fisiologia bacteriana

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Universidade Federal do Pará - UFPA
Instituto de Ciências Biológicas – ICB
Bacteriologia
Fisiologia Bacteriana -
crescimento, meios de cultura 
e metabolismoe metabolismo
Profa. Dra. Valéria R Oliveira
Crescimento de uma população é o aumento do
número de células e não o aumento das
dimensões celulares.
CRESCIMENTO BACTERIANO
Crescimento de uma 
população de células
Fatores químicos
Água Fatores físicos -
condições ambientais
Fatores necessários para o crescimento
São necessários fatores físicos e químicos para o
crescimento bacteriano
Macronutrientes: carbono,
oxigênio, hidrogênio,
nitrogênio, enxofre, fósforo
Micronutrientes: ferro, zinco,
manganês, cálcio, sódio, cobre
condições ambientais
Temperatura
pH
Pressão osmótica
CRESCIMENTO BACTERIANO
CARBONO
Está presente na maioria das substâncias que compõem as 
células, sendo considerado o elemento estrutural básico.
HIDROGÊNIO
Componente muito freqüente da matéria orgânica e
inorgânica, também constitui um elemento comum de todo 
material celular
CRESCIMENTO BACTERIANO
NITROGÊNIO
Componente de proteínas e ácidos nucléicos, além de vitaminas 
e outros compostos celulares. 
Está disponível na natureza sob a forma de gás (N ) ou na forma Está disponível na natureza sob a forma de gás (N2) ou na forma 
combinada. 
Sua utilização como N2 é restrita a um grupo de bactérias cujo 
principal habitat é o solo. Processo de fixação de N
Na forma combinada, o nitrogênio é encontrado como matéria 
inorgânica (NH3 , NO3-,etc.) ou matéria orgânica: aminoácidos, 
purinas e pirimidinas.
CRESCIMENTO BACTERIANO
FÓSFORO
É essencial para a síntese dos ácidos nucléicos e para os 
fosfolipídeos componentes da membrana celular.
O íon fosfato (PO43-) é uma fonte importante de fósforo 
para a célula.
Muitas enzimas tornam-se ativas ao serem fosforiladas.
CRESCIMENTO BACTERIANO
ENXOFRE
Faz parte de aminoácidos (cisteína e metionina), de vitaminas e
grupos prostéticos de várias proteínas importantes em reações 
de óxido-redução.
Pode ser encontrado no ambiente na forma elementar, oxidada e 
reduzida; estas duas últimas aparecem como compostos reduzida; estas duas últimas aparecem como compostos 
orgânicos e inorgânicos.
Fontes naturais de enxofre importante incluem o íon sulfato 
(SO4-2), sulfito de hidrogênio e alguns aminoácidos - formas 
preferencialmente assimiladas. 
Na forma oxidada, também pode ser aceptor final de elétrons das 
cadeias de transporte de elétrons anaeróbias.
CRESCIMENTO BACTERIANO
OXIGÊNIO
É requerido na forma molecular como aceptor final na cadeia 
de transporte de elétrons aeróbia. Também é elemento 
importante em várias moléculas orgânicas e inorgânicas
o O2 é tóxico para os anaeróbios. 
CRESCIMENTO BACTERIANO
Por que o O2 é tóxico para os anaeróbios? 
Formas tóxicas do oxigênio
• Ânion superóxido (O2-)
• Peróxido de hidrogênio (H2O2)
• Radical Hidroxila (OH)
A SUPERÓXIDO DISMUTASE elimina os radicais
superóxido convertendo-os em peróxido de hidrogênio
ENZIMAS QUE INATIVAM O O2 TÓXICO
O peróxido de hidrogênio produzido por esta reação pode 
ser metabolizado por duas outras enzimas:
CATALASE: converte peróxido de hidrogênio em
oxigênio molecular e água.
PEROXIDASE: converte peróxido de hidrogênio em água.
CRESCIMENTO BACTERIANO
Os organismos aeróbicos, anaeróbicos facultativos e anaeróbios 
aerotolerantes devem conter as enzimas:
superóxido dismutase (SOD)
2 O2- + 2H + O2 + H2O2
Teste de catalase
2 2 2 2
catalase
2 H2O2 2 H2O + O2 
peroxidase
H2O2 + 2H + 2 H2O 
•AERÓBIAS ESTRITAS (ou obrigatórias) - exigem a presença de 
oxigênio - gênero Acinetobacter
•ANAERÓBIOS FACULTATIVOS - apresentam mecanismos que as 
capacitam a utilizar o oxigênio quando disponível, mas desenvolver-se 
também em sua ausência. Escherichia coli e várias bactérias entéricas 
tem esta característica.
OXIGÊNIO
tem esta característica.
•ANAERÓBIAS ESTRITAS (obrigatórias) - não toleram o oxigênio. 
Ex.: Clostridium tetani, bactéria produtora de potente toxina que só se 
desenvolve em tecidos necrosados carentes de oxigênio.
•ANAERÓBIAS AEROTOLERANTES - toleram o oxigênio, mas não 
o utilizam para o crescimento
•MICROAERÓFILAS - necessitam de baixos teores de oxigênio. Ex: 
Campylobacter jejuni.
O oxigênio pode ser indispensável, letal ou inócuo para as 
bactérias, o que permite classificá-las em:
OXIGÊNIO
Aeróbicos 
obrigatórios
Anaeróbicos 
facultativos
Anaeróbicos 
obrigatórios
Anaeróbicos 
aerotolerantes
Microaerófilos
Catalase
Superóxido 
dismutase
(SOD) 
+
+
neutralização 
das formas 
tóxicas de 
oxigênio
_
_
não toleram o 
oxigênio
_
+
neutralização 
parcial
Produção de 
quantidades 
letais das 
formas tóxicas 
de oxigênio 
qdo expostas à 
atmosfera 
normal
+
+ 
neutralização 
das formas 
tóxicas de 
oxigênio
OXIGÊNIO
CRESCIMENTO BACTERIANO
MICRONUTRIENTES
Elementos: ferro, magnésio, manganês, cálcio, zinco, 
potássio, sódio, cobre, cloro, cobalto, molibdênio, 
selênio e outros são encontrados sempre na forma 
inorgânica, fazendo parte de minerais.inorgânica, fazendo parte de minerais.
São necessários ao desenvolvimento microbiano, mas 
em quantidades variáveis, dependendo do elemento e 
do microrganismo considerados.
CRESCIMENTO BACTERIANO
MICRONUTRIENTES
Podem atuar de diferentes maneiras, incluindo: 
• componentes de proteínas, como o ferro que 
participa da composição de várias proteínas 
enzimáticas
• cofatores de enzimas, como o magnésio, potássio, • cofatores de enzimas, como o magnésio, potássio, 
molibdênio, etc
• componentes de estruturas, como o cálcio, presente 
em um dos envoltórios dos esporos
• osmorreguladores
CRESCIMENTO BACTERIANO
FATORES AMBIENTAIS
A tomada de nutrientes e posterior metabolismo 
são influenciados por fatores físicos e químicos são influenciados por fatores físicos e químicos 
do meio ambiente. 
Os principais fatores são: 
temperatura, pH, pressão osmótica e luz.
CRESCIMENTO BACTERIANO TEMPERATURA
Temperatura ótima de crescimento
• em torno desta temperatura observa-se um 
intervalo dentro do qual o desenvolvimento 
ocorre.
Temperaturas superiores à ótima
• rapidamente ocorre desnaturação do material 
Temperatura
• Mínima de 
crescimento
• Máxima de 
• rapidamente ocorre desnaturação do material 
celular e, conseqüentemente, a morte da célula. 
Temperaturas inferiores à ótima
• desaceleração das reações metabólicas, com 
diminuição da velocidade de multiplicação 
celular, que em caso extremo, fica impedida.
crescimento
• Ótima de 
crescimento
CRESCIMENTO BACTERIANO
TEMPERATURA
Classificação segundo a temperatura ótima para o 
crescimento bacteriano:
• psicrófilas: entre 12 e 17º C• psicrófilas: entre 12 e 17º C
•mesófilas: entre 28 e 37ºC
• termófilas: 57 e 87ºC
a maioria das bactérias de interesse médico, veterinário 
e agronômico concentra-se no grupo das mesófilas
TEMPERATURA
Curva de crescimento características de diferentes m.o 
em resposta à variação de temperatura
CRESCIMENTO BACTERIANO
TEMPERATURA
o princípio da 
refrigeração 
considera o fato 
de que o de que o 
crescimento de 
microrganismos 
decresce em 
baixas 
temperaturas
TEMPERATURA
Efeito da quantidade de alimento em relação à velocidade de 
resfriamento e sua probabilidade de degradação em um refrigerador
CRESCIMENTO BACTERIANO
pH
Os valores de pH em torno da neutralidade são os mais Os valores de pH em torno da neutralidade são os mais 
adequados para absorção de alimentos para a grande maioria 
das bactérias. 
Existem, no entanto, grupos adaptados a viver em ambientes 
ácidos ealcalinos.
Existem, no entanto, grupos adaptados a viver 
em ambientes ácidos e alcalinos.
•Acidófilas: pH ≤ 5
• Alcalófilas: pH ≥ 10
pH
• Alcalófilas: pH ≥ 10
• Neutrófilas: pH = 6,5 a 7,5
Substância tampão: 
impedir alterações drásticas de pH
PRESSÃO OSMÓTICA
Força que a água se move através da membrana citoplasmática, 
de uma solução contendo uma baixa concentração de solutos 
para uma contendo altas concentrações de solutos
• Solução isotônica: ideal - bactéria viável
• Solução hipertônica: a maioria dos microrganismos entra • Solução hipertônica: a maioria dos microrganismos entra 
em PLASMÓLISE (perda de água por osmose) “murcha”
• Sol. hipotônica: bactéria se rompe devido entrada de água
Organismos halofílicos podem tolerar elevadas concentrações 
de sais
Organismos osmofílicos: toleram grandes pressões osmóticas
PRESSÃO OSMÓTICA
PLASMÓLISE
A adição de sais em uma solução é usada para preservar 
alimentos - aumento da pressão osmótica
CONDIÇÕES DE CULTIVO
Condições ótimas (químico e físico)
aumento de massa 
Para se cultivar microrganismos deve-se incubá-los:
• em meios de cultura adequados 
• em condições ambientais adequadas
divisão celular - aumento da população 
bacteriana
MEIOS DE CULTURA
É o material nutriente preparado no laboratório para crescimento 
de microrganismos
Basicamente deve conter a fonte de energia e de todos os 
elementos imprescindíveis à vida das células. 
Deve-se considerar:Deve-se considerar:
* a fonte de energia (luz ou substância química), 
* o substrato doador de elétrons (orgânico ou inorgânico)
* fonte de carbono (orgânica ou inorgânica). 
Deve-se atender também as necessidades específicas do grupo, da 
família, do gênero ou da espécie que se deseja cultivar 
(vitaminas, cofatores, aminoácidos, etc. quando necessário)
MEIOS DE CULTURA
MEIO QUIMICAMENTE DEFINIDO 
• no qual a composição química exata é conhecida
• usado para trabalhos experimentais
MEIO COMPLEXOMEIO COMPLEXO
• no qual não se conhece a concentração exata dos 
compostos químicos 
• pequena variação nos lotes. 
• Ex: extrato de carne e de levedura
O meio deverá inicialmente ser estéril
OBTENÇÃO DE CULTURA 
PURA
Normalmente são obtidas através 
do método de semeadura em 
placas
MEIOS DE CULTURA
COLÔNIA é uma massa de 
células bacterianas visíveis, 
originadas teoricamente de uma 
única célula
UFC: unidade formadora de 
colônia
REPRODUÇÃOFissão binária
mais comumente 
encontrado
Algumas 
CRESCIMENTO DAS CULTURAS BACTERIANAS
Algumas 
bactérias se 
reproduzem por 
brotamento, 
formação de 
esporos aéreos ou 
por fragmentação.
TEMPO DE 
GERAÇÃO 
Tempo 
necessário 
para uma 
célula se 
CRESCIMENTO DAS CULTURAS BACTERIANAS
célula se 
dividir (e sua 
população 
dobrar de 
tamanho)
E.coli: 20 a 30 min
M. tuberculosis: 12 a 14 h
Maioria: 1 a 3 h
CURVA DE CRESCIMENTO
FASES DE CRESCIMENTO
Quando uma 
determinada bactéria é 
semeada num meio 
líquido de composição 
apropriada e incubada 
em temperatura 
adequada, o seu 
crescimento segue 
uma curva definida e 
característica.
FASES DE CRESCIMENTO
Fase log ou crescimento exponencial - a bac se 
Fase lag - ocorre pouca ou 
nenhuma variação no número de 
céls, no entanto existe muita 
atividade metabólica
Fase log ou crescimento exponencial - a bac se 
multiplica em alta velocidade 
Fase estacionária - equilíbrio entre divisão e morte 
celular
Fase de morte celular ou declínio - existe um 
número maior de mortas em relação às novas células 
formadas
QUANTIFICAÇÃO DO CRESCIMENTO
Método de contagem em placa - UFP - 30-300 
colônias/placa
associado ao método de diluições seriadas
QUANTIFICAÇÃO DIRETA
associado ao método de diluições seriadas
Método de filtração
Método do Número Mais Provável (NMP)
Contagem direta no microscópio
QUANTIFICAÇÃO DO CRESCIMENTO
Contagem em placa e diluições seriadas
QUANTIFICAÇÃO INDIRETA
Turbidimetria
O espectrofotômetro é utilizado na determinação de turbidez, 
estimando a quantidade de luz que atravessa uma suspensão 
de células
Atividade metabólica
Determinando-se a produção de 
ácido ou consumo de oxigênio
Peso seco
As substâncias com alto valor energético são sempre aquelas com elevado grau
de redução
• grande parte das bactérias (exceção às fotossintéticas) vai obter toda
energia de que necessita por oxidação desses substratos.
As substâncias preferencialmente oxidadas por m.o. heterotróficos são os
Obtenção de energia
METABOLISMO BACTERIANO
As substâncias preferencialmente oxidadas por m.o. heterotróficos são os
açúcares, seguidos de proteínas, peptídeos e, mais raramente, as gorduras.
*biossínteses
*transporte de nutrientes
*movimento dos flagelos
*mltiplicação
etc
ATP
adenosina trifosfato
Liberação
CATABOLISMO
Requerem
ANABOLISMO
ENERGIA
REAÇÕES QUÍMICAS
CRESCIMENTO E 
MULTIPLICAÇÃO
CATABOLISMO ANABOLISMO
Reações químicas que liberam energia a 
partir da quebra de moléculas orgânicas 
complexas em subst. simples. Síntese 
de ATP
Reações químicas que consomem energia e 
permitem a síntese de precursores 
metabólicos, macromoléculas e estruturas 
celulares a partir de moléculas mais 
simples. Quebra de ATP
Ex: quebra do açúcar em 
dióxido de carbono e água
Ex: Biossíntese de 
polissacarídeos, de lipídeos, 
aminoácidos e proteínas
METABOLISMO BACTERIANO
ANABOLISMO
CATABOLISMO
ATP ADP + + energia P
ANABOLISMO
Acoplamento através da molécula 
de trifosfato adenosina - ATP
ATP
ADP + + energia ATP P
METABOLISMO BACTERIANO
Parte da energia 
é perdida = calor
Papel do ATP no acoplamento das reações anabólicas e 
catabólicas
Fontes de 
energia externa
METABOLISMO BACTERIANO
Catabolismo dos carboidratos
A maior parte da energia de uma célula é produzida a partir da 
oxidação dos carboidratos
VIAS METABÓLICAS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA
oxidação dos carboidratos
A glicose é a fonte mais comum de energia de carboidrato
Principais tipos de catabolismo da glicose:
• Respiração celular - na qual a glicose é completamente 
quebrada
• Fermentação - no qual a glicose é parcialmente 
quebrada
METABOLISMO BACTERIANO
Catabolismo dos carboidratos - Glicólise
Via mais comum para oxidação da glicose é a glicólise - que é 
a oxidação da glicose a ácido pirúvico com a produção de ATP
Não requer Oxigênio - Respiração e fermentação
VIAS METABÓLICAS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA
Não requer Oxigênio - Respiração e fermentação
Há um ganho de dois ATPs e duas moléculas de NADH por 
cada molécula de glicose que é oxidada
Outras vias de oxidação da glicose
• Pentose-fosfato - E.coli
• Entner-Doudoroff - Pseudomonas
METABOLISMO BACTERIANO
VIAS METABÓLICAS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA
Envolve glicólise, ciclo 
RESPIRAÇÃO CELULAR
Envolve glicólise, ciclo 
de Krebs e cadeia 
transportadora de 
elétrons
VIAS METABÓLICAS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA
RESPIRAÇÃO CELULAR
Na respiração aeróbica o aceptor final de elétrons é o O2
molécula produzida/molécula de glicose: 38
Na respiração anaeróbica o aceptor final de elétrons é uma 
molécula inorgânica que não o oxigênio molecular (NO3-, molécula inorgânica que não o oxigênio molecular (NO3-, 
N2, SO42-, H2S) 
molécula produzida/molécula de glicose: variável 
(maior que 2 e menor que 38)
O rendimento total de ATP na respiração anaeróbica é menor 
porque somente parte do ciclo de Krebs trabalha sob condições 
anaeróbicas
VIAS METABÓLICAS 
DE PRODUÇÃO DE 
ENERGIA
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP +38 + P 6CO2 +6H20 + 38ATP
RESPIRAÇÃO CELULAR
FERMENTAÇÃOProcesso que libera energia de 
açúcares ou moléculas orgânicas, 
tais como aminoácidos,ácidos 
orgânico, purinas e pirimidinas, 
através da oxidação
Não requer oxigênio
Duas moléculas de ATP são Duas moléculas de ATP são 
produzidas pela fosforilação em 
nível de substrato
O aceptor final de elétrons é uma 
molécula orgânica
Não requer o uso do ciclo de 
Krebs ou de uma cadeia 
transportadora de elétrons
Vários m.o. podem fermentar vários subprodutos
VIAS METABÓLICAS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA
FERMENTAÇÃO
Testes de laboratório tipo de fermentação
Usos industriais para diferentes tipos de fermentação
FERMENTAÇÃO
METABOLISMO BACTERIANO
Proteínas, carboidratos, 
lipídios e hidrocarbonetos
Degradados por 
diferentes vias
Economia de energia
acetil-CoA 
(intermediário comum)
Rota única
METABOLISMO BACTERIANO
Classificação metabólica de acordo com o padrão nutricional 
• Baseado na fonte de energia e de carbono
DIVERSIDADE METABÓLICA ENTRE OS ORGANISMOS
FONTE DE ENERGIA
Fototrófico - usam luz como fonte de energia primária
Quimiotrófico - dependem de reações de oxi-redução de 
compostos orgânicos ou inorgânicos para energia
METABOLISMO BACTERIANO
FONTE DE CARBONO
Autotrófico (litotrófico) - utilizam dióxido de carbono
Heterotrófico (organotrófico) - requerem uma fonte de carbono 
DIVERSIDADE METABÓLICA ENTRE OS ORGANISMOS
Heterotrófico (organotrófico) - requerem uma fonte de carbono 
orgânica
FONTE DE ENERGIA X FONTE DE CARBONO
• fotoautrotófico
• foto-heterotrófico
• quimioautotrófico
• quimioheterotrófico
DIVERSIDADE METABÓLICA ENTRE OS ORGANISMOS
Classificação nutricional 
dos microrganismos
TRABULSI, L. R. ; ALTERTHUM, F. Microbiologia -
4° edição. São Paulo: Editora Atheneu, 2009
Bibliografia básica
TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. L. 
Microbiologia 8 ° edição. Porto Alegre: Artmed, 2012