencial de células, 
reprodução ativa, tempo mínimo de geração, 
maior atividade metabólica. Maior sensibilidade a 
condições adversas; 
• Fase estacionária – atividade metabólica diminui, 
taxa de crescimento = taxa de morte. Exaustão de 
nutrientes, acúmulo de excretas, variação no pH; 
• Fase de declínio – o no de mortes excede o no de 
novas células 
CRESCIMENTO 
• Curva de crescimento – 4 fases: lag, log, 
estacionária e de declínio; 
METABOLISMO 
• Reações químicas que ocorrem nas células, 
favorecidas e reguladas por enzimas. 
• Enzimas: catalisadores orgânicos – aceleram as 
reações bioquímicas. Específicas para seus 
substratos (podem se ligar a mais de um substrato). 
• Co-fatores – íons minerais (Mg, Ca, Fe), ativação 
enzimática 
• Coenzimas – vitaminas 
• As enzimas são influenciadas por fatores como: 
 pH e temperatura – desnaturação 
 Metais pesados – Pb, Zn, Hg, As 
METABOLISMO 
• METABOLISMO CELULAR - Catabolismo e Anabolismo. 
 
 Catabolismo –- conjunto de processos de 
degradação de moléculas e nutrientes que liberam 
energia. As reações catabólicas fornecem energia 
para as reações anabólicas ou biossintéticas. 
 
 Anabolismo conjunto de processos biossintéticos que 
requerem energia e que forma os componentes 
celulares a partir de moléculas menores: os nutrientes. 
 Energia – essencial para reações metabólicas. 
 
 Armazenada como: ATP, ADP. Deve estar disponível 
ainda para: crescimento, reprodução, esporulação e 
locomoção. Perda de energia – calor. 
 
 
Requerimentos de energia: 
Utilização de energia 
• Glicólise: oxidação da glicose a ácido pirúvico com 
produção de ATP e energia contida em NADH. 
 
• Ciclo de Krebs: oxidação de um derivado do ácido 
pirúvico (acetil coenzima A) a dióxido de carbono, 
com produção de ATP, energia contida em NADH e 
FADH2 
 
• Cadeia de transporte de elétrons: NADH e FADH2 são 
oxidados. Cascata de reações de oxirredução 
envolvendo uma série de transportadores de elétrons. 
A energia dessas reações é utilizada para gerar grande 
quantidade de ATP. 
Formas de obtenção de energia 
METABOLISMO 
• Anabolismo – utilização da energia produzida pelo 
catabolismo, na biossíntese: 
 Fotossíntese – fotolitotróficos e fotorganotróficos 
 luz energia síntese de substâncias orgânicas; 
 Quimiossíntese – quimiolitotróficos e quimiorganotróficos 
 Fonte química (inorgânica ou orgânica) energia 
metabólitos e macromoléculas 
 
 
Fontes de carbono e energia para o crescimento bacteriano 
• As bactérias, de acordo com a fonte de carbono e de energia 
que utilizam, podem ser classificadas em: 
Heterotróficos – microrganismos que utilizam composto 
orgânico como fonte de carbono. Ex: carboidratos. 
(animais, protozoários e fungos). 
 
Autotróficos – Microrganismos que utilizam composto 
inorgânico como fonte de carbono. Ex: CO2 (plantas, algas e 
cianobactérias) 
 
Fototróficos – microrganismos que utilizam a luz como fonte 
de energia. 
 
Quimiotróficos – microrganismos que utilizam compostos 
químicos (orgânicos ou inorgânicos) como fonte de energia. 
(Maioria das bactérias e protistas, todos os animais e fungos). 
 
 
 
Tipos Nutricionais 
• COMBINAÇÕES: 
 
 Fotoautotróficos – Luz e CO2 (plantas, algas, 
cianobactérias e bactérias sulfurosas púrpuras e 
verdes); 
 
 Fotoheterotróficos – luz e compostos orgânicos 
(bactérias não sulfurosas púrpuras e verdes; 
 
 Quimioautotróficos – substâncias químicas e 
CO2 (bactérias nitrificantes, hidrogênicas, 
ferrosas e sulfurosas; 
 
 Quimioheterotróficos – substâncias químicas e 
compostos orgânicos (maioria das bactérias, 
fungos, protozoários e animais); 
Produtos finais de várias fermentações microbianas a partir 
do piruvato 
Organismo Produtos finais da fermentação 
 
Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus Ácido láctico 
 
Saccharomyces Etanol e CO2 
Propionibacterium Ác. propiônico, ác. acético, CO2 , H2 
Clostridium Ác. butírico, butanol, acetona, álcool 
isopropílico e CO2 
 
Escherichia, Salmonella Etanol, ác. láctico, ác. succínico, ác. 
acético, CO2, H2 
Enterobacter Etanol, ác. láctico, ác. fórmico, butanodiol, 
acetoína, CO2 , H2