Nutrição, crescimento e metabolismo bacteriano

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Nutrição, metabolismo e crescimento bacteriano
Ma. Ana Carolina da Silva Santos
Laboratório de Bacteriologia Médica – UNESP/Botucatu
anacarol1712@gmail.com
http://1drv.ms/1Lg2ftS
Nutrição e Metabolismo
Metabolismo
Conjunto de reações químicas de uma célula
Reações catabólicas: PRODUZ energia
Reações anabólicas: CONSOMEM energia
Nutrição microbiana
Fornecimento de substâncias necessárias para o crescimento das células → NUTRIENTES
Macronutrientes
Micronutrientes
Centenas de compostos químicos presentes na célula são formados a partir de nutrientes disponíves no ambiente.
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Nutrição microbiana
Fornecimento de substâncias necessárias para o crescimento das células → NUTRIENTES
Macronutrientes: Células precisam em grandes quantidades
Micronutrientes
Nutrição microbiana
Fornecimento de substâncias necessárias para o crescimento das células → NUTRIENTES
Macronutrientes: Células precisam em grandes quantidades
Micronutrientes: Células precisam em poucas quantidades
Metais, aminoácidos, fatores de crescimento
Pra que a célula precisa de nutrientes?
O que as reações químicas dão à célula?
Bioenergética
Conjunto de variações de energia que ocorre devido às reações químicas de uma célula.
Reações: 
Liberação de energia
Consumo de energia
Bioenergética
Para que as reações ocorram dentro da célula é necessário o auxílio de enzimas/catalizadores 
Enzimas: proteínas com ação catalítica
Ativam os reagentes da reação
Reação ocorre mais rápida
Ação específica
Produção de energia
Dentro da célula a energia é conservada através de reações de oxido-redução (Redox)
Oxidação: Perda de e-
Redução: Ganho de e-
A energia liberada nestas reações é armazenada pelas células na forma de ATP
Cada vez que uma substancia é oxidada, outra é simultaneamente reduzida.
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Carreadores de e-: podem estar livres ou ligados à membrana
NAD+/NADH
Produção de energia
Reação Redox:
Armazenamento de energia
A energia liberada nas reações Redox são geralmente conservadas na forma de compostos fosforilados.
Produção/armazenamento de energia: Fosforilação
Oxidativa 
Fotofosforilação
Armazenamento de energia
ATP: principal moeda energética da célula, importante composto fosforilado, rico em E.
CoenzimaA: seus derivados são compostos de alta energia, importantes na bioenergética de microrganismos.
Longo prazo: polímeros insolúveis que quando oxidados produzem ATP → Glicogênio (grânulos)
Cataboslimo → Produz energia
Energia →Armazenada na forma de compostos fosforilados
Catabolismo
Fermentação
Síntese de ATP em nível de substrato
Respiração
Fosforilação oxidativa
Fermentação
Libera energia a partir de açúcares e outras moléculas orgânicas
O2 não é necessário
Aceptor final dos e-: molécula orgânica
Fermentação: Glicólise
Principal via de fermentação
Via de Embden-Meyerholf
Quebra da glicose 
Ac. Pirúvico
Fermentação
Respiração
Oxidação de moléculas orgânicas
Energia é gerada a partir de uma cadeia de transporte de e-
Associado à membrana → força próton-motora 
Respiração
Respiração
Respiração
Aeróbica: aceptor final de e- é o O2.
Anaeróbica: aceptor final de e- diferente de O2.
NO3-, SO42-, CO32-
Menor rendimento energético
Anabolismo
Síntese de macromoléculas necessárias à célula bacteriana
Biossíntese de açúcares e polissacarídeos
A partir de formas ativadas de seus monômeros
Anabolismo
Biossíntese de aminoácidos e nucleotídeos
Aa: a partir de esqueletos de carbonos gerados durante o catabolismo
Nucleotídeos: utiliza carbono proveniente de várias fontes
Biossíntese de ác. graxos e lipídeos
Ác. Graxos: Sintetizados com a utilização de 2 C por etapa, sendo ligados ao glicerol por último para formação de lipídeos
Crescimento microbiano
Crescimento microbiano
Crescimento: aumento do número de células
As células microbianas tem um tempo de vida limitado
Para a espécie se manter → sua população tem que estar em constante crescimento
Envolve todas as reações necessárias à duplicação da quantidade de todos os componentes celulares, seguida da divisão celular para formação de duas células filhas.
Crescimento microbiano
Fissão binária
Elongação celular até célula atingir dobro do tamanho e se dividir
Quando uma célula se divide em duas → formação de uma nova geração
Crescimento microbiano
Crescimento microbiano
Tempo de geração
Tempo necessário para ocorrer uma nova geração de microrganismos
Depende do meio e condições de incubação
Escherichia coli: 20 minutos
Crescimento microbiano
Proteínas auxiliares da divisão celular
Proteína Fts
Define o plano de divisão e coordena a montagem do divissomo(aparelho de divisão celular)
Proteína MreB
Auxilia na definição da forma celular
Bacilos: espiral que direciona a síntese de parede celular ao longo do eixo
Caulobacter: crescetina: leva a formação curva
Crescimento microbiano
Crescimento microbiano
Nova parede celular é sintetizada pala inserção de novas unidades do tetrapeptídeo glicano à parede preexistente.
O álcool hidrofóbico bactoprenol facilita o transporte das novas unidades de glicano através da membrana citoplasmática, para se tornarem parte da parede celular em crescimento. As reações de transpeptidação completam a ligação cruzada das cadeias de peptídeo glicano após a incorporação de novos precursores
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Crescimento populacional	
As populações microbianas apresentam um padrão de crescimento característico, denominado crescimento exponencial
Ex: E. coli – Tempo de geração é de 20 minutos
Crescimento populacional	
As populações microbianas apresentam um padrão de crescimento característico, denominado crescimento exponencial
Ex: E. coli – Tempo de geração é de 20 minutos
Crescimento populacional
Curva de crescimento
Quando inoculados em meio de cultura fresco, os microrganismos apresentam um padrão de crescimento característico:
4 fases
Fase lag
Fase inicial, número de células não aumenta. As bactérias não se dividem, mas apresentam alta atividade metabólica.
Curva de crescimento
Fase log, fase crescimento exponencial
A reprodução está ativa, há alta atividade metabólica e o tempo de geração apresenta um valor constante.
Fase estacionária
Os nutrientes vão sendo utilizados, produtos tóxicos do metabolismo bacteriano vão sendo produzidos. A velocidade de reprodução diminui, a quantidade de células novas equivale ao número de células mortas.
Fase de declínio
Quando o número de células mortas ultrapassa o número de células vivas
Crescimento populacional
Quimiostato: Dispositivo de cultura contínua. Utilizado para manter a população em crescimento exponencial por longos períodos de tempo.
Microbiologia industrial
Fatores que influenciam o crescimento
O crescimento bacteriano pode ser influenciado por diversos fatores
Físicos (Temperatura, pH, Pressão osmótica)
Químicos (Nutrientes, fonte de carbono)
Temperatura no crescimento bacteriano
Temperatura: Principal fator que controla o crescimento bacteriano.
Mínimas
Ótimas
Máximas
De acordo com a faixa de temperatura ideal de crescimento, os organismos apresentam uma classificação diferente.
Temperatura: Mesófilos
Temperatura ótima de 25°C a 45°C
Microrganismos mais comuns
Microrganismos patogênicos
Microrganismos deteriorantes
Temperatura: Psicotróficos
Habitam ambientes extremamente frios
Desenvolveram biomoléculas que exibem melhor atividade em baixas temperaturas
São sensíveis à temperaturas mais elevadas
Temperatura: Termófilos
Temperatura ótima entre 45°C e 80°C
Hipertermófilos: TO superior a 80°C
Habitam ambientes extremamente quentes
Produzem macromoléculas termoestáveis.
pH no crescimento bacteriano
Acidez/Alcalinidade afetam intensamente o crescimento bacteriano.
Maioria: cresce melhor em pH entre 6 e 8
pH intracelular se mantem sempre próximo a neutralidade
Bactérias acidófilas
Fungos: podem crescer em ambientes alcalinos
pH ideal entre 5 e 6.Pressão osmótica no crescimento bacteriano
Atividade da água: controlada pela concentração de solutos dissolvidos no meio.
Meio com alta concentração de solutos → produção/acúmulo de solutos compatíveis para manter equilíbrio
Evolução: Alguns microrganismos se adaptaram para apresentar melhor crescimento em ambientes com alto ou baixo potencial osmótico.
Cel bacteriana: 80 a 90% de água
Alto PO: retira agua da célula.
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Fatores químicos
Substâncias químicas necessárias à célula microbiana
Carbono
Nitrogênio
Oxigênio
Fatores químicos: Carbono
Todos os organismos necessitam de uma fonte de carbono.
Compostos orgânicos (quimiosheterotróficos)
CO2 (autotróficos)
Fatores químicos: Nitrogênio
O nitrogênio é necessário à célula bacteriana para produção de proteínas e ácidos nucleicos
Pode ser obtido a partir da decomposição de proteínas, NH4+, NO3- e algumas bactérias podem ainda fixar nitrogênio (retirar do ar e transformar em formas solúveis)
Fatores químicos: Oxigênio
De acordo com as necessidades de oxigênio, os microrganismos podem ser classificados como:
Aeróbios
Anaeróbios facultativos
Anaeróbios obrigatórios
Anaeróbios aerotolerantes
Microaerófilos
Fatores químicos: Oxigênio
Fatores químicos: Oxigênio
Para o cultivo de microrganismos anaeróbios, é necessário o uso de técnicas especiais de cultivo
As células bacterianas, durante o seu metabolismo, podem eventualmente produzir algumas formas tóxicas de oxigênio, como o superóxido. A maioria destas formas tóxicas são metabolizadas por enzimas bacterianas.
Cultivo bacteriano
Cultivo bacteriano
Utiliza-se meio de cultura
Material que contém nutrientes utilizado para promover o crescimento microbiano
Necessária atenção para escolha do meio de cultura utilizado
Algumas bactérias podem crescer bem em qualquer meio de cultura; outras requerem meios especiais, e outras ainda não podem crescer em qualquer dos meios não vivos até agora desenvolvidos.
Meio de cultura
Inóculo: Microrganismo introduzido ao meio para crescimento
Cultura: População de microrganismos que cresceram no meio inoculado
O meio deve conter nutrientes adequados para o micro-organismo específico que queremos cultivar
Tipos de meio de cultura
Definidos
Complexos
Tipos de meio de cultura
Definidos: composição exata é conhecida
Complexos
Tipos de meio de cultura
Definidos: composição exata é conhecida
Complexos: utilizam produtos animais ou vegetais (caseína, extrato de carne, extrato de levedura). Não sabe-se exatamente a composição nutricional.
Tipos de meio de cultura
Tipos de meio de cultura
Diferencial
Seletivo
Tipos de meio de cultura
Diferencial: facilitam a diferenciação das colônias de um micro-organismo desejado em relação a outras colônias crescendo na mesma placa
Tipos de meio de cultura
Seletivos: são elaborados para impedir o crescimento de bactérias indesejadas e favorecer o crescimento dos micro-organismos de interesse.
Tipos de meio de cultura
Redutores: contém ingredientes que se combinam com o oxigênio e o retiram do meio. 
Anaerobiose
Tipos de meio de cultura
Culturas de bactérias
Bactéria de interesse
Objetivo de estudo
Cultivo bacteriano: Como fazer?
Preparo meio de cultura
Seguindo as instruções da embalagem, pese a quantidade de pó necessária para preparar o volume indicado pelo docente;
Transfira para um Erlenmeyer o pó que pesou;
Meça o volume necessário de água destilada numa proveta e transfira para o Erlenmeyer;
Preparo meio de cultura
Coloque o Erlenmeyer em uma placa de aquecimento até obter uma solução límpida, seguindo as instruções da embalagem;
Preparo meio de cultura
Meça o pH e se necessário, ajuste-o para o valor indicado na embalagem, adicionando gota-a-gota as soluções ácida ou alcalina;
Tape o Erlenmeyer com a rolha de algodão e o papel de alumínio;
Coloque o Erlenmeyer com o meio de cultura a esterilizar na autoclave (121ºC durante 15- 20 minutos);
Preparo meio de cultura
Retire o Erlenmeyer da autoclave e deixe arrefecer até atingir uma temperatura que permita o seu manuseamento, mas superior a 42ºC;
Desembrulhe as caixas de Petri estéreis e identifique-as com o nome do meio de cultura e a data da sua elaboração;
Preparo meio de cultura
Verta o meio de cultura nas caixas de Petri em condições de assepsia, fazendo uma camada de aproximadamente 5 mm;
Deixe solidificar, inverta e guarde a 4ºC até à sua utilização.
Semeadura em meio líquido
 Diluição seriada
Semeadura por esgotamento
Obrigada!